JPH04398B2 - - Google Patents

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JPH04398B2
JPH04398B2 JP13311682A JP13311682A JPH04398B2 JP H04398 B2 JPH04398 B2 JP H04398B2 JP 13311682 A JP13311682 A JP 13311682A JP 13311682 A JP13311682 A JP 13311682A JP H04398 B2 JPH04398 B2 JP H04398B2
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Japan
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layer
active layer
light emission
light
region
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JP13311682A
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Shigeo Oosaka
Katsuji Yoshida
Kyoshi Hanamitsu
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
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    • H01L33/20Semiconductor 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
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    • H01L33/002Devices characterised by their operation having heterojunctions or graded gap
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 禁制帯幅を異にする複数の半導体層の積層体よ
りなり、上下方向(層厚方向)の光閉じ込め能は
禁制帯幅の差にもとづく屈折率の差を利用してな
し、横方向(層方向)の光閉じ込め能は不純物濃
度差にもとづく屈折率の差を利用してなす、ダブ
ルヘテロ接合型の半導体レーザの発光スポツトを
円形に近くする改良に関し、 半導体発光装置、特にダブルヘテロ接合型の半
導体レーザにおいて、横方向光放出角が縦方向光
放出角とおゝむね同一であり、発光スポツトが円
形に近く、しきい値電流の小さい半導体発光装
置、特にペダルヘテロ接合型の半導体レーザを提
供することを目的とし、 第1の導電型を有する半導体層よりなる活性層
と、この活性層を挟んで配設された第1の導電型
を有する半導体層よりなる第1クラツド層と第2
クラツド層とを備え、この第1クラツド層と前記
の活性層との中、または、前記の第2クラツド層
と前記の活性層との中のいずれかには、前記の第
1クラツド層または前記の第2クラツド層から前
記の活性層内に延びて発光ストライプの左右に略
対象な湾曲状をなし、かつ、その先端が前記の活
性層と前記の第2クラツド層との界面または前記
の活性層と前記の第1クラツド層との界面に接し
ている第2の導電型を有する領域が形成されてい
る半導体発光装置、特にダブルヘテロ接合型の半
導体レーザをもつて構成される。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Consisting of a stack of multiple semiconductor layers with different forbidden band widths, the optical confinement ability in the vertical direction (layer thickness direction) is determined by the difference in refractive index based on the difference in the forbidden band widths. Regarding the improvement of making the light emitting spot of a double heterojunction semiconductor laser nearly circular, the optical confinement ability in the lateral direction (layer direction) is achieved by using the difference in refractive index based on the difference in impurity concentration. Semiconductor light emitting devices, especially double heterojunction type semiconductor lasers, in which the lateral light emission angle is approximately the same as the longitudinal light emission angle, the light emitting spot is close to a circle, and the threshold current is small, especially semiconductor light emitting devices The object of the present invention is to provide a pedal heterojunction type semiconductor laser, which is composed of an active layer made of a semiconductor layer having a first conductivity type, and a semiconductor layer having the first conductivity type disposed with the active layer sandwiched therebetween. The first clad layer and the second
a cladding layer, and either between the first cladding layer and the active layer, or between the second cladding layer and the active layer, the first cladding layer or the active layer is provided. The light-emitting stripe extends from the second cladding layer into the active layer to form a substantially symmetrical curved shape to the left and right of the light-emitting stripe, and its tip is located at the interface between the active layer and the second cladding layer or at the active layer. A semiconductor light emitting device, in particular a double heterojunction type semiconductor laser, has a region having a second conductivity type in contact with the interface between the first cladding layer and the first cladding layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は半導体発光装置に関する。特に、禁制
帯幅を異にする複数の半導体層の積層体よりな
り、上下方向(層厚方向)の光閉じ込め能は禁制
帯幅の差にもとづく屈折率の差を利用してなし、
横方向(層方向)の光閉じ込め能は不純物濃度差
にもとづく屈折率の差を利用してなすダブルヘテ
ロ接合型の半導体レーザの発光スポツトを円形に
近くする改良に関する。
The present invention relates to a semiconductor light emitting device. In particular, it consists of a stack of multiple semiconductor layers with different forbidden band widths, and the optical confinement ability in the vertical direction (layer thickness direction) is achieved by utilizing the difference in refractive index based on the difference in the forbidden band widths.
The optical confinement ability in the lateral direction (layer direction) relates to an improvement in which the light emitting spot of a double heterojunction semiconductor laser is made closer to a circular shape by utilizing a difference in refractive index based on a difference in impurity concentration.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体発光装置、特に半導体レーザにおいて
は、光放射パターンすなわち発光スポツトが円形
に近いことが望ましい。発光スポツトが円形であ
ると、半導体レーザの放出光を光フアイバに効率
的に結合しうるからである。しかし、従来のダブ
ルヘテロ接合型の半導体レーザにあつては、縦方
向の放射角と横方向の放射角との比は3〜5であ
り、光放射パターンは縦長の楕円形である。
In semiconductor light emitting devices, particularly semiconductor lasers, it is desirable that the light emission pattern, that is, the light emitting spot, be approximately circular. This is because if the light emitting spot is circular, the light emitted from the semiconductor laser can be efficiently coupled to the optical fiber. However, in a conventional double heterojunction type semiconductor laser, the ratio of the vertical radiation angle to the horizontal radiation angle is 3 to 5, and the light radiation pattern is a vertically long ellipse.

光放射パターンが縦長の楕円形となる理由は、
下記のとうりである。すなわち、ダブルヘテロ接
合型の半導体レーザにおいては、縦方向(上下方
向)の光閉じ込め能は、禁制帯幅の差にもとづく
屈折率の差を利用して、クラツド層に挟み込まれ
た極めて薄い厚さ(0.1〜0.2μm)の活性層内に光
を閉じ込めようとするものであり、横方向(層方
向)の光閉じ込め能は、不純物濃度差にもとづく
屈折率の差を利用して、ストライプ領域内に光を
閉じ込めようとするものであるが、活性層の層厚
が極めて薄いため、縦方向(上下方向)の光の
「溢み出し」を有効に防止することが困難で、縦
方向の光放射出角は大きいに反し、活性層の横方
向の幅はそれ程小さくできず、数μm程度と必要
とするため、横方向(層方向)の光の「溢み出
し」はおゝむね有効に防止することができ、横方
向の光放出角は小さくなるからである。
The reason why the light radiation pattern is a vertically elongated oval is because
It is as follows. In other words, in a double heterojunction type semiconductor laser, the optical confinement ability in the vertical direction (vertical direction) is achieved by utilizing the difference in refractive index based on the difference in forbidden band width, and by using the extremely thin layer sandwiched between the cladding layers. It attempts to confine light within the active layer (0.1 to 0.2 μm), and the lateral (layer direction) optical confinement ability is achieved by utilizing the difference in refractive index based on the difference in impurity concentration within the stripe region. However, because the thickness of the active layer is extremely thin, it is difficult to effectively prevent the light from spilling out in the vertical direction (up and down), and the light is trapped in the vertical direction. Although the radiation output angle is large, the lateral width of the active layer cannot be made that small; it needs to be on the order of several μm; therefore, the ``overflow'' of light in the lateral direction (layer direction) is generally effectively prevented. This is because the light emission angle in the lateral direction becomes smaller.

光放射パターンを円形に近づけるためには、横
方向の光閉じ込め効果を縦方向の光閉じ込め効果
と、おゝむね同一にすることが必要である。
In order to make the light radiation pattern nearly circular, it is necessary to make the light confinement effect in the lateral direction approximately the same as the light confinement effect in the vertical direction.

また、キヤリヤと光との閉じ込め効果を大きく
することは、しきい値電流を低下することにもな
り、発光効率を向上するために有効でもある。
In addition, increasing the confinement effect between the carrier and the light also reduces the threshold current, which is also effective for improving the luminous efficiency.

なお、横方向の閉じ込め能力を向上させるため
に有効な手段の1つの発光領域側面にヘテロ接合
を形成することが知られているはいるが、活性層
の発光部の横方向の幅を極度に小さくすることは
容易ではないので、一般には、不純物濃度の相違
にもとづくキヤリヤや光の閉じ込め能力を利用し
た横モードガイド方式が広く使用されていること
は上記のとうであり、本発明もこの構成を前提と
する。
Although it is known that forming a heterojunction on the side surface of the light emitting region is one effective means to improve the lateral confinement ability, it is difficult to minimize the lateral width of the light emitting region of the active layer. Since it is not easy to reduce the size, generally, as described above, the transverse mode guide method that utilizes the carrier and light confinement ability based on the difference in impurity concentration is widely used, and the present invention also uses this configuration. Assuming that.

縦方向の光閉じ込めにはダブルヘテロ構造を利
用し、横モードガイドとしては不純物濃度差を利
用しているダブルヘテロ接合型の半導体レーザの
層構成の一例を第1図に示す。図において、1は
n型ガリウムヒ素(n−GaAs)よりなる基板で
あり、2はn型ガリウムアルミニウムヒ素(n−
Ga1−yAlyAs)よりなる第1クラツド層(下部
クラツド層)であり、3はn型ガリウムアルミニ
ウムヒ素(n−Ga1−zAlzAs)よりなる活性層
であり、4はn型ガリウムアルミニウムヒ素(n
−Ga1−yAlyAs)よりなる第2クラツド層(上
部クラツド層)であり、5はp型ガリウムアルミ
ニウムヒ素(p−Ga1−xAlxAs)よりなるp型
層であり、6はn型ガリウムヒソ(n−GaAs)
よりなるコンタクト層である。7はPN接合面で
あり、このPN接合面7に囲まれた領域8はp型
領域である。混晶比zは発光周波数によつて選択
され、0.8μm帯の発振波長を得るためには通常z
=0.05程度が広く使用されており、混晶比xとy
とzとにはx=y>zの関係が必要である。
FIG. 1 shows an example of the layer structure of a double heterojunction type semiconductor laser that uses a double heterostructure for longitudinal optical confinement and uses a difference in impurity concentration as a transverse mode guide. In the figure, 1 is a substrate made of n-type gallium arsenide (n-GaAs), and 2 is a substrate made of n-type gallium aluminum arsenide (n-GaAs).
The first clad layer (lower clad layer) is made of n-type gallium aluminum arsenide (n-Ga 1 -zAlzAs), and 4 is the active layer made of n-type gallium aluminum arsenide (n - Ga 1 -zAlzAs).
-Ga 1 -yAlyAs), 5 is a p-type layer made of p-type gallium aluminum arsenide (p-Ga 1 -xAlxAs), and 6 is n-type gallium arsenide (n −GaAs)
The contact layer consists of: 7 is a PN junction surface, and a region 8 surrounded by this PN junction surface 7 is a p-type region. The mixed crystal ratio z is selected depending on the emission frequency, and in order to obtain an oscillation wavelength in the 0.8 μm band, z is usually selected.
= about 0.05 is widely used, and the mixed crystal ratio x and y
and z must have the relationship x=y>z.

このような混晶比を有するダブルヘテロ接合構
造のダブルヘテロ接合型の半導体レーザにおいて
は、縦方向のキヤリヤと光との閉じ込め能力は禁
制帯幅の差にもとづく屈折率差に依存しており、
横モードガイドは濃度差にもとづく屈折率差に依
存している。すなわち、横方向の光閉じ込め作用
は第2図に示す如く、活性層3が屈折率に差のあ
る三つの領域に横方向に区切られているので、光
は中央部に集束される。
In a double heterojunction type semiconductor laser with a double heterojunction structure having such a mixed crystal ratio, the ability to confine the carrier and light in the vertical direction depends on the refractive index difference based on the difference in forbidden band width.
Transverse mode guidance relies on refractive index differences based on density differences. That is, as shown in FIG. 2, the light confinement effect in the lateral direction is caused by the fact that the active layer 3 is laterally divided into three regions having different refractive indexes, so that the light is focused in the center.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、上記の如き層構成を有すダブルヘテ
ロ接合型の半導体レーザにおいては、ストライプ
幅が6cmの場合その光放射角は7゜程度であり、ス
トライプ幅が4μmの場合その光放射角は8.5゜程度
であり、ストライプ幅が3μmの場合その光放射角
は11゜程度となる。すなわち、ストライプ幅が狭
くなるにつれて光放射角が大きくなる傾向があ
る。そして、光放射角を10゜以上にするためには
ストライプ幅を3μm程度以下にする必要がある。
However, in a double heterojunction type semiconductor laser having the above layer structure, when the stripe width is 6 cm, the light emission angle is about 7°, and when the stripe width is 4 μm, the light emission angle is 8.5°. When the stripe width is 3 μm, the light emission angle is about 11°. That is, as the stripe width becomes narrower, the light emission angle tends to become larger. In order to make the light emission angle 10 degrees or more, the stripe width needs to be about 3 μm or less.

一方、活性層3の厚さは0.1μm程度であるか
ら、縦方向の光放射角は極めて大きくなり、光放
射パターンは第8図a・bに示すような縦長の楕
円になる。第8図aは、活性層3と上下のクラツ
ド層2・4との層構造を示し、第8図bは、第8
図aとおゝむね同一の領域における発光パターン
を示す。
On the other hand, since the thickness of the active layer 3 is about 0.1 μm, the light radiation angle in the vertical direction is extremely large, and the light radiation pattern becomes a vertically elongated ellipse as shown in FIGS. 8a and 8b. FIG. 8a shows the layer structure of the active layer 3 and the upper and lower cladding layers 2 and 4, and FIG. 8b shows the layer structure of the active layer 3 and the upper and lower cladding layers 2 and 4.
This figure shows a light emission pattern in roughly the same area as in Figure a.

そこで、発光パターンを円形にするには、横方
向の光放出角も、極力縦方向の光放射角に近ず
け、少なくとも10゜以上にすることが望ましい。
しかし、横方向の光放射角を10゜以上にするため
にはストライプ幅を3μm程度以下にする必要があ
るが、ストライプ幅を3μm以下とすることは必ず
しも容易ではない。
Therefore, in order to make the light emitting pattern circular, it is desirable that the horizontal light emission angle be as close as possible to the vertical light emission angle, and be at least 10° or more.
However, in order to increase the lateral light emission angle to 10° or more, it is necessary to reduce the stripe width to about 3 μm or less, but it is not necessarily easy to reduce the stripe width to about 3 μm or less.

本発明の目的は、半導体発光装置、特に、縦方
向の光閉じ込め効果はダブルヘテロ接合に起因す
る禁制帯幅の差にもとづく屈折率差に依存し、横
モードガイドは不純物濃度差にもとづく屈折率差
に依存するダブルヘテロ接合型の半導体レーザに
おいて、縦方向光放出角を横方向光放出角とおゝ
むね同一とし、発光スポツトを円形に近くし、し
きい値電流を小さくする改良を提供することにあ
る。
The object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device, in particular, the longitudinal optical confinement effect depends on the refractive index difference based on the difference in forbidden band width caused by a double heterojunction, and the transverse mode guide depends on the refractive index difference based on the impurity concentration difference. To provide an improvement in a double heterojunction type semiconductor laser which depends on the difference, by making the longitudinal light emission angle approximately the same as the lateral light emission angle, making the light emitting spot nearly circular, and reducing the threshold current. It is in.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的は、第1の導電型を有する半導体層
よりなる活性層13と、この活性層13を挟んで
配設された第1の導電型を有する半導体層よりな
る第1クラツド層12と第2クラツド層14とを
備え、この第1クラツド層12と前記の活性層1
3との中、または、前記の第2クラツド層14と
前記の活性層13との中のいずれかには、前記の
第1クラツド層12または前記の第2クラツド層
14から前記の活性層13内に延びて、発光スト
ライプの左右に略対象な湾曲状をなし、かつ、そ
の先端が前記の活性層13と前記の第2クラツド
層14との界面または前記の活性層13と前記の
第1クラツド層12との界面に接している第2の
導電型を有する領域22が形成されている半導体
レーザによつて達成される。
The above object is to form an active layer 13 made of a semiconductor layer having a first conductivity type, a first cladding layer 12 made of a semiconductor layer having a first conductivity type disposed with the active layer 13 in between, and a 2 cladding layer 14, this first cladding layer 12 and the active layer 1
3 or between the second cladding layer 14 and the active layer 13, the first cladding layer 12 or the second cladding layer 14 to the active layer 13 It extends inwards and forms a curved shape that is substantially symmetrical to the left and right sides of the light-emitting stripe, and its tip is at the interface between the active layer 13 and the second cladding layer 14 or at the interface between the active layer 13 and the first cladding layer 14. This is achieved by a semiconductor laser in which a region 22 of the second conductivity type in contact with the interface with the cladding layer 12 is formed.

〔作用〕[Effect]

本発明に係る半導体発光装置、特にダブルヘテ
ロ接合型の半導体レーザは、上記のとおり、横方
向の光放射角を広げるため、第9図aに示すよう
に、発光層13内に形成されるPN接合17を、
押し込み拡散法(ドライブンデイフユージヨン
法)等を使用して幅が狭く下方に凸の湾曲状とな
し、かつ、その下端を活性層13の下面に接触さ
せ、活性層13の下部領域においては横方向の寸
法を極めて小さくし、この横方向の寸法を、活性
層13の上部領域に移るにしたがつて大きくし、
その結果、活性層13の下部領域においては横方
向光放出角を大きくし、活性層13の上部領域に
移るにしたがつて横方向光放出角を小さくし、活
性層13の上部領域においては、従来技術の場合
(第8図bに示す)と同程度まで横方向光放出角
を小さくし、この次第に変化する光放出角を積極
的に利用して、第9図bに示すように、縦方向光
放出角を横方向光放出角と同程度の大きさとし、
円形の発光放出パターンを実現するものである。
As described above, the semiconductor light emitting device according to the present invention, particularly the double heterojunction type semiconductor laser, has a PN formed in the light emitting layer 13 as shown in FIG. Junction 17,
A drive-in diffusion method or the like is used to form a curved shape with a narrow width and a downward convexity, and the lower end thereof is brought into contact with the lower surface of the active layer 13 in the lower region of the active layer 13. has a very small lateral dimension, and this lateral dimension increases as it moves toward the upper region of the active layer 13,
As a result, the lateral light emission angle increases in the lower region of the active layer 13, decreases as it moves toward the upper region of the active layer 13, and in the upper region of the active layer 13, By reducing the horizontal light emission angle to the same extent as in the case of the prior art (shown in Figure 8b), and making active use of this gradually changing light emission angle, we can reduce the vertical light emission angle as shown in Figure 9b. The directional light emission angle is made to be about the same size as the lateral light emission angle,
A circular light emission pattern is realized.

また、第5図に示すように、発光層13内での
発光領域(p型領域22)における横方向の屈折
率差は徐々に傾斜する(第5図に示すように横方
向の中心において大きくなり、左右端部において
次第に小さくなる)ことになり、特に左右端部に
おける光閉じ込め効果を小さくなり横方向光放出
角が大きくなり、その結果、縦方向光放出角が横
方向光放出角と同程度の大きさとなり、円形の発
光放出パターンを実現するものである。
Furthermore, as shown in FIG. 5, the difference in refractive index in the lateral direction in the light emitting region (p-type region 22) in the light emitting layer 13 gradually slopes (as shown in FIG. 5, it becomes large at the center in the lateral direction). In particular, the light confinement effect at the left and right ends becomes smaller and the lateral light emission angle increases, and as a result, the vertical light emission angle becomes the same as the lateral light emission angle. It has a circular luminescence emission pattern.

本発明に係る半導体発光装置、特にダブルヘテ
ロ接合型の半導体レーザは、これらの効果を利用
して、縦方向光放出角を横方向光放出角とおゝむ
ね同一とし、発光スポツトを円形に近くし、しき
い値電流を小さくするものである。
The semiconductor light emitting device according to the present invention, particularly the double heterojunction type semiconductor laser, takes advantage of these effects to make the vertical light emission angle approximately the same as the horizontal light emission angle, and to make the light emitting spot nearly circular. , which reduces the threshold current.

ここで、特に重要なことは、活性層13のp型
領域が下部クラツド層12と接触していることで
ある。さもないと、活性層13には、その下部に
n型領域も存在することになり、このn型領域に
おいても、いくらか発光することになるが、この
n型領域における発光をガイドする(閉じ込め
る)機能はないので、このn型領域における発光
のスポツトは大きくなることになり、一方、レー
ザの発光は上記のp型領域における発光とこのn
型領域における発光とが重畳したものであるか
ら、レーザ全体の光放出パターンは円形にはなら
ないからである。
What is particularly important here is that the p-type region of the active layer 13 is in contact with the lower cladding layer 12. Otherwise, the active layer 13 would also have an n-type region below it, and this n-type region would also emit some light, but the light emission in this n-type region would be guided (confined). Since there is no function, the light emitting spot in this n-type region becomes large.On the other hand, the laser light emission is a combination of the above-mentioned light emission in the p-type region and this n-type region.
This is because the light emission pattern of the entire laser is not circular because the light emission in the mold region is superimposed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施例に
係る半導体レーザの製造工程を説明する。
Hereinafter, a manufacturing process of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第3図参照 液相エピタキシヤル成長法を使用して、n型の
ガリウムヒ素(n−GaAs)基板11上に厚さ1.5
〜2μmのn型のガリウムアルミニウムヒ素(n−
Ga1−yAlyAs)よりなる第1クラツド層(下部
クラツド層)12と、厚さ0.15μmのn型のガリ
ウムアルミニウムヒ素(n−Ga1−zAlzAs)よ
りなる活性層13と、厚さ0.5μmのn型のガリウ
ムアルミニウムヒ素(n−Ga1−yAlyAs)より
なる第2クラツド層(上部クラツド層)14と、
厚さ1μmのp型のガリウムアルミニウムヒ素(p
−Ga1−xAlxAs)よりなるp型層15と、厚さ
1μmのn型ガリウムヒ素(n−GaAs)よりなる
コンタクト層16とをつづけて形成する。このと
き、発光層13のn型不純物濃度は3×1018/cm3
程度以上とする。また、混晶比x,y,zの間に
はx=y>zの関係があることは必須であり、z
の値は発光させる光の波長に応じて決定されるこ
とは周知である。
Refer to Figure 3. Using a liquid phase epitaxial growth method, a 1.5 cm thick film is grown on an n-type gallium arsenide (n-GaAs) substrate 11.
~2μm n-type gallium aluminum arsenide (n-
A first cladding layer (lower cladding layer) 12 made of Ga 1 -yAlyAs), an active layer 13 made of n-type gallium aluminum arsenide (n-Ga 1 -zAlzAs) with a thickness of 0.15 μm, and an active layer 13 made of n-type gallium aluminum arsenide (n-Ga 1 -zAlzAs) with a thickness of 0.5 μm. a second cladding layer (upper cladding layer) 14 made of n-type gallium aluminum arsenide (n-Ga 1 -yAlyAs);
1 μm thick p-type gallium aluminum arsenide (p
-Ga 1 -xAlxAs) and a p-type layer 15 with a thickness of
A contact layer 16 of 1 μm of n-type gallium arsenide (n-GaAs) is then formed. At this time, the n-type impurity concentration of the light emitting layer 13 is 3×10 18 /cm 3
level or higher. In addition, it is essential that there is a relationship x=y>z among the mixed crystal ratios x, y, and z, and z
It is well known that the value of is determined depending on the wavelength of the light to be emitted.

第4図参照 コンタクト層16上に、発光領域に対応する領
域にスリツト状の開口を有する拡散マスク19を
形成する。このマスク19は二酸化シリコンガラ
スと窒化シリコンガラスとの二重層よりなり、ス
リツト状の開口の幅は1〜1.5μmが適当である。
Refer to FIG. 4. A diffusion mask 19 having a slit-shaped opening in a region corresponding to a light emitting region is formed on the contact layer 16. This mask 19 is made of a double layer of silicon dioxide glass and silicon nitride glass, and the width of the slit-shaped opening is suitably 1 to 1.5 μm.

次に、この拡散マスク19を使用して、ヒ化亜
鉛(ZnAs2)をソースとして700℃の温度におい
て約30分間拡散を実行して、p型不純物濃度1×
1021/cm3の領域を深さ1.5μm程度まで形成する。
拡散ソースを除去した後、900℃の温度で約3時
間、押し込み拡散(ドライブインデイフユージヨ
ン)を実行する。この結果、図示するように下方
に凸の湾曲面状のPN接合面17が形成され、そ
の断面の形状が図示するように半円形状に近いp
型領域22が形成される。このp型領域22のp
型不純物濃度は発光層13内において0.5×
1019/cm3程度となる。また、PN接合面17の最
下端は、第1クラツド層(下部クラツド層)12
と活性層13との界面に接するように形成され、
PN接合面17の活性層13中における傾斜が
おゝむね適当になり、かつ、活性層13のp型領
域22の幅は3μm程度となる。
Next, using this diffusion mask 19, diffusion is performed for about 30 minutes at a temperature of 700°C using zinc arsenide (ZnAs 2 ) as a source, and the p-type impurity concentration is 1×.
A region of 10 21 /cm 3 is formed to a depth of about 1.5 μm.
After removing the diffusion source, drive-in diffusion is performed at a temperature of 900° C. for about 3 hours. As a result, a downwardly convex curved PN joint surface 17 is formed as shown in the figure, and its cross-sectional shape is nearly semicircular as shown in the figure.
A mold region 22 is formed. p of this p-type region 22
The type impurity concentration in the light emitting layer 13 is 0.5×
It will be about 10 19 /cm 3 . Furthermore, the lowest end of the PN junction surface 17 is located at the first cladding layer (lower cladding layer) 12.
is formed so as to be in contact with the interface between and the active layer 13,
The slope of the PN junction surface 17 in the active layer 13 is generally appropriate, and the width of the p-type region 22 of the active layer 13 is about 3 μm.

第5図参照 上記せるように、PN接合面17が下方に凸の
湾曲状であると、活性層13中における実質的屈
折率は、第5図に示すように、活性層13内のp
型不純物領域22において、その横方向中心にお
いては大きいが、左右の端部においては徐々に小
さくなつている。そのため、光閉じ込め効果も、
横方向中心においては大きいが、左右の端部にお
いては徐々に小さくなつており、そのため、光放
出角は、特に左右の端部において大きくなる。
Refer to FIG. 5 As shown in FIG.
In the type impurity region 22, it is large at the center in the lateral direction, but gradually becomes smaller at the left and right ends. Therefore, the light confinement effect also
Although it is large at the center in the lateral direction, it gradually becomes smaller at the left and right ends, so that the light emission angle becomes particularly large at the left and right ends.

それと同時に、〔作用〕の項で述べたように、
活性層13の下部領域においては横方向の寸法は
極めて小さくし、この横方向の寸法は、活性層1
3の上部領域に移るにしたがつて大きくなり、そ
の結果、活性層13の下部領域において横方向光
放出角が大きくし、活性層13の上部領域に移る
にしたがつて横方向光放出角を小さくなり、活性
層13の上部領域においては、従来技術の場合
(第8図bに示す)と同程度まで横方向光放出角
が小さくなり、この次第に変化する光放出角の効
果により、縦方向光放出角と横方向光放出角とが
同程度の大きさなり、その結果、発光スポツトす
なわち光放出パターンは、第9図bに示すよう
に、縦方向光放出角が横方向光放出角と同程度の
大きさとなり、円形の発光放出パターンを実現す
る。
At the same time, as mentioned in the [effect] section,
In the lower region of the active layer 13 the lateral dimensions are very small;
As a result, the lateral light emission angle increases as it moves to the upper region of the active layer 13, and as a result, the lateral light emission angle increases as it moves to the upper region of the active layer 13. In the upper region of the active layer 13, the lateral light emission angle is reduced to the same extent as in the prior art case (shown in FIG. 8b), and due to the effect of this gradually changing light emission angle, the vertical light emission angle is The light emission angle and the lateral light emission angle are about the same size, and as a result, the light emission spot or light emission pattern is such that the longitudinal light emission angle is equal to the lateral light emission angle, as shown in FIG. 9b. They are of similar size and realize a circular light emission pattern.

第6図参照 リン酸等をフツ酸等とを使用して拡散マスク1
9を溶解除去した後、コンタクト層16上に正電
極20を、また、基板11の下面に負電極21を
蒸着する。
Refer to Figure 6 Diffusion mask 1 using phosphoric acid etc. with hydrofluoric acid etc.
After dissolving and removing 9, a positive electrode 20 is deposited on the contact layer 16, and a negative electrode 21 is deposited on the lower surface of the substrate 11.

以上の工程をもつて製造されたダブルヘテロ接
合型の半導体レーザは、上記のとおり、横方向の
光放射角が活性層13の下部においては極めて大
きく、この光放射角は、上部に向かつて次第に小
さくなつているので、レーザ全体としての横方向
の光放出角は大きくなり、レーザ全体としては縦
方向の光放射角と横方向の光放射角とが同一程度
となる。
As mentioned above, in the double heterojunction type semiconductor laser manufactured through the above process, the lateral light emission angle is extremely large at the bottom of the active layer 13, and this light emission angle gradually increases toward the top. Since it is smaller, the lateral light emission angle of the laser as a whole becomes larger, and the longitudinal and lateral light emission angles of the laser as a whole become approximately the same.

実験結果によれば、ストライプ幅が6cmの場
合、横方向光放射角は8゜となり、ストライプ幅が
4μmの場合、横方向光放射角は10゜となり、スト
ライプ幅が3μmの場合、横方向光放射角は14゜と
なり、第1図に示す従来技術の場合に比し、20〜
30%大きくされている。一例として、ストライプ
幅が3μmであり出力が5mWである場合の遠視野
像(フアーフイールドパターン)を図示すると第
7図のとうりである。破線をもつて示された従来
の半導体レーザの特性Aに比べて実線をもつて示
された本発明による半導体レーザの特性Bは横方
向光放射角が広く、大幅に改善されていることが
明らかである。
According to the experimental results, when the stripe width is 6 cm, the lateral light radiation angle is 8 degrees, and the stripe width is 6 cm.
In the case of 4 μm, the lateral light radiation angle is 10°, and when the stripe width is 3 μm, the lateral light radiation angle is 14°, which is 20 ~
It has been made 30% larger. As an example, FIG. 7 shows a far-field pattern when the stripe width is 3 μm and the output is 5 mW. It is clear that the characteristic B of the semiconductor laser according to the present invention, which is shown by a solid line, has a wider lateral light emission angle and is significantly improved compared to the characteristic A of the conventional semiconductor laser, which is shown by a broken line. It is.

また、本発明に係る半導体発光装置、特に、ダ
ブルヘテロ接合型の半導体レーザにおいては、発
光領域の断面積が、従来のダブルヘテロ接合型の
半導体レーザに比べて小さくされているので、結
果的にしきい値電流が減少されるという効果も大
きい。
Furthermore, in the semiconductor light emitting device according to the present invention, particularly in the double heterojunction type semiconductor laser, the cross-sectional area of the light emitting region is smaller than that in the conventional double heterojunction type semiconductor laser. The effect of reducing the threshold current is also significant.

以上の説明にあつてはガリウムヒ素(GaAs)
とガリウムアルミニウムヒ素(GaAlAs)との組
合せをもつて構成された半導体発光装置について
述べてあるが、結晶整合が可能であり基礎吸収端
波長が適当であり禁制帯幅が適当である、他の半
導体の組合せをもつても構成可能なことは云うま
でもない。例えば、インジユウムリン(InP)と
インジユウムガリウムヒ素リン(InGaAsP)等
の組合せ等である。
In the above explanation, gallium arsenide (GaAs)
This article describes a semiconductor light-emitting device configured with a combination of gallium aluminum arsenide (GaAlAs), but other semiconductors that can be crystal matched, have an appropriate basic absorption edge wavelength, and have an appropriate forbidden band width are also available. Needless to say, it is also possible to configure a combination of the following. For example, a combination of indium phosphide (InP) and indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) is used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明せるとおり、本発明に係る半導体発光
装置、特に、禁制帯幅を異にする複数の半導体層
の積層体よりなり、上下方向(層厚方向)の光閉
じ込め能は禁制帯幅の差にもとづく屈折率の差を
利用してなし、横方向(層方向)の光閉じ込め能
は不純物濃度差にもとづく屈折率の差を利用して
なすダブルヘテロ接合型の半導体レーザにあつて
は、第1の導電型を有する半導体層よりなる活性
層と、この活性層を挟んで配設された第1の導電
型を有する半導体層よりなる第1クラツド層と第
2クラツド層とを備え、この第1クラツド層と前
記の活性層との中、または、前記の第2クラツド
層と前記の活性層との中のいずれかには、前記の
第1クラツド層または前記の第2クラツド層から
前記の活性層内に延びて発光ストライプの左右に
略対象な湾曲状をなし、かつ、その先端が前記の
活性層と前記の第2クラツド層との界面または前
記の活性層と前記の第1クラツド層との界面に接
している第2の導電型を有する領域が形成されて
いるので、活性層の下部領域においては横方向の
寸法が極めて小さく、横方向光放出角が大きくな
り、活性層の上部領域に移るにしたがつて横方向
の寸法が大きくなるので、横方向光放出角が次第
に小さくなり、活性層の上部領域においては、従
来技術の場合と同程度まで横方向光放出角が小さ
くり、この次第に変化する光放出角の効果によ
り、縦方向光放出角と横方向光放出角とが同程度
の大きさとなり、円形の発光放出パターンが実現
する。また、活性層内での発光領域(p型領域)
における横方向の屈折率差は徐々に傾斜する(第
5図に示すように横方向の中心において大きくな
り、左右端部において次第に小さくなる)ので、
特に左右端部における光閉じ込め効果を小さくな
り横方向光放出角が大きくなり、縦方向光放出角
を横方向光放出角と同程度の大きさとし、円形の
発光放出パターンを実現する効果もある。
As explained above, the semiconductor light emitting device according to the present invention, in particular, is made of a laminate of a plurality of semiconductor layers having different forbidden band widths, and the optical confinement ability in the vertical direction (layer thickness direction) depends on the difference in the forbidden band widths. In the case of a double heterojunction type semiconductor laser, the optical confinement ability in the lateral direction (layer direction) is achieved by utilizing the difference in refractive index based on the difference in impurity concentration. an active layer made of a semiconductor layer having a conductivity type of Either between the cladding layer and the active layer, or between the second cladding layer and the active layer, the active layer is formed from the first cladding layer or the second cladding layer. It extends into the layer and has a substantially symmetrical curved shape on the left and right sides of the light emitting stripe, and its tip is at the interface between the active layer and the second cladding layer or between the active layer and the first cladding layer. Since a region having the second conductivity type is formed which is in contact with the interface of As the lateral dimension increases as we move to The effect of this gradually changing light emission angle is that the longitudinal light emission angle and the lateral light emission angle are of similar magnitude, resulting in a circular light emission pattern. In addition, the light emitting region (p-type region) within the active layer
Since the refractive index difference in the lateral direction gradually slopes (as shown in FIG. 5, it becomes large at the center in the lateral direction and gradually decreases at the left and right ends),
Particularly, the light confinement effect at the left and right ends is reduced, the lateral light emission angle is increased, the vertical light emission angle is made approximately the same as the lateral light emission angle, and a circular light emission pattern is realized.

その結果、発光スポツトが円形に近く、しきい
値電流が小さい半導体発光装置、特に、ダブルヘ
テロ接合型の半導体レーザを提供することができ
る。
As a result, it is possible to provide a semiconductor light emitting device, particularly a double heterojunction type semiconductor laser, in which the light emitting spot is nearly circular and the threshold current is small.

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

第1図は、従来技術に係る半導体発光装置の基
板断面図である。第2図は、第1図に示す層構成
における活性層内の横方向屈折率差の変化を示す
グラフである。第3図,第4図,第6図は、本発
明の一実施例に係る半導体発光装置の製造方法に
おける主要工程完了後の基板断面図である。第5
図は、第4図に示す層構成における活性層内の横
方向屈折率差の変化を示すグラフである。第7図
は、本発明の一実施例に係る半導体発光装置の遠
視野像と従来技術に係る半導体発光装置の遠視野
像とを比較するグラフである。第8図aは、従来
技術に係るダブルヘテロ接合型の半導体レーザの
発光層と上下のクラツド層との層構造を示す図で
ある。第8図bは、従来技術に係るダブルヘテロ
接合型の半導体レーザの、第8図aに示す領域と
おゝむね同一の領域における発光パターンを示す
図である。第9図aは、本発明に係るダブルヘテ
ロ接合型の半導体レーザの発光層と上下のクラツ
ド層との層構造を示す図である。第9図bは、本
発明に係るダブルヘテロ接合型の半導体レーザ
の、第9図aに示す領域とおゝむね同一の領域に
おける発光パターンを示す図である。 1,11…基板(n−GaAs)、2,12…第
1クラツド層(n−Ga1−yAlyAs)、3,13…
活性層(n−Sa1−zAlzAs)、4,14…第2ク
ラツド層(n−Ga1−yAlyAs)、5,15…p型
層(p−Ga1−xAlxAs)、6,16…コンタクト
層(n−GaAs)、7,17…PN接合面、8,1
8…従来技術に係るダブルヘテロ接合型の半導体
レーザのp領域、19…拡散マスク、20…正電
極、21…負電極、22…本発明に係るダブルヘ
テロ接合型の半導体レーザのp型領域。
FIG. 1 is a sectional view of a substrate of a semiconductor light emitting device according to the prior art. FIG. 2 is a graph showing changes in the lateral refractive index difference within the active layer in the layer configuration shown in FIG. 3, 4, and 6 are cross-sectional views of a substrate after completion of the main steps in a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. Fifth
The figure is a graph showing changes in the lateral refractive index difference within the active layer in the layer configuration shown in FIG. 4. FIG. 7 is a graph comparing a far-field pattern of a semiconductor light-emitting device according to an embodiment of the present invention with a far-field pattern of a semiconductor light-emitting device according to the prior art. FIG. 8a is a diagram showing the layer structure of a light emitting layer and upper and lower cladding layers of a double heterojunction type semiconductor laser according to the prior art. FIG. 8b is a diagram showing a light emission pattern in a region generally the same as the region shown in FIG. 8a of a double heterojunction type semiconductor laser according to the prior art. FIG. 9a is a diagram showing the layer structure of a light emitting layer and upper and lower cladding layers of a double heterojunction type semiconductor laser according to the present invention. FIG. 9b is a diagram showing a light emission pattern in a region generally the same as the region shown in FIG. 9a, of a double heterojunction type semiconductor laser according to the present invention. 1, 11... Substrate (n-GaAs), 2, 12... First cladding layer (n-Ga 1 -yAlyAs), 3, 13...
Active layer (n-Sa 1 -zAlzAs), 4, 14... second cladding layer (n-Ga 1 -yAlyAs), 5, 15... p-type layer (p-Ga 1 -xAlxAs), 6, 16... contact layer (n-GaAs), 7, 17...PN junction surface, 8, 1
8...p region of the double heterojunction type semiconductor laser according to the prior art, 19...diffusion mask, 20...positive electrode, 21...negative electrode, 22...p type region of the double heterojunction type semiconductor laser according to the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1の導電型を有する半導体層よりなる活性
層13と、 該活性層13を挟んで配設された第1の導電型
を有する半導体層よりなる第1クラツド層12と
第2クラツド層14とを備え、 該第1クラツド層12と前記活性層13との
中、または、前記第2クラツド層14と前記活性
層13との中には、前記第1クラツド層12また
は前記第2クラツド層14から前記活性層13内
に延びて発光ストライプの左右に略対象な湾曲状
をなし、かつ、その先端が前記活性層13と前記
第2クラツド層14との界面または前記活性層1
3と前記第1クラツド層12との界面に接してな
る第2の導電型の領域22が形成されてなり、 発光スポツトが略円形である ことを特徴とする半導体発光装置。
[Claims] 1. An active layer 13 made of a semiconductor layer having a first conductivity type; and a first cladding layer 12 made of a semiconductor layer having a first conductivity type disposed with the active layer 13 sandwiched therebetween. and a second cladding layer 14, between the first cladding layer 12 and the active layer 13, or between the second cladding layer 14 and the active layer 13, the first cladding layer 12. Alternatively, it extends from the second cladding layer 14 into the active layer 13 to form a curved shape that is substantially symmetrical to the left and right of the light-emitting stripe, and its tip ends at the interface between the active layer 13 and the second cladding layer 14 or the active layer 1
3. A semiconductor light emitting device characterized in that a region 22 of a second conductivity type is formed in contact with the interface between the first cladding layer 12 and the first cladding layer 12, and the light emitting spot is approximately circular.
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