JPH04167484A

JPH04167484A - 光半導体装置

Info

Publication number: JPH04167484A
Application number: JP2293914A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kurobe; 篤黒部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1992-06-15

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体レーザ、発光ダイオードのような半導
体発光素子及び光双安定素子、光微分利得素子、波長変
換素子のような光機能素子等の光半導体装置に係わり、
特に素子の具備する共振器の長さが動作する光の波長程
度であるマイクロ共振器を備えた光半導体装置に関する
。

（従来の技術）近年、共振器の長さを動作する光（電磁波）の波長程度
とした半導体発光素子が開発されている。この種の素子
においては、自然放出光を制御し、発光特性の向上や機
能化を実現することが必要である。そこでまず、自然放
出光を制御するための原理について説明する。

よく知られているように、光の放出過程には、誘導放出
過程と自然放出過程の２つが存在する（Ａ、Ｅｉｎｓｔ
ｅｉｎ、　Ｖｅｒｈａｎｄｌｕｎｇ　ｄｅｒ　Ｄｅｕｔ
ｓｃｈｅＰｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈｅ　Ｇｅ５ｅｌｌｓ
ｃｈａｆｔ、　Ｂｄ、１８，３１８（１９１Ｂ）　）。

誘導放出は、その場所での共鳴電磁波の強度に比例する
確率であり、吸収の逆過程である。これに対して自然放
出は、入射電磁波とは無関係に起こる。レーザは誘導放
出を利用した素子であり、発光ダイオードは自然放出を
利用した素子である。

物質と電磁波との相互作用の量子論的取扱いから、単位
体積当りの誘導放出確率Ｓ　ｓｔｊ■及び自然放出確率
Ｓ　５ｐｏｎは、二単位系で以下のように書き表される
。

・・・・・・■ ・・・・・・■ ここに、ｈはブランク定数、νは電磁波の周波数、ｎ（
ν）は周波数νのモードにある単位体積当りの平均光子
数（電磁波の強度に対応する）、ｍ（ν）は光子（電磁
波）のモード密度、μは電気（或いは磁気）双極子モー
メントで（上式はμ２は方向分布を考慮した平均をとっ
ている）ある。また、ｇ（シ）はスペクトル線の形状を
表し、Ｊ’　　　ｇ（ν）ｄシー１　　　　　　　　　・・・
■のように規格化している。■式で重要なことは自然放
出確率は光子モード密度ｍ（ν）に依存していることで
ある。

さて、通常の半導体レーザにおいては、共振器長をＬと
すれば軸方向の各モードの波長λユは λｙ−２Ｌ／ｎ’ｍ　　（ｍは整数）・・・■で指定さ
れる。ここに、ｎ′は屈折率である。

通常りは数百μ園であるため、モード間隔は数人（オン
グストローム）になる。他方、半導体における発光スペ
クトル線幅は数百人であるために、自然放出光は波長軸
上で模式的に第７図（ａ）のようになる。即ち、発振波
長λＬ以外のモードに殆どの光は結合する。

これに対し、共振器長をＬとして、スペクトル線のピー
ク波長λ。程度の大きさ（このような共振器をマイクロ
共振器と呼ぶ；λ０は自由空間の発光ピーク波長とほぼ
等しい）に取ると、第７図（ｂ）に示すように、スペク
トルｇ（λ）が有限である領域に零個を含む数個のモー
ドだけしか存在できないようになる。このようにすると
、種々の機能発光素子が可能となることが指摘されてい
る（特開昭５９−５０５８９号公報）。

例えば、スペクトルｇ（λ）が有限である領域に１個の
モードだけしか存在できないようにすると、自然放出光
といえども必ず発振波長に結合するので、零しきい値の
半導体レーザが実現できる、タンデム電極を設けて光論
理素子となる等である。

このような考えはキャビティＱＥＤとして知られており
、その基本的なアイデアはＰｕｒｃｅｌ　Ｉの論文（Ｅ
、Ｍ、Ｐｕｒｃｅｌｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ、　６９
６８１（１９４Ｂ））まで遡るＯ　Ｋｌｅｐｐｎｅｒは
、この考えを発展させ（Ｄ、ＫＩｅｐｐｎｅｒ、　Ｐｈ
ｙｓ、　Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔｅｒｓ　４７（４）　２２３
（１９８１））　、共振器中の自然放出確率ＡＣは自由
空間の自然放出確率Ａｐとし、共振器のＱ値をＱと置け
ば、共振器が共鳴している時にＡｃ−ＱＸＡｐ　　　　　　　　　　　　　　　・・・
■となり、Ｑ倍だけ増強されることを示した。また、共
振器が非共鳴の時には自然放出は抑制される。

Ｋｌｅｐｐｎｅｒの理論からも明らかなように、波長程
度の大きさを持つ共振器による自然放出光の制御では、
高い共振器Ｑ値を持つために高い反射率を持った共振器
が必要である。上記の公報（特開昭５９−５０５８９号
）には、高い反射率を得るための構造に関する具体的な
施策は記載されていない。

キャビティＱＥＤの考えを半導体材料で具現化した例は
、次の文献に報告されている。文献（山本喜久、上田正
仁、電気情報通信学会誌７２（９）　Ｉ）Ｉ）、１０１
４−１０２０　（１９８９）及び、７３（２）ｐｐ、ｌ
Ｂ１−１６６：　Ｙ、Ｙａｍａｍｏｔｏ、　”Ｃａｖｌ
ｔｙ　Ｑｕａｎｔｕ＋ｔＥｌｅｅｔｒｏｄｙｎａｍｉｃ
ｓ　＆　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ”；　１
ｓｔＪｎｔｅｒｎａｔｊｏｎａｌ　Ｆｏｒｕｍ　ｏｎ　
ｔｈｅ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒ　ｏｒＴｅｌｅｃｏ＋ａ＋ａ
ｕｎｉｅａｔｉｏｎｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　５Ｅ
ＳＳＩＯＮ　３）。

この例を第８図（ａ）（ｂ）に示す。高い反射率を持っ
た共振器とするために、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜
よりなる分布ブラッグ反射器（λ／４誘電体層Ｈ）２．
３を用い、ダブルヘテロ構造１の活性層は量子井戸構造
としている。また、２つの分布ブラッグ反射器２．３に
囲まれた間隔を、第８図（ａ）ではλ、同図（ｂ）では
λ／２とすることによって、モード４の腹及び節が各々
の場合に活性層に位置するように設計し、前者の場合は
自然放出の増強、後者では自然放出の抑制を得ている。

さらに、特筆すべきは、低温での励起子発光の自然放出
は、横方向の共振器の大きさが波長に比べてずっと大き
いにも拘らず、縦方向（積層方向）に伝搬する共振器モ
ードと強く結合することを見出している。この理由は、
自然放出は真空場揺らぎによる一種の誘導放出であると
解釈することにより、説明できる。即ち、垂直に入射、
伝搬するモードの真空場揺らぎは強調されるのに対して
、他の方向からの真空場揺らぎは分布ブラッグ反射器で
反射されるためである。

第８図の例では、−見すると、マイクロ共振器において
横方向の光モードを制御する必要がなさそうに見える。

即ち、共振器長を波長程度の大きさにするのは、一方向
だけで十分であるように考えられる。ところが、実際の
光素子はその素子サイズが有限であるために、無限の大
きさを考えた場合に比べ、垂直方向以外の入射モードが
共振器に結合し易くなり、分布ブラッグ反射器で反射で
きないモードの数が多くなる。

この事情は、素子の横方向の大きさが小さくなればなる
ほど顕著になってくる。また、無限の大きさを考えた場
合であっても、縦方向に伝搬する共振器モードに結合す
る光は、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布ブラッグ反射器の
場合は３０％程度であり、残りの発光は横方向に逃げて
しまっているため、発光素子としての効率が良くない等
の問題点がある。

以上説明したように、マイクロ共振器構造においては垂
直方向（薄膜結晶成長方向）だけでなく、水平方向にも
共振器長を波長程度に短くし、且つ共振器全面を高反射
膜（或いは多層膜）で覆うことが望ましい。垂直方向に
は分布ブラッグ反射器を薄膜結晶成長技術により形成す
ることは容易であるが、水平方向にも高反射膜を形成す
るのは容品でない。例えば、通常の半導体レーザのコー
ティングにおいては、スパッタ蒸着や電子ビーム蒸着等
が用いられ、コーティングしようとする面を蒸着層の飛
来する方向に向けて蒸着するが、コーティングしようと
する面以外の面も蒸着層の回り込みによって蒸着されて
しまう。回り込みによる蒸着層の厚さは、本来のコーテ
ィングしようとする面への蒸着の厚さよりも一般には薄
くなっており、今の場合のように多面的に同じ多層膜コ
ーティングすることは不可能である。また、このような
光素子をモノリシックに集積化しようとしたときにも、
従来のコーティング技術では隣設したマイクロ共振器が
邪魔になり、蒸着層が全面に均等に行き渡らないという
問題点もある。

また、３方向に光を閉じ込めたマイクロ共振器の例とし
て、２次元回折光子を用いたものがある（特開平２−１
２５６７０号公報）。この例は、面内の２次元的な周期
構造により、該平面方向の光を反射させるものである。

しかし、この例では、面方向の反射率が十分でないとい
う問題がある。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、マイクロ共振器を用いた光半導体装置
にあっては、垂直方向に伝搬する共振器モードに結合す
る光の割合が少ないため、垂直方向だけでなく、水平方
向にも共振器長を波長程度に短くし、且つ共振器全面を
高反射膜（或いは多層膜）で覆うことが望ましい。しか
し、水平方向に高反射膜を形成するのは困難である。こ
のため、自然放出光を十分に制御することはできず、発
光素子の場合には発光効率の低下を招いていた。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、マイクロ共振器の水平方向の自然放
出光も十分に制御可能とした光半導体装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、マイクロ共振器の垂直方向の高反射端
面は分布ブラッグ反射器で構成し、水平方向の高反射端
面を偶数次のグレーティングにより、又は空隙（若しく
は誘電体）と半導体装置により構成することにある。

即ち本発明は、屈折率の大きな半導体膜と屈折率の小さ
な半導体膜が交互に複数個積層された第１の分布ブラッ
グ反射器と、該反射器と同様な構成の第２の分布ブラッ
グ反射器又は金属薄膜層との間に、半導体のダブルヘテ
ロ構造部が形成された光半導体装置において、ダブルヘ
テロ構造部内に、第１の分布ブラッグ反射器と第２の分
布ブラッグ反射器又は金属薄膜層との対向方向と直交す
る平面（水平平面）に、周期的な凹凸形状のヘテロ界面
を設けるようにし、水平方向に進む光を垂直方向に回折
するようにしたものである。ここで、周期的な凹凸形状
のヘテロ界面を実現するには、活性層の近傍に偶数次の
グレーティング（回折格子）を形成すればよい。

また本発明は、屈折率の大きな半導体膜と屈折率の小さ
な半導体膜が交互に複数個積層された第１の分布ブラッ
グ反射器と、該反射器と同様な構成の第２の分布ブラッ
グ反射器又は金属薄膜層との間に、半導体のダブルヘテ
ロ構造部が形成された光半導体装置において、ダブルヘ
テロ構造部をその積層面と平行な面において、空隙又は
誘電体とその外側に隣設する半導体とにより囲むように
したものである。

（作用）既に説明したように、半導体分布ブラッグ反射器を用い
た、−次元方向にのみ厚さを波長程度としたマイクロ共
振器では、自然放出光を垂直方向にのみ増強することが
できるが、その場合効率は低い。また、活性層近くの水
平面内に、グレーティング（回折格子）を設けて水平面
内の光を反射させた構造では反射率はあまり太きくなら
ない。グレーティングの次数を偶数次にすると、水平面
内の光を反射するのみならず、水平面に進行する波は垂
直方向に回折されることになるため、水平方向で反射さ
れずに逃げていく光を垂直方向の光モードに結合させる
ことが可能となり、自然放出光の垂直方向への結合を十
分高くとることができ、内部効率の高いマイクロ共振器
となる。また、グレーティングを波長程度の領域で、途
中で中断すると水平方向の光モードを制御し、自然放出
光の制御性を高めることが可能となる。

また、マイクロ共振器における横方向の高反射膜として
空隙（或いは誘電体）と半導体の一組からなる分布ブラ
ッグ反射器を用いると、空気（若しくは真空）は屈折率
が低く、また半導体は通常コーティングに用いられてい
る誘電体に比べ屈折率が高いために通常の誘電体膜コー
ティングに比べ大きな反射率を得やすい。また、本発明
の構造は半導体のドライ・エツチングを用いて、−括し
て形成できるために大面積に再現性よく作製でき、集積
化も容易となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる光半導体装置の
概略構成を示す断面図であり、この例では自然放出光を
増強した超低しきい値マイクロ共振器レーザを示してい
る。

図中１０はｎ型ＧａＡｓ基板（キャリア濃度２　Ｘ　１
０１８０−３）であり、この基板１０上に減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法等により、第１の分布ブラッグ反射器２０．ダブル
ヘテロ構造部３０．第２の分布ブラッグ反射器４０及び
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１が成長形成され、コンタ
クト層１１上にはｐ側電極１２が形成され、さらに基板
１０の裏面にはｎ側電極１３が形成されている。゛分布
ブラッグ反射器２０．４０は組成の異なるＡｌＧａＡｓ
を積層したものであり、分布ブラッグ反射器２０の２１
．２３．２５及び分布ブラッグ反射器４０の４２．４４
．４６はＡ　Ｉｏ、３　Ｇａ（、，７Ａｓ層、分布ブラ
ッグ反射器２０の２２．２４．２６及び分布ブラッグ反
射器４０の４１．４３．４５　（図中ハツチングで示す
）はＡ１．８Ｇａｏ２Ａｓ層である。２１〜２６はｐ型
でキャリア濃度２Ｘ１０”■−３に不純物ドープされ、
４１〜４６はｎ型でキャリア濃度２Ｘ１０”■−３に不
純物ドープされている。

ここで、分布ブラッグ反射器２０．４０の各々の層の厚
さは光学距離にしてλ／４である。

但し、λは量子井戸の発光ピーク波長である。

また、以下の説明で記号λを用いた距離は、特に断らな
い限り光学距離（実長さを有効屈折率で割った長さ）を
表す。また、−殻内には分布ブラッグ反射器を構成する
各層の厚さは、λ／４の奇数倍であればよい。

ダブルヘテロ構造部３０は、活性層３２をクラーソド層
３１．’３３で挾んだダブルヘテロ接合とクラッド層３
３の上にグレーティング３５を介して形成されたバッフ
ァ層３４からなる。ここで、活性層３２はＧａＡｓで、
その厚さは１０ｎ■とじた。この厚さは、電子のド・ブ
ロイ波長の程度であるために、３１〜３３は量子井戸構
造と呼ばれる。クラッド層３１はｎ型のＡ１．、、Ｇａ
ｏ、、Ａｓ層で、クラッド層３３はｐ型のＡ　Ｉ　０．
３　Ｇ　ａ　ｏ、７　Ａ　５層、バッファ層３４はＡ１
．５Ｇａｏ５Ａｓ層である。

ＧａＡｓ量子井戸活性層３２は、第１の分布ブラッグ反
射器２０の最上層２６よりλ／２の距離にある。グレー
ティング３５はクラッド層３３とバッファ層３４とのヘ
テロ界面であり、干渉露光法により作製された第２図（
ａ）に示すような２次のグレーティングとなっている。

グレーティング３５は活性層３２から光学距離にしてλ
／２の距離に設けている。また、ダブルヘテロ構造部３
０の３１〜３４の全光学距離、即ち分布ブラッグ反射器
２０．４０間の光学距離は３λ／２である。

第１図中にマイクロ共振器の電磁波モードＰを模式的に
示した。これより分かるように、量子井戸活性層３２は
モードの腹に位置しており自然放出が増強される。さら
に、グレーティング３５もモードの腹に位置し、電磁波
とグレーティングの結合が大きくなるようにしている。

量子井戸活性層３２とグレーティング３５の位置を交換
しても効果は同じである。グレーティング３５が無いと
きには左右に逃げてしまう光も、２次のグレーティング
３５での回折により垂直方向のモードに結合する。この
ため、自然放出がさらに増強され、発振しきい値が減少
する。

第１図に示した量子井戸活性層３２やグレーティング３
５の位置関係は、様々の場合があり得る。例えば、量子
井戸活性層３２とグレーティング３５の距離がλ／２の
整数倍であってもよい。また、活性層３２として量子井
戸の他に量子細線や量子井戸にすることもできる。クラ
ッド層３１．３３を量子井戸活性層３２から遠ざかるに
つれて禁制帯幅が大きくなるようにした、いわゆるＧＲ
ＩＮ−３ＣＨ構造にしてもよい。さらに、分布ブラッグ
反射器２０．４０として、Ａ　１ｏ、Ｇａ、）、ｓ　Ａ
ｓ　　（λ／４）／Ａ　ｌｏ、ｉ　Ｇａｏ、７　Ａｓ　
（λ／４）の複数個のベアを追加してもよい。

本実施例では、活性層３２とグレーティング３５が分離
している場合について述べたが、活性層３２の片側のヘ
テロ界面が３５の様なグレーティング構造となっていて
もよい。この場合は、例えば二つの分布ブラッグ反射器
　２０．４０の間隔をλに設定し、活性層３２を中央に
位置させれば自然放出光の増強が得られるのは、前記第
８図（ａ）より明らかである。特に、この場合はグレー
ティングが深いと活性層３２は細線構造になる。

第２図（ａ）に示したグレーティングでは、左右方向に
運動量をもつ光に対しては回折が起こるが、これと垂直
な方向（紙面表裏方向）では回折が起こらない。第２図
（ｂ）はこれを鑑みて作られた２次元的なグレーティン
グの一例を示す。このようにマトリックス状に突起を設
ければ、第２図のＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’の２方向の断面
は共に同図（ｅ）に示すようになる。このため、左右及
び垂直方向にも大きな回折効率が得られる。このような
グレーティングを第１図に用いれば、自然放出がさらに
増強され、発振しきい値がさらに減少する。グレーティ
ングの作製方法としてはＥＢ露先による方法、干渉露光
を２回使う方法等がある。他の２次元的なグレーティン
グの例として、同心円状に凹凸が周期的に並んだ構造が
ある。

かくして本実施例によれば、ダブルヘテロ構造部３０の
上下に分布ブラッグ反射器　２０．４０を設けると共に
、活性層３２の近傍にグレーティング３５を設けている
ので、横方向に逃げて行く光を垂直方向に回折させるこ
とができる。

このため、結果として垂直方向への光結合効率を上げる
ことができる。従って、自然放出光の制御が可能となり
、発光効率の向上及び低しきい値化をはかることができ
る。

第３図は本発明の第２の実施例に係わる光半導体装置の
概略構成を示す断面図である。なお、第１図と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

基本的な層構造は第１の実施例とほぼ同じであるが、活
性層とグレーティングの位置、及びグレーティングの構
造が異なっている。即ち、ダブルヘテロ構造部５０は量
子井戸活性層５２をクラッド層５１．５３で挟んだダブ
ルヘテロ接合と、クラッド層５１と分布ブラッグ反射器
２０との間に設けられたバッファ層５４から構成されて
いる。そして、バッファ層５４とクラッド層５１との間
、即ち活性層５２よりも基板側にグレーティング５５が
設けられている。

第１の実施例ではグレーティング３５は周期的構造とな
っていたが、本実施例のグレーティング５５は、第４図
に示すように２次のグレーティング周期Ａ（−λ）の周
期構造が一時中断されている。中断されている長さはλ
であるが、一般にはλ／２の整数倍であればよい。この
ようにすると、中断された領域の右側と左側は実動的に
２次の分布ブラッグ反射器として振る舞うために、中央
部での水平方向の光モードも垂直方向の光モードと同様
に制御され、Ａ周期部では水平に進む光は垂直方向に回
折され、自然放出光の制御性が増すことになる。

第５図は本発明の第３の実施例の概略構成を示す断面図
である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。

この実施例が第１の実施例と異なる点は、第２の分布ブ
ラッグ反射器の代わりに金属薄膜層を用い、さらにグレ
ーティングの代わりに空隙とフェンスを設けたことにあ
る。即ち、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上には、先の第１の実
施例と同様に、分布ブラッグ反射器２０及びダブルヘテ
ロ構造部３０が成長形成されている。ダブルヘテロ構造
部３０上には厚さλ／２のｐ型Ａ　１．、、Ｇａｏ２Ａ
ｓ層６１が成層形１され、この上には高反射膜として働
＜Ａｇ　（厚さ　６ｏ。

ｎ■）層１５が形成されている。

分布ブラッグ反射器２０はｎ型不純物（キャリア濃度Ｉ
　Ｘ　１０１８Ｇ＋１ｌ−３）がドープされており、ハ
ツチングで示す２２，２４．・・・、２８はＡ　１　ｏ
、ｓ　Ｇ　ａｏ、２　Ａ　ｓ　　（厚さλ／４）であり
、２１．２Ｂ、−，２７はＡ　Ｉ　０．３　Ｇ　ａ　０
．７　Ａ　ｓ（厚さλ／４）である。ダブルヘテロ構造
部３０はグレーティングはなく３１〜３３からなり、３
１〜３３の全光学長がλとなっている。また、クラッド
層３１．３３は量子井戸活性層３２（井戸幅７　ｎｉ）
から遠ざかるにつれて、Ａ１組成が放物線的に０．３か
ら０，８まで増加している。

なお、各半導体層は、例えば分子線ビーム・エピタキシ
法、ＣＢＥ法などによって結晶成長される。

上記各層が形成された素子基板には、Ａｇ層１５から基
板１０に達する２つのリング状の溝が同軸的に形成され
ている。そして、この溝形成により第６図に示すように
、素子基板Ａ。の回りに空隙Ｂ１．半導体フェンスＡ＋
、空隙Ｂ２．フェンスＡ２．・・・が設置されている。

ここで、ＡＯの直径はλ、ＡＨ、Ａ２、−、Ｂ１゜Ｂ　
２　＋　・・・の厚さは３λ／４（−殻内にはλ／４の
奇数倍でよい）である。空隙を作る方法としては、ＥＢ
露光によるバターニングと反応性イオンエツチング（Ｒ
Ｉ　Ｅ）やＥＣＲ−ＲＩ　ＢＥを用いる方法などがある
。空隙は誘電体或いは半導体で埋込んでもよいが、誘電
体或いは半導体の屈折率に応じて層厚を３λ／４とする
必要がある。空隙の深さは第５図にあるようにＧａＡｓ
基板１０まで深く掘る必要はなく２８より上が削れてい
ればよい。また、空隙及び半導体フェンスは、必ずしも
第６図のような円状である必要はなく、例えば正方形で
あってもよい。

このような構成であれば、空隙Ｂｌ　ｒ　　Ｂ２　＋・
・・及び半導体フェンスＡ、、Ａ２　、・・・は、水平
方向の高反射膜として働き、水平方向への光の閉じ込め
（横モードを制御）が行われる。また、本実施例のマイ
クロ共振器レーザは、３次元的に光モードの閉じ込め・
制御がなされているので、ナノ・アンペアといフた超低
しきい値で発振する。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系を例にと
って説明したが、本発明はこの材料系にとられれる必要
はなく、例えば＾ｌＧａＡｓ／１ｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｓ系、ｌｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系、　１ｎ
ＧａＰ／ＩｎＡＩＰ系などにも広く適用することができ
る。また、以上の実施例では自然放出を増強することを
念頭においたが、同様に自然放出を抑制することも可能
である。また、光双安定素子、光微分利得素子、波長変
換素子のような光機能素子にも適用することができる。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、マイクロ共振器の
垂直方向の高反射端面を分布ブラッグ反射器で構成し、
水平方向を偶数次のグレーティングにより、又は空隙（
若しくは誘電体）と半導体装置による高反射端面により
構成することにより、従来構造では不十分であった自然
放出光の制御を可能とし、半導体レーザに用いれば、超
低しきい値化などの特性向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる光半第３図は本
発明の第２の実施例の概略構成を示す断面図、第４図は
第２の実施例に用いたグレーティングを示す斜視図、第
５図及び第６図はそれぞれは本発明の第３の実施例の概
略構成を説明するためのもので、第５図は断面図、第６
図は平面図、第７図は自然放出の原理を説明するための
模式図、第８図は従来装置の概略構成を示す断面図であ
る。１０−−−　ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、１１・・・ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層、１２．１３・・・電極、１５・・・Ａｇ高反射膜、２０．４０・・・分布ブラッグ反射器、３０．５０・・
・ダブルヘテロ構造部、３２．５２・・・量子井戸活性
層、３５．５５・・・２次のグレーティング、Ｐ・・・電磁
波モード、Ａ　１．　Ａ　２・・・半導体フェンスＢ１．Ｂ２・・
・空隙。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１ＷＪ第２図ｊ第３図第４図第５図５１ｉ長（入）　　　　　　　　　　　　　　　　　シ
戻長（入）（ａ）（ｂ＞第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）屈折率の大きな半導体膜と屈折率の小さな半導体
膜が交互に複数個積層された第１の分布ブラッグ反射器
と、該反射器と同様な構成の第２の分布ブラッグ反射器
又は金属薄膜層との間に、半導体のダブルヘテロ構造部
が形成された光半導体装置において、前記ダブルヘテロ構造部内に、前記第１の分布ブラッグ
反射器と第２の分布ブラッグ反射器又は金属薄膜層との
対向方向と直交する方向に、偶数次のブラッグ回折グレ
ーティングとなる周期的な凹凸形状のヘテロ界面を設け
てなることを特徴とする光半導体装置。
（２）第１の分布ブラッグ反射器と第２の分布ブラッグ
反射器又は金属薄膜層との間隔は、光学距離にしてダブ
ルヘテロ構造部における動作波長の１０倍以内に設定さ
れていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置
。
（３）第１の分布ブラッグ反射器と第２の分布ブラッグ
反射器又は金属薄膜層との間隔は、ダブルヘテロ構造部
の発光ピーク波長をλとし、ｍを３以上の整数としたと
きに、光学距離にしてｍλ／２であることを特徴とする
請求項１記載の光半導体装置。
（４）ダブルヘテロ構造部の活性層と周期的な凹凸形状
のヘテロ界面との光学距離は、ダブルヘテロ構造部の発
光ピーク波長をλとしたときに、λ／２であることを特
徴とする請求項１記載の光半導体装置。
（５）ダブルヘテロ構造部は、量子井戸構造、量子細線
構造又は量子箱構造であることを特徴とする請求項１記
載の光半導体装置。
（６）屈折率の大きな半導体膜と屈折率の小さな半導体
膜が交互に複数個積層された第１の分布ブラッグ反射器
と、該反射器と同様な構成の第２の分布ブラッグ反射器
又は金属薄膜層との間に、半導体のダブルヘテロ構造部
が形成された光半導体装置において、ダブルヘテロ構造部はその積層面と平行な面において、
空隙又は誘電体とその外側に隣設する半導体とにより囲
まれていることを特徴とする光半導体装置。
（７）ダブルヘテロ構造部が、その積層面上で空隙或い
は誘電体に囲まれる最小の大きさは、光学距離にしてダ
ブルヘテロ構造部における動作波長の１０倍以内に設定
されていることを特徴とする請求項６記載の光半導体装
置。
（８）ダブルヘテロ構造部の積層面に平行な面において
、空隙若しくは誘電体及び半導体の厚さは、ダブルヘテ
ロ構造部の発光ピーク波長をλとしたときに、光学距離
にしてλ／４の奇数倍であることを特徴とする請求項６
記載の光半導体装置。