JPH02306682A

JPH02306682A - 半導体面発光素子

Info

Publication number: JPH02306682A
Application number: JP1128571A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuoka; 隆志松岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-05-22
Filing date: 1989-05-22
Publication date: 1990-12-20
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JP2825527B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体を用いた半導体面発光素子に関し、特
に、電極構造を工夫した発光効率の高い面発光素子構造
に関するものである。

〔従来技術〕

従来、端面発光型レーザの一部を除いた発光素子の電極
は合金型のオーミック電極である。

すなわち、電極は、半導体中に入ったとき半導体と同じ
伝導型になる不純物を含む金等の金属を蒸着などにより
形成し、その後加熱し、半導体と金属の合金化を図るこ
とにより形成されている。

そのため、半導体と金属との界面が平坦ではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

この半導体と金属との界面が平坦ではない従来の半導体
面発光素子から取り出せる光は、活性層中で発生し、活
性層の膜厚方向に活性層を横切って半導体中を進行して
、前述の半導体と電極との界面に到達する。この界面で
、光の一部は吸収され、熱に変わる。あるいは、界面が
平坦でないため、光の一部は乱反射され、その大部分は
最後に熱となる。この結果、発光素子からの光の取り出
し効率が低下し、外部量子効率が悪くなる。太きな光出
力を得るため、大きな電流を注入し、多くの光子を発生
させると、この吸収も増える。その結果、結晶の温度が
上がり、活性層での発光効率、すなわち、内部量子効率
が低下し、大光出力が得にくくなるという問題があった
。

特（こ、面発光レーザを作製する場合、この電極と半港
体結晶での光の吸収及び乱反射は共振器のＱを低下させ
、素子特性を大きく劣化させる。すなわち、発振が起き
なかったり１発振しても閾値電流が高く、量子効率も低
く、高出力が望めないという問題があった。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
ある。

本発明の目的は、半導体面発光素子において、高出力が
得られる技術、特に面発光型レーザの場合には低閾値電
流で動作し、高量子効率、高出力が得られる技術を提供
することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、半導体面発光素
子において、Ｐ形あるいはｎ形半導体基板上のｐ形ある
いはｎ形の第１のクラッド層を介して、該第１のクラッ
ド層よりバンドギャップエネルギーの低い活性層と、該
活性層上に形成し、かつ前記半導体基板と逆の伝導形を
有する第２のクラッド層と、光の出射側に光取り出し窓
を有する電極と、該光取り出し窓を有する電極の面との
反対側にショットキー形電極を備えたことを最も主要な
特徴とする。

また、前記第１のクラッド層を有しないことを特徴とす
る。

〔作用〕

前述の手段によれば、出射端と反対側（以下、後方端面
と呼ぶ）の電極をショットキータイプとすることにある
。ショットキータイプの電極は、半導体中へ電極材が拡
散しないため、電極金属と半導体との界面を平坦に保つ
ことができる。そのため、後方端面に進行してきた光は
、後方端面で吸収されることも、乱反射されることもな
く反射される。

すなわち、後方端面で共振器のＱが低下することはない
。そのため、活性層で発生した光を後方端面で損じるこ
となく取り出すことができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。

〔実施例Ｉ〕

第１図は１本発明の半導体面発光素子の実施例■の概略
構成を説明するための図であり、面発光レーザの光の進
行方向、すなわち、共振器に平行な方向に切断した断面
図である。

本実施例Ｉの半導体面発光素子は、第１図に示すように
、ｎ形オーミック電極１、ｎ形ＧａＡｓ基板２、誘電体
多層膜３、ｎ形ＧａＡｓ層４、ｎ形Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ
　ｓクラッド層５、ｐ形ＧａＡｓ活性層６．ｐ形ＧａＡ
ｌＡｓクラッド層７、誘電体多層膜８．ショットキー電
極９及びダイヤモンドヒートシンク１０で構成されてい
る。

次に、前記本実施例■の半導体面発光素子の製造方法に
ついて説明する。

第１図に示すように、ｎ形ＧａＡｓ基板２に結晶成長用
バッファ層として、Ｍ　ＯＶ　Ｐ　Ｅ　（ＭｅｔａｌＯ
ｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法によりｎ形ＧａＡｓ［４，ｎ形ＧａＡｌＡｓクラ
ッド層５、ｐ形ＧａＡｓ活性層６、ｐ形ＧａＡｌＡｓク
ラッド層７を連続成長する。

次に、誘電体多層膜８を複数ターゲットを装着可能な高
周波（Ｒｆ）スパッタ装置で形成する。

前記各膜の形成時、反射率のモニタのために、スパッタ
装置チャンバ内に、面発光レーザの製作基板と同一の基
板を用いて形成したファブリ・ペロ型レーザを導入して
おく。その特性の変化から反射率を見積り、９９．８％
以上の反射率となるように膜厚や繰り返し回数をコント
ロールする。

次に、第１図に示すように、ドーナツ状に誘電体多層膜
をエツチングする。Ｔｉを５００人、ｐｔを２０００人
、Ａｕを１μｍを電子ビーム蒸着法で連続的に形成する
。

次に、基板側の加工を行う。まず、ｎ形ＧａＡＳ基板２
にｎ形オーミック電極１を形成する。続いて、誘電体多
層膜３を形成するために、ｎ形ＧａＡｓ基板２をエツチ
ングして第１図のように穴を開ける。このとき、ｎ形Ｇ
　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓクラッド層５をエツチング・スト
ッパ層とする。誘電体多層膜８と同様な方法で誘電体多
層膜３を形成する。

ショットキー電極９をメタライズしたダイヤモンドヒー
トシンク１０上に鉛・錫半田（Ｐ　ｂ　Ｓ　ｎ）　ＩＯ
Ａを介してマウントする。このダイヤモンドヒートシン
ク１０側を電源の陽極に、電極１を陰極に接続する。

このように構成した本実施例■の半導体面発光素子につ
いて、その特性実験の結果、レーザ発振が観測できた。

その特性は、閾値電流が２６ｍＡ、最大光出力１．６ｍ
Ｗ、発振波長０．８６μｍであった。同時に製作した通
常の合金型電極を形成した面発光レーザの場合には、閾
値電流が３２ｍＡであり、最大光出力も０　、７　ｍ　
Ｗであった。この結果から、ショットキータイプの電極
の効果が大きいことが判った。

〔実施例■〕

第２図は、本発明を面発光レーザに適用した実施例■を
説明する図であり、面発光レーザの光の進行方向、すな
わち、共振器に平行な方向に切断した断面図である。

本実施例■の面発光レーザは、第２図に示すように、ｎ
形オーミック電極１１．ｎ形Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１２、
誘電体多層膜１３、ｎ形Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層１４、ｎ　Ｊ
ｆ３Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ　ＡＳクラッドＭ１５、Ｐ　Ｙ３　
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層１６、Ｐ形ＧａＡｌＡｓクラッド
層１７、ｎ形Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層１８、ショットキー電極
１９及びＧａＡｌＡｓ層とＧ　ａ　Ａ　ｓ層との４８対
からなる高反射層２０で構成されている。

次に、前記本実施例■の面発光レーザの製造方法につい
て説明する。

第２図に示すように、ｎ形ＧａＡｓ基板１２に結晶成長
用バッファ層として、ＭＯＶＰＥ法を用いてｎ形Ｇ　ａ
　Ａ　ｓ層１４、ｎ形ＧａＡｌＡｓクラッド層１５、ｐ
形Ｇ　ａ　Ａ　ｓ活性層１６、ｐ形Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ
　ｓクララト層１７、Ｇａｏ、、ＡＬ、２Ａｓ層とＧａ
、、、Ａｌａ、、Ａｓ層のペア４８対からなる高反射層
２０を連続成長する。反射層２０の各層の膜厚は、発振
する光の層内での半波長の整数倍であれば良い。ここで
は、半波長とする。次に、シリコン酸化膜をマスクにし
て、高反射層２０をエツチングし、直径４μｍの円筒状
とする。この酸化シリコンマスクが付いている状態で、
高反射層２０の周りにだけｎ形ＧａＡｓ１１８を選択成
長する。次に、ｎ形オーミック電極１１及びショットキ
ー電極１９を形成する。ｎ形オーミック電極１１及びシ
ョットキー電極１９の形成は、Ｔｉを５００人、ｐｔを
２０００人、Ａｕを１μｍを電子ビーム蒸着法で連続的
に蒸着する。続いて、オーミック電極１１とｎ形Ｇ　ａ
　Ａ　ｓ基板１２をエツチングして光の取り出し口を形
成する。このとき、ｎ形Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓクラッ
ド層１５をエツチング・ストッパ層とした。最後に誘電
体多層膜１３を、複数ターゲットを装着可能な高周波（
Ｒｆ）スパッタ装置で形成する。前記各層の形成時、反
射率のモニタのために、スパッタ装置チャンバ内に同一
基板から形成したファブリ・ペロ型レーザを導入してお
く。

その特性の変化から反射率を見積り、９９．８％以上の
反射率となるように膜厚や繰り返し回数をコントロール
する。

次に、ショットキー電極１９をメタライズしたダイヤモ
ンドヒートシンク上にマウントする。このダイヤモンド
側を電源の陽極に、ｎ形オーミック電極１を陰極に接続
する。

このように構成した本実施例Ｈの半導体面発光素子につ
いて、その特性実験の結果、レーザ発振が観測された。

その特性は、閾値電流２３ｍＡ、最大光出力１．１ｍＷ
、発振波長０．８６５　μｍであった。同時に製作した
通常の合金型電極を形成した面発光レーザの場合には、
閾値電流が３６ｍＡであり、最大光出力も０　、６　ｍ
　Ｗであった。

この結果からも、ショットキータイプの電極の効果が大
きいことが判った。

前記実施例では、面発光レーザについて述へたが、レー
ザではなく発光ダイオードの場合にも同様な構造を用い
ることができ、素子特性が向上することは容易に類推で
きる。また、材料として、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓの場
合について述べたが、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ等の他の
材料系の面発光素子についても、本発明のショットキー
電極を用いることができ、有効であることは明白である
。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明の面発光素子は後方端面
での光の吸収及び乱反射による光の散乱がないため、高
効率での光を取り出すことができる。また、面発光素子
の−っである面発光レーザに応用すると、低閾値電極流
で容易に発光し、高効率動作ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体面発光素子の実施例■の概略
構成を説明するための図、第２図は、本発明を面発光レーザに適用した実施例■を
説明する図である。図中、１・・・ｎ形オーミック電極、２・・・ｎ＠Ｇａ
Ａｓ基板、３・・・誘電体多層膜、４・・・ｎ形ＧａＡ
ｓ層、５−　ｎ形ＧａＡｌＡｓクラッド層、６−ｐ形Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ活性層、７・・・ｐｆｆ３ＧａＡＩＡｓク
ラッド層、８・・・誘電体多層膜、９・・・ショットキ
ー電極、１０・・・ダイヤモンドヒートシンク、１０Ａ
・・・鉛・錫半田、１１・・・ｎ形オーミック電極、１
２・・・ｎ形Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、１３・・・誘電体多
層膜、１４−ｎ形ＧａＡｓ層、１５−ｎ形ＧａＡｌＡｓ
クラッド層、１６・・・ｐ形ＧａＡｓ活性層、１７・・
・ｐ形ＧａＡｌＡｓクラッド層、１８−ｎ形ＧａＡｓｆ
ｆ、１９・・・ショットキー電極、２０・・・高反射層
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ｐ形あるいはｎ形半導体基板上のｐ形あるいはｎ
形の第１のクラッド層を介して該第１のクラッド層より
バンドギャップエネルギーの低い活性層と、該活性層上
に形成し、かつ前記半導体基板と逆の伝導形を有する第
２のクラッド層と、光の出射側に光取り出し窓を有する
電極と、該光取り出し窓を有する電極の面との反対側に
ショットキー形電極を備えたことを特徴とする半導体面
発光素子。
（２）前記請求項第１項の半導体面発光素子において、
第１のクラッド層を有しないことを特徴とする半導体面
発光素子。