JP4884471B2 - インジェクションエミッタ - Google Patents
インジェクションエミッタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4884471B2 JP4884471B2 JP2008524926A JP2008524926A JP4884471B2 JP 4884471 B2 JP4884471 B2 JP 4884471B2 JP 2008524926 A JP2008524926 A JP 2008524926A JP 2008524926 A JP2008524926 A JP 2008524926A JP 4884471 B2 JP4884471 B2 JP 4884471B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- output
- light emission
- heterostructure
- region
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims description 24
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims description 24
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 15
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 5
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1039—Details on the cavity length
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、電子光学技術、すなわち発光ダイオードを始めとする効率的な強力かつ小型半導体インジェクションエミッタに関する。
様々なタイプのインジェクションエミッタ、例えば発光ダイオード［Ｓ．ナカムラ（Nakamura）ら、Appl. Phys. Lett.，第７６巻，２２，２０００年］、［Ｓ．ナカムラ（Nakamura）ら、IEEE Journ. Select. Topics Quantum Electron.，第７巻、１８８、２００１年］、［Ｙ．ナルカワ（Narukawa），Optics & Photonics News，２００４年４月、第２５〜２９頁］、スーパールミネッセントエミッタ［ジェラルドＡ．アルフォンス（Gerard A. Alfonse）ら、JEEE Journal of Quantum Electronics，第２４巻，第１２号，１９８８年１２月，第２４５４〜２４５７頁］、［Ａ．Ｔ．セミョーノフ（Semenov）ら、Electronics Letters，１９９３年，第２９巻，第１０号，第８５４〜８５７頁］が知られている。
技術的課題及び解決すべき技術的問題の観点から、活性層と、閉じ込め層と、オーム接点と、発光に対して透明に作製された発光の出力領域と、少なくとも活性層の１つの側に位置するとともに対応閉じ込め層に隣接する出力領域とを含むヘテロ構造を含む、最も近いインジェクション・ノンコヒーレント・エミッタプロトタイプが、以下の研究［Ｖ．Ｉ．シェフェイキン（Shveykin）、米国特許第６，４２９，４６２Ｂ１号明細書、２００４年８月６日］に記載された。前記出力領域は少なくとも１つであり、少なくとも１つの副層からなる。出力領域は屈折率ｎｏｒｑ、発光損失率αｏｒｑＣＭ−１、厚さｄｏｒｑμｍにより特徴付けられ、ここでｑ＝１、２、…、ｐは、ヘテロ構造との境界から計算された出力領域の層の通し番号を示す整数である。出力領域が接続されたヘテロ構造は有効屈折率ｎｅｆｆにより特徴付けられる。そして有効屈折率ｎｅｆｆの及び屈折率ｎｏｒ１の値は、以下の関係を満たすように選択された。
arccos(ｎｅｆｆ／ｎｏｒ１)≦(ｎｅｆｆ ｍｉｎ／ｎｏｒ１)
ただしｎｅｆｆ ｍｉｎはｎｍｉｎより大きく、ｎｅｆｆ ｍｉｎは実際の値である発光出力領域を有する多数のヘテロ構造に対するｎｅｆｆのすべての可能な値の中のｎｅｆｆの最小値であり、ｎｍｉｎはヘテロ構造閉じ込め層内の屈折率の最小値である。
arccos(ｎｅｆｆ／ｎｏｒ１)≦(ｎｅｆｆ ｍｉｎ／ｎｏｒ１)
ただしｎｅｆｆ ｍｉｎはｎｍｉｎより大きく、ｎｅｆｆ ｍｉｎは実際の値である発光出力領域を有する多数のヘテロ構造に対するｎｅｆｆのすべての可能な値の中のｎｅｆｆの最小値であり、ｎｍｉｎはヘテロ構造閉じ込め層内の屈折率の最小値である。
インジェクションエミッタ−プロトタイプの基本的な利点は、エミッタプロトタイプの体積において、自然発光のある部分が指向流出発光の形状で形成され、その後、効率的に出力されることにより達成される、エミッタの効率を向上させる可能性にある。しかし、効率のさらなる向上は、導波路内への自然発光の捕捉及び指向出力漏洩発光の形状の出力が空間的に組み合わされている、提案の形のエミッタプロトタイプにより決定される指向自然発光の上述部分により限定される。
本発明の基礎は、多数の出力ビーム形状の活性層からの制御発光出力を有する、既知の広い波長範囲で機能する、新しいタイプのインジェクションエミッタ（以後、エミッタ）の作製である。
提案のエミッタに関する技術的結果は、その寸法が原理的に制限されず（第１に長さ）、発光パワーが大幅に増加した（エミッタ領域の１ｍｍ２に対して算出されたエミッタパワーの大幅な増加を含む）こと、エミッタに供給された電気エネルギーの出力発光への変換効率（以後、効率）が大幅に向上したこと、さらに流れる電流の密度の増加に伴って効率が上昇し、出力発光抽出レベルが上昇し、エミッタ効率の温度依存性が低下し、ジュール損失が低下し、発光の内部光損失が大幅に低下し、寿命及び信頼性がエミッタ製造の技術プロセスの同時単純化により増加したことにある。
本発明によれば、上述の技術的結果は、少なくとも活性層と少なくとも１つの副層及びエミッタの側面からなる導波路層とを含む半導体ヘテロ構造と、少なくとも１つの副層からなるメタライズ層と、長手方向光学軸とを含むインジェクションエミッタが提案されたことにより達成される。この場合、前記ヘテロ構造において、長手方向光学軸の方向に、交互に並ぶ少なくとも１つの副領域からなる発光生成領域と、少なくとも１つの副領域からなる発光出力領域との少なくとも１つのシーケンスが形成されている。そして、上述のシーケンスにおいて、発光出力側の反対側のヘテロ構造の外層の表面上及びエミッタの側面上並びに生成領域で発光出力側のヘテロ構造の外層の表面上に対応物質が配置され、その屈折率は生成領域内のヘテロ構造の有効屈折率より大幅に小さい。出力領域においてヘテロ構造層と一緒に、少なくとも１つの副層からなるとともに生成領域の外面より高く隆起する半導体リークイン層がある。長手方向光学軸の方向の両側で各出力領域が、生成領域の外面に対応してある直線傾斜角度α１及びα２で配置された出力ファセットにより制限されている。さらにリークイン層が含まれた出力領域のヘテロ構造の有効屈折率ｎｅｆｆに対するリークイン層の屈折率ｎＩＮの比が１より大きい数に等しい。
提案のエミッタの重要な相違点は、上述の技術的結果を達成する新しい非自明かつ効率的な方法にある。まず、エミッタからの発光の抽出を２段階で実行することが提案された。第１の段階では、活性層内で生成された自然発光が捕捉されて、発光生成領域に形成された剛性容積導波路の長手方向光学軸に沿って２つの反対方向に伝播する。第２段階では、自然発光さらに部分的強制発光（電流密度が増加した）が、生成領域の続きである出力領域内に入る。さらに出力領域及びそれらの出力ファセットの組成、構造及び寸法は、発光出力が指向及び発散が制御された流出発光の形状で実現されるようになっている。適当なサイズのエミッタの主要な構成要素（生成領域−出力領域）がエミッタ領域にわたって対応的に分散されている場合に、最良のパラメータを達成することができる。
技術的結果は、発光出力側の生成領域のヘテロ構造が、発光出力側の生成領域のヘテロ構造内の発光の部分的制限のみ（不完全）が実現される場合のような層の組成及び厚さを有することによっても達成される。さらに、発光出力側の生成領域のヘテロ構造の外面上に、高発光反射率を有する少なくとも１つのメタライズ層が配置されている。場合によっては、前記メタライズ層がヘテロ構造の導波路層上に直接配置されている。
技術的結果は交互に並ぶ生成領域及び出力領域のシーケンスが、発光出力側と反対側でヘテロ構造内の発光の部分的制限のみ（不完全）が実現される場合のようなヘテロ構造層の組成及び厚さを有することによっても達成される。さらに上記側のヘテロ構造の外面上に、高発光反射率を有する少なくとも１つのメタライズ層が配置されている。場合によっては、前記メタライズ層がヘテロ構造の導波路層上に直接配置されている。
技術的結果は、生成領域が長手方向光学軸の方向に配置された少なくとも２つのストライプ生成副領域で実行されることによっても達成される。ストライプ生成副領域の間の空間（側方閉じ込め領域内）が対応物質によって充填されており、その屈折率が上述の生成副領域のヘテロ構造の有効屈折率より小さい。
技術的結果は、対応メタライズ層がリークイン層の外面上の出力領域上に配置されていることによっても達成される。
技術的結果は、エミッタの出力領域の以下に提案の実行によっても達成される。
出力ファセットの直線角度α１及びα２が、絶対値で互いに等しくかつ（π／２）に等しい。さらに出力領域に位置するリークイン層の厚さが、活性層からリークイン層への発光リークの角度ψの正接を乗じた出力領域の長さを超え、ここで角度ψは比ｎｅｆｆ対ｎＩＮの逆余弦として求められる。実際には、出力ファセット上に浄化光学膜がないことにより、リークイン層の厚さは、流出角度ψの正接を乗じた出力領域の２つ又は３つの長さ値と等しく選択される。
次の形態において、直線角度α１及びα２は、絶対値で互いに等しく、かつ(π／２)＋(ψ)に等しく選択されている。この場合、発光出力領域は長手方向断面において台形の形状を有する。エミッタ効率の向上のため、浄化光学膜が発光出力領域の出力ファセット上に貼付されている。発光出力領域のリークイン層の厚さは、流出角度ψの正接を乗じて１＋流出角度ψの正接の２乗で割った発光出力領域の長さ以上であるように選択されている。
他の形態では、直線角度α１及びα２は絶対値で互いに等しく、かつ(π／４)＋(ψ／２)に等しく選択されている。この場合、発光出力領域は長手方向断面において倒置台形の形状を有し、出力発光は発光出力領域の外面へのまっすぐな入射により発光出力領域の外面を介して出射する。
次の形態では、直線角度α１及びα２は絶対値で互いに等しく、かつ(３π／４)−(ψ／２)に等しく選択されている。この場合、発光出力領域は長手方向断面において台形の形状を有し、出力発光は基板へのまっすぐな入射により基板を介して出射する。エミッタ効率の向上のため、浄化光学膜が少なくとも発光出力の場所で基板上に接続されている。
技術的結果はエミッタが、電流により並列に接続された、交互に並ぶ生成領域及び出力領域の少なくとも２つのシーケンスを含むことによっても達成される。これにより発光パワーの増加が達成される。
技術的結果は、電流により直列に接続された、交互に並ぶ生成領域及び出力領域の少なくとも２つのシーケンスを含むことによっても達成される。これにより発光パワーの増加が達成される。
技術的結果はエミッタが発光出力側に対応ルミネッセント物質を含むことによっても達成される。これにより白色光の獲得を始めとする発光の周波数成分の変換が達成される。
技術的結果はエミッタが、適当な形状と対応屈折率値とを有する対応エポキシ物質を含むことによっても達成される。この対応エポキシ物質は、発光出力側に配置されている。これにより出力発光の対応角度分配及びエミッタ効率の向上が達成される。
本発明の本質は、流出発光の特性を用いる発光出力の提案の独自の効率的かつ非自明の方法に基づく、多数のビームの形状での活性層からの発光の表面出力を有する新しいタイプのエミッタの一体的実行での作製にある。エミッタの提案の独自かつ非自明の主要構成要素、すなわちエミッタの全長（原理的に限定されない）に沿って分配された発光生成領域−発光出力領域は、生成領域の光導波路内への発光の効率的捕捉（収集）、その後の指向性及び発散が制御された流出発光の形状で出力領域からの効率的流出を確実にする。エミッタは原理的に非限定寸法により、高発光抽出効率により、低内部光損失により、低ジュール損失により、出力ファセット上の発光パワーの低密度により特徴付けられ、その結果これは上記のように列挙した技術的結果の達成を確実にする。
図１〜１４を用いて本発明を説明する。
図１は、出力領域の出力ファセットが生成領域の外面に垂直であるサファイア基板上に、交互に並ぶストライプ状の生成領域及び出力領域を有する提案のエミッタの長手方向断面を概略的に説明する。
図２は、図１において概説された（エミッタの）長手方向断面において、メタライズ層が生成領域から除去されるとともに、生成領域に隣接して側方閉じ込め領域を有するエミッタの上方からの図を概略的に説明する。
図３は、図１において長手方向断面が概説されたエミッタの生成領域を通る断面を概略的に説明する。
図４は、発光出力側と反対側で、メタライズ層、導電性プレート及び熱除去基部がヘテロ構造の閉じ込め層に接続された、提案のエミッタの長手方向断面を概略的に説明する。
図５は、図４において長手方向断面が概説された、生成領域を通るエミッタの断面を概略的に説明する。
図６は、発光出力側及びその反対側のメタライズ層がヘテロ構造の導波路層に直接接続された、３つの生成副領域のうちの１つを通る提案のエミッタの長手方向断面を概略的に説明する。
図７は、図６において３つの生成副領域のうちの１つを通る長手方向断面が概説された（エミッタの）、メタライズ層が生成領域から除去されたエミッタの上方からの図を概略的に説明する。
図８は、図６において長手方向断面が概説された（エミッタの）、生成領域を通るエミッタの断面を概略的に説明する。
図９は、メタライズ層のない３つの生成副領域のうちの１つを通る（エミッタの）長手方向断面が図６と一致する、メタライズ層が発光出力領域に接続されたエミッタの上方からの図を概略的に説明する。
図１０は、示したシーケンスのうちの１つに沿った（エミッタの）長手方向断面が図１と一致する、電流により並列に接続された交互に並ぶ生成領域及び出力領域の３つのシーケンスを有するエミッタの上方からの図を概略的に説明する。
図１１は、出力ファセットが傾斜されるとともに生成領域の外面と直線傾斜角度を形成する、交互に並ぶ生成領域及び発光出力領域を有する提案のエミッタの長手方向断面（メタライズ層がない）を概略的に説明するものであり、角度が(π／２)＋(ψ)に等しい。
図１２は、出力ファセットが傾斜されるとともに生成領域の外面と直線傾斜角度を形成する、交互に並ぶ生成領域及び発光出力領域を有する提案のエミッタの長手方向断面（メタライズ層がない）を概略的に説明するものであり、角度が(π／４)＋(ψ／２)に等しい。
図１３は、出力ファセットが傾斜されるとともに生成領域の外面と直線傾斜角度を形成する、交互に並ぶ生成領域及び発光出力領域を有する提案のエミッタの長手方向断面（メタライズ層がない）を概略的に説明するものであり、角度が(３π／４)−(ψ／２)に等しい。
図１４は、電流により直列接続された、交互に並ぶ生成領域８（各２つの生成副領域１８により含む）及び出力領域９の４つのシーケンスを有するエミッタの生成領域通過断面を概略的に説明する。
以下に添付の図面を参照して本発明をその具体的な形態により説明する。提示のエミッタの変更例は唯一のものではなく、ある範囲の波長を始めとする他の実現の存在を前提とし、その特徴は特許請求の範囲の一連の特徴に示される。
提案のエミッタ１（図１〜３参照）はＩｎＧａＮの活性層３と、発光出力側とその反対側にすなわち基板２の側に対応的に、導波路層４、５とＡｌＧａＮの閉じ込め層６、７とを有する、ＡｌＧａＩｎＮ化合物をベースとする、基板２上のヘテロ構造を含む。１．７７の屈折率を有する非導電性サファイア（Ａｌ２Ｏ３）が基板２として用いられている。レーザ発光の波長は０．４５μｍに等しく選択される。エミッタ１の交互に並ぶストライプ状の生成領域８及び出力領域９のシーケンスは、選択された長手方向光学軸の方向に配置されている。側面において前記領域８及び９は、誘電体Ａｌ２Ｏ３製の側方閉じ込め領域１０により制限されている。生成領域８において発光出力側及び基板２の側の両方で、閉じ込め層６及び７の組成及び厚さ値は対応的に、ヘテロ構造内の発光の部分制限が実現されるように選択される。生成領域８とは異なり出力領域９は、ＧａＮ製の半導体発光リークイン層１１をさらに含み、その顕著な特徴はその屈折率ｎＩＮが、リークイン層１１を含むヘテロ構造の有効屈折率ｎｅｆｆを超えることにある。長手方向軸に沿って出力領域９を閉じ込める出力ファセット１２は、生成領域の外面に垂直であり、直線角度α１及びα２は絶対値で互いに等しくかつ９０°に等しい。この場合、生成領域８の外面より高く隆起する出力領域９は直方体の形状を有する。出力領域９内及び生成領域８内の閉じ込め層６の厚さ値は等しくない（図１参照）。発光出力側の閉じ込め層６はｐ型不純物がドープされている。メタライズ副層１３は生成領域８内の閉じ込め層６に、及びエミッタ１の全長に沿った側方閉じ込め領域１０に接続されている。銀製のメタライズ副層１３は、発光のまっすぐな入射のほぼ９５％に等しい反射率を有する。サファイア基板２の側では、ｎ型ドープ閉じ込め層７（図２及び３参照）に対する対応メタライズ層１４の接続により、いわゆる「側方コンタクト」が形成される。エミッタ１の長さは４０１０μｍに等しく選択される。すべての生成領域８及び出力領域９の長さは、対応的に４０μｍ及び１０μｍに等しく選択され、さらにエミッタ１内に形成された生成領域８及び出力領域９の数は、対応的に８０及び８１に等しかった（図１では対応的に２つ及び３つのみが示されている）。出力領域９内のリークイン層１１の厚さは、４μｍに等しく作製されている。エミッタ１の出力発光は１６０ビームからなり、そのうちの半分は長手方向光学軸に沿って一方向に向けられ、他の半分は反対方向に向けられる。流出角ψは、ヘテロ構造層及びリークイン層１１の組成及び厚さ値の対応する選択により、１０°に等しく選択された。さらに出力ビームの出力ファセット１２上での屈折角度βは２５°に等しく得られた。リークイン層１１の選択厚さ（４μｍ）は、発光出力領域９の長さに流出角ψの２つの正接を乗じた積にほぼ等しい。この場合、出力ファセット１２へのビームの二重入射による発光出力の算出部分はほぼ９３％になる。各ビームの回折発散は７．３°に等しい。エミッタ１の効率の評価値（抵抗損を考慮せず）は７０％〜８５％の範囲内である。
エミッタ１の次の変更例（図４〜５参照）は、除去されたサファイア基板２［Ｍ．クナイスル（Kneissl）ら、IEEE Journ.Select.Topics Quant.Electron.，第７巻、１８８頁、２００１年］の代わりに、銀製のメタライズ層１５が閉じ込め層７に接続されていることが、前述のものとは異なった。また、エミッタ１は接続された導電性プレート１６（その熱膨張率はＧａＮと一致している）と一緒に、銅ヒートシンク基部１７上に設置された。
エミッタ１の次の変更例（図６〜８参照）は、各生成領域８が各２μｍの幅を有する１００個のストライプ状の生成副領域１８からなる（３個のみが図６〜８に示されている）ことが、前述のものとは異なった。さらに出力領域９の幅は４００μｍに等しかった。実質的にヘテロ構造の全厚さだけ生成副領域１８を閉じ込めている側方領域１０は、エミッタ１の全長に沿ってＡｌ２Ｏ３の誘電体で充填されている。生成副領域１８及び側方閉じ込め領域１０にわたって、メタライズ副層１３（図７には図示せず）が貼付された。メタライズ層１３は、銀製の副層を含む。エミッタ１の他の顕著な特徴は、メタライズ副層１３及び１５が導波路層４及び５に直接接続されていることにある。
エミッタ１の次の変更例（図９参照）は、対応メタライズ層１９が出力領域９のリークイン層１１に接続されていることが、前述のものとは異なった。すべての出力領域９の電流による並列接続は、エミッタ１の側面のうちの一方に向かうメタライズ層１９の膨張により、リークイン層１１の外面の高さで実行された。さらにすべての生成副領域１８の電流による並列接続は、エミッタ１の反対側の側面上へのメタライズ副層１３（生成副領域１８上のメタライズ副層１３は図９には示されていない）の貼付により行われる。
エミッタ１の次の変更例（図１０参照）は、エミッタ１が電流により並列に接続された交互に並ぶ生成領域８及び出力領域９の３００（図面には３つのみが示されている）のシーケンスを含み、出力領域９の幅値は生成領域８の幅値に等しくかつ２μｍに等しく作製されていることが、図１〜３に示した変更例とは異なった。発光出力側で、発光リンの対応膜がエミッタ１上に貼付され、それらの上方に発光出力領域のヘテロ構造の有効屈折率に近い屈折率を有する適当な形状のエポキシ樹脂（図示せず）が貼付された。
提案のエミッタ１（図１１参照）は、長手方向光学軸に沿って出力領域９を閉じ込めている出力ファセット１２が生成領域８の外面に対して傾斜して達成され、さらに直線角度α１及びα２が絶対値で互いに等しくかつ１００°に等しいことが、図１〜３に示したエミッタ１の変更例とは異なった。この変更例の場合、発光の各出力ビームは傾斜出力ファセット１２に直角で入射するとともにエミッタ１をまっすぐに出射する。
提案のエミッタ１は、出力ファセット１２からの出力発光が長手方向光学軸に沿って１つの選択方向に向けられるその出力ファセット１２上に、反射率９８％を有する浄化光学膜（図示せず）が貼付されていることが、前の変更例とは異なる。
エミッタ１の次の変更例（図１２参照）は、出力ファセット１２が生成領域８の外面に向かって傾斜して達成され、さらに角度α１及びα２が絶対値で互いに等しくかつ５０°に等しいことが、図４〜５に示したエミッタ１の変更例とは異なった。この変更例の場合、出力発光は傾斜出力ファセット１２から完全内部反射し、その方向を変えるとともに、出力領域９の外面へのまっすぐな入射により出力領域９の外面を介して出射する。
エミッタ１の次の変更例（図１３参照）は、出力ファセット１２が生成領域８の外面に向かって傾斜して実行され、さらに角度α１及びα２が絶対値で互いに等しくかつ１３０°に等しいことが、図１〜３に示したエミッタ１の変更例とは異なった。この変更例の場合、出力発光は傾斜出力ファセット１２から完全内部反射し、その方向を変えるとともに、透明なサファイア基板２へのまっすぐな入射により発光に対して透明なサファイア基板２を介して出射する。
次の変更例（図１４参照）は、３つの対応メタライズ層２１、２２、２３を有する窒化アルミニウム製のヒートシンクセラミックプレート２０上に配置された、交互に並ぶ生成領域８（２つの生成副領域１８を有する）及び出力領域９の、電流により直列接続された４つの並列シーケンスを含むことが、図６〜８に示したエミッタ１の変更例とは異なった。入力電流コンタクト（マイナス）がメタライズ層２１に接続されている一方で、出力電流コンタクト（プラス）がメタライズ層２３に接続されている。
インジェクションエミッタは、照明用白色光の発光源を始めとする、ある広い波長範囲の高性能固体発光源、発光ダイオード及びスーパールミネッセントエミッタとして広範囲の用途に用いられる。
Claims (15)
- 少なくとも活性層と少なくとも１つの副層及びエミッタの側面からなる導波路層とを含む半導体ヘテロ構造と、少なくとも１つの副層からなるオーム接点としてのメタライズ層と、長手方向光学軸とを含むインジェクションエミッタであって、
前記ヘテロ構造において、前記長手方向光学軸の方向に、交互に並ぶ少なくとも１つの副領域からなる発光生成領域と、少なくとも１つの副領域からなる発光出力領域との少なくとも１つのシーケンスが形成され、
前記出力領域において前記ヘテロ構造層に加え、少なくとも１つの副層からなるとともに前記生成領域の外面より高く隆起する半導体リークイン層があり、
各前記出力領域が、前記生成領域の外面に対応して特定の直線傾斜角度α１及びα２で配置された出力ファセットにより、前記長手方向光学軸の方向の両側で制限され、
さらに前記リークイン層が含まれた前記出力領域の前記ヘテロ構造の有効屈折率ｎｅｆｆに対する前記リークイン層の屈折率ｎＩＮの比が１より大きい数に等しく、
上述のシーケンスにおいて、前記出力ファセットを含む側である発光出力側の反対側の前記ヘテロ構造の外層の表面上及び前記エミッタの側面上並びに前記生成領域で前記発光出力側の前記ヘテロ構造の外層の表面上に対応物質が配置され、
その屈折率は前記生成領域内の前記ヘテロ構造の有効屈折率より小さいインジェクションエミッタ。 - 前記発光出力側の前記生成領域の前記ヘテロ構造の外面上に、高発光反射率を有する少なくとも１つの前記メタライズ層が配置されている請求項１に記載のインジェクションエミッタ。
- 前記メタライズ層が、前記ヘテロ構造の前記導波路層上に配置されている請求項２に記載のインジェクションエミッタ。
- 前記発光出力側と反対側の前記ヘテロ構造の外面上に、高発光反射率を有する少なくとも１つの前記メタライズ層が配置されている請求項１に記載のインジェクションエミッタ。
- 前記メタライズ層が、前記ヘテロ構造の前記導波路層上に配置されている請求項４に記載のインジェクションエミッタ。
- 前記生成領域が、前記長手方向光学軸の方向に配置された少なくとも２つのストライプ状の生成副領域からなり、
それらの間の空間が対応物質によって充填されており、
その屈折率が前記生成副領域の前記ヘテロ構造の有効屈折率より小さい請求項１に記載のインジェクションエミッタ。 - 対応メタライズ層が、前記リークイン層の外面上の前記出力領域上に配置されている請求項１に記載のインジェクションエミッタ。
- 前記直線角度α１及びα２が、絶対値で互いに等しくかつ（π／２）に等しく、
さらに前記出力領域に位置する前記リークイン層の厚さが、前記活性層から前記リークイン層への発光リークの角度ψの正接を乗じた前記出力領域の前記長手方向光学軸方向の長さを超え、
ここで角度ψは比ｎｅｆｆ対ｎＩＮの逆余弦として求められる請求項１に記載のインジェクションエミッタ。 - 前記直線角度α１及びα２が絶対値で互いに等しく、かつ(π／２)＋(ψ)に等しい、
ここで、角度ψは前記活性層から前記リークイン層への発光リークの角度であって、比ｎ ｅｆｆ 対ｎ ＩＮ の逆余弦に等しい、請求項１に記載のインジェクションエミッタ。 - 前記直線角度α１及びα２が絶対値で互いに等しく、かつ(π／４)＋(ψ／２)に等しい、
ここで、角度ψは前記活性層から前記リークイン層への発光リークの角度であって、比ｎ ｅｆｆ 対ｎ ＩＮ の逆余弦に等しい、請求項１に記載のインジェクションエミッタ。 - 前記直線角度α１及びα２が絶対値で互いに等しく、かつ(３π／４)−(ψ／２)に等しい、
ここで、角度ψは前記活性層から前記リークイン層への発光リークの角度であって、比ｎ ｅｆｆ 対ｎ ＩＮ の逆余弦に等しい、請求項１に記載のインジェクションエミッタ。 - 電流により並列に接続された、交互に並ぶ生成領域及び出力領域の少なくとも２つの前記シーケンスを有する請求項１に記載のインジェクションエミッタ。
- 電流により直列に接続された、交互に並ぶ生成領域及び出力領域の少なくとも２つの前記シーケンスを有する請求項１に記載のインジェクションエミッタ。
- 発光出力側に対応発光物質を含む請求項１に記載のインジェクションエミッタ。
- 前記発光出力側にエポキシ物質を含む請求項１に記載のインジェクションエミッタ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005124939 | 2005-08-05 | ||
| RU2005124939/28A RU2300826C2 (ru) | 2005-08-05 | 2005-08-05 | Инжекционный излучатель |
| PCT/RU2006/000361 WO2007018450A1 (fr) | 2005-08-05 | 2006-07-07 | Source lumineuse a injection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009503886A JP2009503886A (ja) | 2009-01-29 |
| JP4884471B2 true JP4884471B2 (ja) | 2012-02-29 |
Family
ID=37727566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008524926A Expired - Fee Related JP4884471B2 (ja) | 2005-08-05 | 2006-07-07 | インジェクションエミッタ |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8204092B2 (ja) |
| EP (1) | EP1923923A1 (ja) |
| JP (1) | JP4884471B2 (ja) |
| KR (1) | KR101049714B1 (ja) |
| CN (1) | CN101233623B (ja) |
| CA (1) | CA2617910C (ja) |
| HK (1) | HK1123629A1 (ja) |
| IL (1) | IL189031A0 (ja) |
| RU (1) | RU2300826C2 (ja) |
| WO (1) | WO2007018450A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100969128B1 (ko) | 2008-05-08 | 2010-07-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 및 그 제조방법 |
| JP7216270B2 (ja) * | 2018-09-28 | 2023-02-01 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003517715A (ja) * | 1998-08-10 | 2003-05-27 | イワノヴィッチ シュヴェイキン ヴァジリー | 注入型レーザー |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1829853A1 (ru) | 1991-06-28 | 1994-11-30 | Научно-исследовательский институт "Полюс" | Многолучевой полупроводниковый инжекционный излучатель |
| DE19629920B4 (de) * | 1995-08-10 | 2006-02-02 | LumiLeds Lighting, U.S., LLC, San Jose | Licht-emittierende Diode mit einem nicht-absorbierenden verteilten Braggreflektor |
| US5779924A (en) * | 1996-03-22 | 1998-07-14 | Hewlett-Packard Company | Ordered interface texturing for a light emitting device |
| US5818860A (en) * | 1996-11-27 | 1998-10-06 | David Sarnoff Research Center, Inc. | High power semiconductor laser diode |
| US6057562A (en) * | 1997-04-18 | 2000-05-02 | Epistar Corp. | High efficiency light emitting diode with distributed Bragg reflector |
| RU2134007C1 (ru) * | 1998-03-12 | 1999-07-27 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Полупроводниковый оптический усилитель |
| US20020109148A1 (en) * | 1998-12-29 | 2002-08-15 | Shveykin Vasily I. | Injection incoherent emitter |
| RU2142661C1 (ru) * | 1998-12-29 | 1999-12-10 | Швейкин Василий Иванович | Инжекционный некогерентный излучатель |
| US6486499B1 (en) * | 1999-12-22 | 2002-11-26 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-nitride light-emitting device with increased light generating capability |
| JP4543488B2 (ja) | 2000-03-24 | 2010-09-15 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ発光装置 |
| US6777871B2 (en) * | 2000-03-31 | 2004-08-17 | General Electric Company | Organic electroluminescent devices with enhanced light extraction |
| RU2208268C2 (ru) | 2000-07-14 | 2003-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ИКО" | Инфракрасный полупроводниковый излучатель |
| IL165486A0 (en) * | 2002-05-31 | 2006-01-15 | Pendu Le Jacques | Method composition and kit for antigenic binding of norwalk-like viruses |
| JP4634081B2 (ja) * | 2004-03-04 | 2011-02-16 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ |
| RU2278455C1 (ru) * | 2004-11-17 | 2006-06-20 | Василий Иванович Швейкин | Гетероструктура, инжекционный лазер, полупроводниковый усилительный элемент и полупроводниковый оптический усилитель |
-
2005
- 2005-08-05 RU RU2005124939/28A patent/RU2300826C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-07-07 WO PCT/RU2006/000361 patent/WO2007018450A1/ru active Application Filing
- 2006-07-07 KR KR1020087004503A patent/KR101049714B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2006-07-07 CA CA2617910A patent/CA2617910C/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-07-07 JP JP2008524926A patent/JP4884471B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-07-07 CN CN2006800275883A patent/CN101233623B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-07-07 EP EP06769575A patent/EP1923923A1/en not_active Withdrawn
- 2006-07-07 US US11/997,883 patent/US8204092B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-01-24 IL IL189031A patent/IL189031A0/en unknown
-
2009
- 2009-01-23 HK HK09100819.0A patent/HK1123629A1/xx not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003517715A (ja) * | 1998-08-10 | 2003-05-27 | イワノヴィッチ シュヴェイキン ヴァジリー | 注入型レーザー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HK1123629A1 (en) | 2009-06-19 |
| US8204092B2 (en) | 2012-06-19 |
| CA2617910A1 (en) | 2007-02-15 |
| KR101049714B1 (ko) | 2011-07-19 |
| EP1923923A1 (en) | 2008-05-21 |
| US20080219310A1 (en) | 2008-09-11 |
| CN101233623B (zh) | 2012-06-27 |
| JP2009503886A (ja) | 2009-01-29 |
| WO2007018450A1 (fr) | 2007-02-15 |
| RU2300826C2 (ru) | 2007-06-10 |
| CA2617910C (en) | 2013-04-02 |
| CN101233623A (zh) | 2008-07-30 |
| KR20080046167A (ko) | 2008-05-26 |
| IL189031A0 (en) | 2008-08-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7776629B2 (en) | High efficiency light emitting diode (LED) with optimized photonic crystal extractor | |
| JP4713190B2 (ja) | 面内発光層を含む半導体発光素子 | |
| US7781791B2 (en) | Semiconductor light emitting element | |
| JP4476912B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| US20080169479A1 (en) | Light-emitting diode | |
| KR101406385B1 (ko) | Ｌｅｄ 반도체 몸체 및 ｌｅｄ 반도체 몸체의 이용 | |
| US10522699B2 (en) | Optoelectronic semiconductor chip | |
| CN112993108B (zh) | 一种发光二极管 | |
| KR20110137814A (ko) | 발광다이오드 | |
| JP2003535454A (ja) | 狭い波長分布を有する多重半導体レーザ構造 | |
| JP4884471B2 (ja) | インジェクションエミッタ | |
| US7787508B2 (en) | Injector laser | |
| JP2006190854A (ja) | 発光ダイオード | |
| US8044381B2 (en) | Light emitting diode (LED) | |
| JP7251937B2 (ja) | 半導体レーザーダイオード | |
| JP6887482B2 (ja) | 発光素子 | |
| RU66617U1 (ru) | Полупроводниковый лазер |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110323 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110614 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111130 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111206 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141216 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4884471 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |