JP5383912B2 - 電子線励起型発光装置 - Google Patents

電子線励起型発光装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5383912B2
JP5383912B2 JP2012521209A JP2012521209A JP5383912B2 JP 5383912 B2 JP5383912 B2 JP 5383912B2 JP 2012521209 A JP2012521209 A JP 2012521209A JP 2012521209 A JP2012521209 A JP 2012521209A JP 5383912 B2 JP5383912 B2 JP 5383912B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron beam
layer
emitting device
semiconductor
beam excitation
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
Application number
JP2012521209A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2011161775A1 (ja
Inventor
宏治 中原
朋信 土屋
慎 榊原
滋久 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of JPWO2011161775A1 publication Critical patent/JPWO2011161775A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5383912B2 publication Critical patent/JP5383912B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/17Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/3013AIIIBV compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3401Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having no PN junction, e.g. unipolar lasers, intersubband lasers, quantum cascade lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Description

本発明は、電子線励起型半導体発光装置に関する。
近年、紫外領域から青色まで発光するGaN系の窒化物半導体発光素子の研究開発が盛んに行われている。既に青紫色(波長410nm)から近紫外領域(波長375nm付近)までは実用化されている。窒化物半導体発光素子において、発光波長が360nm以下の領域では発光効率が急激に低くなり、特に深紫外線領域の200−300nm帯の波長では数%の発光効率しか得られておらず、実用化への課題となっていた。
窒化物半導体の紫外領域で発光効率が低い原因の1つにAl組成が高いAlGaNやAlN半導体におけるp型の活性化率の低下がある。Al組成が数%のときのAlGaNのp型の活性化率は数%から数10%程度である。しかし、Al組成が約50%以上の場合の活性化率は0.1%以下であるのが実情である。これはAl組成が高くなるとアクセプタ準位が大きくなることに起因する。
この課題を解決するものとして、電子線励起型半導体層を備えた光源装置が特許文献1に開示されている。特許文献1の図6には、電子線で励起するストライプ状半導体レーザが開示されている。特許文献1の図6において、11は半導体基板、12と13はクラッド層をなす半導体層、14は活性層をなす半導体層、15はキャップ層をなす半導体層、16はキャップ層15の一部に形成されたストライプ状のリッジ部、17は絶縁体、18は薄膜電極をなす薄膜金属層である。半導体層12〜15は、半導体基板11上にエピタキシャルに順次、積層されたものである。
特開平8−162720号公報
特許文献1の構造はリッジ部上面のみに金属膜を形成し、リッジ側面とリッジ溝底面(リッジ脇の低い面)の絶縁膜上に金属膜を形成していない。
本発明者らは、この特許文献1の電子線励起型発光装置を試作したが、電子注入効率が極めて低かった。そこで、解析した結果、リッジ側面とリッジ溝底面に絶縁膜を利用する場合には、絶縁膜にチャージアップ現象が起こり、その結果、電子注入効率が低下したものであることがわかった。
本発明の目的は、電子線励起型発光装置の電子注入効率を向上することにある。
上記課題を解決するために、本発明者は、メサ溝側面とメサ溝底面に絶縁膜を配置し、さらに、全面に渡って金属膜を形成する構造を考え出した。しかし、この構造を試作し、評価したが、電子注入効率は思ったようには向上しなかった。これは、金属膜がメサ上面およびメサ側面にもあることで、電子線源から照射された電子線レベルが、半導体層中の活性層に到達するまでの間に弱まってしまうためであると考えられる。
そこで、本発明者らは、電子線源側にある半導体層全面に金属膜を設けるのでなく、絶縁膜のない電子線を注入する領域に金属膜を設けず、半導体層上の絶縁膜がある領域のみに部分的に金属膜を設けるようにした。そして、絶縁膜および金属膜から露出した半導体領域に対して電子線が照射される位置に電子源を配置した。このような構造を採用することにより、電子注入効率の高い電子線励起型発光装置を実現することができる。
特に、DBRミラーまたはへき開面に挟み込まれた半導体層が他の領域より厚く、かつ平面パターンがストライプ状になっている構造(いわゆるリッジ型、メサ型と称される半導体共振構造)のストライプ脇に金属膜を、絶縁膜を介して形成した構造とすることが効率的である。
本発明によれば、電子線による励起で半導体層が発光する電子線励起型発光装置の高効率発光を実現することができる。
実施例1の電子線励起型レーザ装置の断面図である。 実施例1の電子線励起型レーザ装置のレーザ発光部の鳥瞰概略図である。 実施例2の電子線励起型レーザ装置の変形例の断面図である。 実施例3の電子線励起型レーザ装置の断面図である。 実施例4の電子線励起型レーザ装置のレーザ発光部の鳥瞰概略図である。 実施例5の電子線励起型レーザ装置の断面図である。 実施例6の電子線励起型レーザ装置の断面図である。 実施例7の電子線励起型レーザ装置の鳥瞰概略図である。 実施例7の電子線励起型レーザ装置の中のフォトニック結晶孔領域の概略断面図である。 窓付き真空容器に格納された電子線励起型発光装置の断面図である。
実施例1は深紫外線領域で発光する電子線励起型レーザ装置である。これは、共振構造を備えた電子線励起型発光装置の一例である。図1は実施例1の電子線励起型レーザ装置の断面図(リッジストライプ構造5のストライプ方向における断面)である。図2は実施例1の電子線励起型レーザ装置のレーザ発光部の鳥瞰概略図である。
1はサファイア基板、2は下層にAlNバッファ層を含む不純物濃度1×1018cm−3のSiをドーパントとする下部n型AlGaNクラッド層、3はn型Al(Ga)Nガイド層を含むアンドープAlGaN−量子井戸活性層、4は不純物濃度1×1018cm−3のSiをドーパントとする上部n型AlGaNクラッド層、5はリッジストライプ構造(Low Mesa型構造)である。
下部n型AlGaNクラッド層2、アンドープAlGaN−量子井戸活性層3、上部n型AlGaNクラッド層4およびリッジストライプ構造(Low Mesa型構造)5は、サファイア基板1上にMOCVD(Metal−Organic Chemical Vapor Deposition)法により結晶成長することで半導体積層体を生成し、ストライプ状のマスクを用いてドライエッチングを施すことで形成した。リッジストライプ構造5の断面は、リッジ上面の幅は3μm、リッジ高さ300nmの矩形である。これらの半導体層は図示しないが、DBRミラーまたはへき開面に挟み込まれた構造をしている。
6は二酸化シリコンSiOで構成されている絶縁膜で、リッジストライプ脇に配置され、リッジストライプ側面に接している。この絶縁膜6の膜厚は、リッジ高さの半分以下の100nmである。なお、絶縁膜6はリッジストライプ構造5と同一の高さでもよい。
7は絶縁膜6の上にTi/Pt/Auからなる3層の金属膜が積層された電極である。半導体層全面に金属膜を設けるのでなく、電子線を注入する絶縁膜のない領域に金属膜を設けず、半導体層上の絶縁膜がある領域のみに部分的に金属膜を設けるようにしたので、この電極7に絶縁膜6にチャージした電子が流れ、絶縁膜6のチャージアップが防止される。
8は4の上部n型AlGaNクラッド層とオーミックコンタクトを取るためのTi/Al/Ti/Auからなる4層の金属膜で構成された電極である。
9は5の下部n型AlGaNクラッド層とオーミックコンタクトを取るためのTi/Al/Ti/AuまたはTi/Al/Mo/Auからなる4層の金属膜で構成された電極である。
実施例1では、電極8,9には0Vが供給される。すなわち、電極8,9は接地されている。
電極8,9はそれぞれ半導体層にオーミック接触され接地されている。これにより電子が滞りなくリッジストライプに注入されるようになっている。尚、窒化物半導体のようなワイドギャップ半導体ではバンドギャップが大きいので半導体といえどもチャージアップする懸念もあったが、我々の試作結果では半導体にドーピングし、オーミック接触で上記電極を形成し、上記電極を接地した構造ではチャージアップしなかった。
10は電子線源である。電子線源10は熱電子を放出する酸化バリウムで構成されており、絶縁膜6および電極7から露出した半導体層上面から電子線が照射される位置に配置されている。
11は真空容器であり、真空度を保つゲッタリング材料が蒸着されたガラス管で構成した。
12は電子を加速するための電圧源である。なお、この電圧源12からの電圧Vdは−10Vから−20kVの範囲で設定した。
13は金属膜7に電圧Vgを印加する電源であり、電圧はVdより大きく接地電圧(0V)以下の範囲で設定した。電圧Vgを印加しなくても絶縁膜6のチャージアップは抑制されるが、電圧Vgを印加することで絶縁膜6のチャージアップが効率的かつ安定的に抑制される。
電子線源10からの電子eは、一般的に放射状に放出される。したがって、厚膜部であるリッジストライプだけでなく、薄膜部であるリッジストライプ脇(リッジ溝底面)にも電子eは注入される。また、リッジストライプ構造5に注入された電子eは2次電子を放出するためにその周りに電子eは散乱する。金属膜7がない場合は、リッジストライプ構造5の周りにある絶縁膜6に電子eが放射されるので絶縁膜6がチャージアップされてしまう。チャージアップした場合には絶縁膜6が正に帯電するため、リッジストライプ構造5に向かっていく電子eが曲げられてリッジストライプ構造5に正常に注入されなくなり、電子の注入効率が下がる。また、全面に金属膜7がある場合には、チャージアップの問題は発生しないが、リッジストライプ構造5自体に注入される電子の量が減少するので、結局電子注入効率が低下する。
この実施例1の半導体レーザは、室温、電子源への電圧Vd=−10kVの条件下で、発振波長260nm、出力5mW、駆動電流6mAという低電流レーザ発振が実現できた。また、APC(Auto Power Control)試験において500時間に渡り安定な動作を得た。
図3は、実施例1の変形例である電子線励起型レーザ装置のレーザ発光部の断面図(リッジストライプ構造5のストライプ方向における断面)である。実施例1との相違点としては、絶縁膜6がリッジストライプ構造5よりも高く形成されている点である。
また、実施例2では、電極7はリッジストライプの側面に接する絶縁膜6と同様に、リッジストライプ5の側面との間には隙間がない平面レイアウトとしている。これは、絶縁膜6をリッジストライプ構造5よりも高く形成されているので、電極7がリッジストライプ側面に接することがなく、電極7と半導体1−5間の電圧差に起因するリーク電流が生じないからである。
この実施例2の場合、VgをVdと接地電圧である0Vの間の適切な値に設定することにより良好に電子をリッジストライプ構造5に引き込むことができた。
実施例3は深紫外線領域で発光する電子線励起型レーザである。これは、共振構造を備えた電子線励起型発光装置の一例である。図4は実施例3の電子線励起型レーザ装置の断面図(リッジストライプ構造5のストライプ方向における断面)である。図1との違いは絶縁膜6と金属膜7がリッジストライプ構造5から離れて配置されていることである。
ここで加速された電子が半導体内へ入る侵入長について議論する。物質の侵入長は経験則に基づいた定式化がK.Kanaya and S.Okayamaによりなされており、Journal of Physics D: Applied Physics Vol.5,43頁(1972年)に開示されている。平均原子量と密度から計算すると例えば−10kVの加速電圧のときGaNやAlNにおいて電子の物質内での散乱中心深さは約0.2μmであり、最大侵入深さは約0.6μmであった。電子は最大侵入深さ付近まで達するが、散乱中心で最も電子正孔対ができる。リッジの高さは光を導波するために低くするのに限界がある。そこで、図4のように絶縁膜6と金属膜7をリッジストライプ構造5から離して配置しリッジ脇からも電子を注入することにより効率良く活性層で電子正孔対を発生させることができる。
さらに、この実施例3の半導体レーザでは、電極7を絶縁膜6よりもリッジストライプ構造5からさらに離して、隙間を大きくした。このことにより、電極7と半導体1−5間の電圧差が高い場合のリーク電流を減らすことができ、また作製時のプロセス余裕度が大きくなるというメリットがある。
また、この実施例3の半導体レーザは、室温、電子源への電圧Vd=−10kVの条件下で、発振波長255nm、出力5mW、駆動電流3mAという低電流によるレーザ発振が実現できた。また、APC(Auto Power Control)試験において800時間に渡り安定な動作を得た。
また、本実施例では図4のように絶縁膜6はリッジストライプ構造5の高さより低い。
図5は、実施例3の変形例である電子線励起型レーザ装置のレーザ発光部の断面図(リッジストライプ構造5のストライプ方向における断面)である。実施例3との相違点としては、絶縁膜6がリッジストライプ構造5よりも高く形成されている点と、電極7が絶縁膜6からリッジストライプ5側に突出している点である。この突出は、リッジストライプ構造5と絶縁膜6との隙間でとまっている。
絶縁膜6がリッジストライプ構造5よりも高く形成されている点により、適切なVgを与えることにより電子を引き込み、高効率な電子注入することがというメリットがある。また、電極7がリッジストライプ構造5と絶縁膜6との隙間に突出していることにより、実施例3での効果であるリッジストライプ脇への電子注入を突出長さでコントロールできるというメリットを得ている。
実施例4では、VgをVdと接地電圧である0Vの間の適切な値に設定した。このことにより、良好に電子をリッジストライプ構造5に引き込むことができている。
<代替案>
実施例1乃至実施例4の各層は一例であり、以下それらの代案を示す。
上述した各実施例では、窒化物半導体を結晶成長した基板として、サファイア基板1を用いたが、AlN基板を用いても同様の効果が得られる。なお、この場合、AlN基板は半絶縁性のものでも、ドーパントが導入された導電性のものでも良い。導電性基板の場合には基板の裏面側にも電極を形成する。
上述した各実施例では、2及び4のAlGaNクラッド層はSiがドーパントとしてドーピングされ、n型半導体層になっているので、活性化率が電子eの注入により変化しにくいというメリットがあるが、必ずしも必須ではなく、窒化物半導体にMgをドーピングしてp型半導体層としてもよい。また、これらのp型またはn型のドーパントの不純物濃度は7×1016〜3×1019cm−3の範囲が好ましい。
上述した各実施例では、リッジストライプ構造5の材料組成は、上部n型AlGaNクラッドと同じとしたが、メサの高さ再現性の観点からエッチング速度の異なる材料で構成されたエッジストップ層を介在させてもよい。また、上述した例では、リッジストライプ構造5の断面を矩形としたが、台形や逆台形であってもかまわない。また、リッジストライプ構造5の寸法の最適範囲は、リッジの幅が1〜30μm、高さが100〜800nmである。
絶縁膜6は、上述した各実施例のような二酸化シリコンだけでなく、他のSiの酸化物または窒化物、Alの酸化物または窒化物、ZrO,WO,TiSiN,HfOを使用することができる。
上述した各実施例では、電子線源10は、熱電子を放出する酸化バリウムで構成したが、タングステン、カーボンナノチューブを用いることができる。
上述した各実施例では、真空容器11は、真空度を保つゲッタリング材料が蒸着されたガラス管で構成したが、金属容器で構成してもよい。
実施例5は深紫外線領域で発光する電子線励起面発光レーザである。これは、共振構造を備えた電子線励起型発光装置の一例である。図6はその発光部のみの概略断面図であり、この発光部以外の電子線源10、真空容器11、電源12,13は図1と同じ構成を備えている。
図6において101はn型AlN基板であり、102はn型半導体DBR層である。このDBR層は102aのn型AlN層と102bのn型AlGaN層がλ/4nの層厚で交互に積層されている。ここでλは発振波長であり、nはその層の屈折率である。103はn−InGaAlNスペーサ層、104はInGaAlN量子井戸活性層、105はn−InGaAlNスペーサ層であり、103〜105でλ/nの膜厚に相当する共振器構造を形成している。106はn型AlN層であり、109はn型半導体DBR層であり、下層部と同様にn型AlN層とn型AlGaN層より構成される。107は絶縁膜、108は金属膜であり、金属膜108は図1のVgに相当する電圧に接続されている。110はn型オーミック電極層であり、0Vに接地されている。尚、図面では省略しているが、106のn型AlN層も発光部から離れた位置でn型電極によりオーミック接触されており、0Vに接地されている。
実施例5でも実施例1と同様に図6の基板上部のn型AlN層106が露出している領域に電子を注入することにより活性層104に容易に電子が到達するため、効率良く面発光レーザは発振することができる。さらに、絶縁膜106により電流領域が規定され、108により絶縁膜のチャージアップが抑制できるため、チャージアップによるレーザ特性の劣化は抑制することができる。
実施例5では、−5kVの電圧で加速された電子を注入することにより、0.5mAのしきい電流にて面発光レーザは発振した。この時の発振波長は290nmであった。
尚、AlN基板101の下部のみ真空容器から出ており、n電極110の中央部は開いており、この開口部からレーザ光を取りだすことができる。
実施例6は深紫外線領域で発光する電子線励起埋め込み型レーザである。これは、共振構造を備えた電子線励起型発光装置の一例である。図7はその発光部のみの概略断面図であり、図1で描かれている電子線源10、真空容器11、電源12,13は実施例1と同等のものを用いれば良い。図7において16はAlN基板であり、2はAlNバッファ層を含む下部AlGaNクラッド層、3はAl(Ga)Nガイド層を含むAlGaN−量子井戸活性層、4は上部AlGaNクラッド層である。実施例1と同様に上下のAlGaNクラッド層はn型にドーピングされている。6と7はAlGaNクラッド層を開口部とする絶縁層と金属膜層であり、実施例1と同様に金属膜層は電源に接続されVgの電圧に保たれている。14は半絶縁性のAlN埋め込み層であり、15はn型オーミック電極である。上部からの電子は上部クラッド4に照射されるが、その周りの領域はVgの電圧に保たれた金属膜層7で覆われているためにチャージアップせずに上部クラッド4に安定して電子が注入される。
実施例6による半導体レーザは室温にて電子源への電圧−20kVにおいて20mAの低い電流にてレーザ発振を確認した。発振波長278nmであり、3mWのAPC(Auto Power Control)試験において200時間に渡り安定な動作を得た。
実施例7は深紫外領域で発光するLEDである。これは、共振構造を備えた電子線励起型発光装置の一例である。図8はその鳥瞰概略図であり、図9はその中のフォトニック結晶孔領域の断面図である。図8,9はその発光部のみの概略図であり、図1で描かれている電子線源10、真空容器11、電源12,13は実施例1と同等のものを用いれば良い。図8、9において1はサファイア基板で2はAlNバッファ層を含む下部n型AlGaNクラッド層、3はAl(Ga)Nガイド層を含むAlGaN−量子井戸活性層、4は上部n型AlGaNクラッド層である。
111はアンドープAlN層とアンドープAlGaN層からなるアンドープの半導体DBR層である。
112はフォトニック結晶孔が開口されている金属膜層であり、113はフォトニック結晶構造の開口部分である。
実施例1と同様に上部n型クラッド層と下部n型クラッド層は電子線注入部から離れた場所でオーミック接触電極を用いて0Vに接地されている。電子は基板の上方から来てフォトニック結晶の孔を通って半導体層3,4に注入される。
ここで112は電源に接続されVgの電圧に保たれているのでフォトニック結晶部とDBR層部はチャージアップせず安定した高効率の動作をすることができる。
活性層からの光はフォトニック結晶部とDBR層部で下方に反射され、サファイア基板側に放射される。
本実施例のLEDは中心波長245nmで発光し、その最大光出力は24mWであった。12mWの一定光出力での信頼性試験では4000時間以上で安定した特性が得られた。本実施例ではDBR層111はアンドープとしたが、n型にドーピングしたDBR層を用いて金属膜層との間にλ/4nの膜厚相当の誘電体膜を挿入した構造でも同様の効果が得られる。また、DBR層を誘電体膜で形成しても同様の効果が得られる。
(共通事項)
実施例1から7はすべて半導体として窒化物半導体について記述したが、他の半導体、例えばInP基板上に成長できるInGaAsPやInGaAlAs等、或いはGaAs上に成長できるInGaAlPやAlGaAs等でも同様に適用できることは言うまでもない。また、ZeSe系やCdZnSe等のII−VI族半導体でも同様に適用できる。
また、実施例1,2,4は端面発光のレーザの例について記述しているが、端面の片面のみに高反射コート膜を施し、反対側のストライプ導波路にカーブをつけて曲げ、反射率を低減し、さらに無反射コート膜を施したスーパールミネッセンスダイオードに同様に適用することができる。
図10は、窓付き真空容器に格納された電子線励起型発光装置の断面図である。実施例1乃至4、6の場合には図10に示すように真空容器の一部に115の紫外線透過窓を形成して紫外光を真空容器11外に出す必要がある。図10において114は実施例1乃至4、6で述べた発光部である半導体レーザを示している。
1…サファイア基板
2…AlNバッファ層を含む下部AlGaNクラッド層
3…Al(Ga)Nガイド層を含むAlGaN−量子井戸活性層
4…上部AlGaNクラッド層
5…リッジ構造
6…絶縁層
7…金属膜層
8…上部クラッド層へのオーミック電極層
9…下部クラッド層へのオーミック電極層
10…電子線源
11…真空容器
12…電源
13…電源
14…半絶縁AlN埋め込み層
15…n型オーミック電極層

Claims (9)

  1. 活性層を含む半導体積層体と、
    前記半導体積層体上に開口部があるように部分的に設けられた絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に設けられた金属膜と、
    前記金属膜から露出している半導体積層体に電子線を照射する電子線源とを有し、
    前記半導体積層体は、前記活性層を挟み込むn型導電性半導体層を有することを特徴とする電子線励起型発光装置。
  2. 請求項において、
    前記n型導電性半導体層に接地されたオーミック電極が設けられていることを特徴とする電子線励起型発光装置。
  3. 請求項1において、
    前記半導体積層体は、断面が部分的に凸形状であるメサを備え、そのメサが前記絶縁膜の開口に位置し、
    前記メサ上面に電子が照射されることを特徴とする電子線励起型発光装置。
  4. 請求項において、
    前記メサの脇に、間隔を空けて前記金属膜が形成されていることを特徴とする電子線励起型発光装置。
  5. 請求項において、
    前記メサは、活性層よりも上層にある半導体積層体で構成されていることを特徴とする電子線励起型発光装置。
  6. 請求項において、
    前記メサ構造は、第1の方向に長いストライプの平面パターンを備え、
    前記第1の方向に共振するように構成されていることを特徴とする電子線励起型発光装置。
  7. 請求項1において、
    前記半導体積層体の一部が窒化物半導体であることを特徴とする電子線励起型発光装置。
  8. 請求項1において、
    前記半導体積層体は前記活性層が上下の反射鏡で挟まれた面発光レーザであることを特徴とする電子線励起型発光装置。
  9. 請求項1において、
    活性層上部にDBR反射鏡と前記DBR反射鏡に形成されたフォトニック結晶構造を備えたことを特徴とする電子線励起型発光装置。
JP2012521209A 2010-06-23 2010-06-23 電子線励起型発光装置 Expired - Fee Related JP5383912B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2010/060601 WO2011161775A1 (ja) 2010-06-23 2010-06-23 電子線励起型発光装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011161775A1 JPWO2011161775A1 (ja) 2013-08-19
JP5383912B2 true JP5383912B2 (ja) 2014-01-08

Family

ID=45370988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012521209A Expired - Fee Related JP5383912B2 (ja) 2010-06-23 2010-06-23 電子線励起型発光装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5383912B2 (ja)
WO (1) WO2011161775A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9112332B2 (en) 2012-06-14 2015-08-18 Palo Alto Research Center Incorporated Electron beam pumped vertical cavity surface emitting laser
JP5943738B2 (ja) * 2012-07-02 2016-07-05 スタンレー電気株式会社 深紫外レーザ光源
US8964796B2 (en) * 2013-06-18 2015-02-24 Palo Alto Research Center Incorporated Structure for electron-beam pumped edge-emitting device and methods for producing same
US10056735B1 (en) 2016-05-23 2018-08-21 X Development Llc Scanning UV light source utilizing semiconductor heterostructures

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02188980A (ja) * 1989-01-17 1990-07-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発光素子およびその製造方法
JPH05218589A (ja) * 1992-02-07 1993-08-27 Sharp Corp 電子ビーム励起半導体発光素子
JPH0897500A (ja) * 1994-09-28 1996-04-12 Sony Corp 発光素子およびそれを用いたレーザcrt
JPH08162720A (ja) * 1994-11-30 1996-06-21 Canon Inc 半導体レーザ装置
JPH09214027A (ja) * 1996-02-01 1997-08-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子線励起レーザ装置
JPH10223976A (ja) * 1997-02-13 1998-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ
JPH10321955A (ja) * 1997-05-15 1998-12-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子線励起発光素子
JP2001251001A (ja) * 2000-03-03 2001-09-14 Canon Inc 電子線励起レーザー装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02188980A (ja) * 1989-01-17 1990-07-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発光素子およびその製造方法
JPH05218589A (ja) * 1992-02-07 1993-08-27 Sharp Corp 電子ビーム励起半導体発光素子
JPH0897500A (ja) * 1994-09-28 1996-04-12 Sony Corp 発光素子およびそれを用いたレーザcrt
JPH08162720A (ja) * 1994-11-30 1996-06-21 Canon Inc 半導体レーザ装置
JPH09214027A (ja) * 1996-02-01 1997-08-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子線励起レーザ装置
JPH10223976A (ja) * 1997-02-13 1998-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ
JPH10321955A (ja) * 1997-05-15 1998-12-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子線励起発光素子
JP2001251001A (ja) * 2000-03-03 2001-09-14 Canon Inc 電子線励起レーザー装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2011161775A1 (ja) 2013-08-19
WO2011161775A1 (ja) 2011-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140050244A1 (en) Superluminescent diode
US6515308B1 (en) Nitride-based VCSEL or light emitting diode with p-n tunnel junction current injection
US7830930B2 (en) Semiconductor laser device
JP6947386B2 (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
US20060192209A1 (en) Optical integrated semiconductor light emitting device
JP2009182145A (ja) 半導体光素子
JP4829119B2 (ja) 側方に取り付けられたエッジ発光体を有するモノリシック光学的ポンピングvcsel
JP5383912B2 (ja) 電子線励起型発光装置
US10381804B2 (en) Vertical cavity light emitting element
JP6754918B2 (ja) 半導体発光素子
JP2011228570A (ja) 半導体レーザ及びその製造方法
JP2009158647A (ja) 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2000349397A (ja) 半導体発光素子
CN114946092A (zh) 垂直谐振器型发光元件
JP2008172188A (ja) 多波長量子ドットレーザ素子
US4759025A (en) Window structure semiconductor laser
US20220013987A1 (en) Semiconductor laser element
US20230006426A1 (en) Group iii-n light emitter electrically injected by hot carriers from auger recombination
JP2010021430A (ja) 半導体光素子
JP3805295B2 (ja) 窒化物半導体レーザ
JP2011205148A (ja) 半導体装置
WO2010022526A2 (en) Superluminescent diode, or amplifier chip
JPH0945986A (ja) 半導体レーザ素子
JP6887482B2 (ja) 発光素子
US20060023764A1 (en) Semiconductor laser and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130617

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: 20130903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131001

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees