JPH0638543B2 - 光学電子素子 - Google Patents
光学電子素子Info
- Publication number
- JPH0638543B2 JPH0638543B2 JP14990587A JP14990587A JPH0638543B2 JP H0638543 B2 JPH0638543 B2 JP H0638543B2 JP 14990587 A JP14990587 A JP 14990587A JP 14990587 A JP14990587 A JP 14990587A JP H0638543 B2 JPH0638543 B2 JP H0638543B2
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- Japan
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- layer
- active layer
- optoelectronic device
- confinement
- carriers
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザのその他の光学電子素子に利用す
る。特に、光学電子素子内の活性層に高密度の電流を流
すための構造に関する。
る。特に、光学電子素子内の活性層に高密度の電流を流
すための構造に関する。
本発明は、半導体により形成される活性層に高密度の電
流を流して発光させる構造の光学電子素子において、 活性層またはクラッド層の側部に電界を印加して空乏層
を形成させることにより、 簡単な構造でキャリア閉じ込め幅の制御が可能な光学電
子素子を提供するものである。
流を流して発光させる構造の光学電子素子において、 活性層またはクラッド層の側部に電界を印加して空乏層
を形成させることにより、 簡単な構造でキャリア閉じ込め幅の制御が可能な光学電
子素子を提供するものである。
半導体レーザ、光増幅器その他の光学電子素子では、そ
の発光特性を向上させるために、活性層の光伝搬方向に
対して横方向にキャリアを閉じ込めることが必要であ
る。従来の光学電子素子では、 (1)活性層をメサ型にエッチングし、表面準位の除去等
のために周囲に埋め込み層を成長させ、この埋め込み層
に、動作時に逆バイアスとなるｐｎ接合を形成する、 (2)活性層に多重量子井戸層を用い、不純物拡散により
多重量子井戸層を無秩序化する 等の方法によりキャリアを閉じ込めていた。
の発光特性を向上させるために、活性層の光伝搬方向に
対して横方向にキャリアを閉じ込めることが必要であ
る。従来の光学電子素子では、 (1)活性層をメサ型にエッチングし、表面準位の除去等
のために周囲に埋め込み層を成長させ、この埋め込み層
に、動作時に逆バイアスとなるｐｎ接合を形成する、 (2)活性層に多重量子井戸層を用い、不純物拡散により
多重量子井戸層を無秩序化する 等の方法によりキャリアを閉じ込めていた。
(1)の方法を利用した光学電子素子の例は、例えば、イ
クオ・ミト他、「InGaAsP ダブル・チャネル・プレー
ナ・ベリイド・ヘテロストラクチャー・レーザ・ダイオ
ード (DC-PHB LD)・ウィズ・イフェクティブ・カレン
ト・コンファインメント」、IEEEジャーナル・オブ・ラ
イトウェイブ・テクノロジ第LT-1巻第１号1983年３月(I
KUO MITO et.al.,"InGaAsP Double-Channel-Planer-Bur
ied-Hetero-structure Laser Diode (DC-PBH LD)with E
ffective Current Confinement",IEEE Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT-1,NO.1,March 1983)に説明さ
れている。
クオ・ミト他、「InGaAsP ダブル・チャネル・プレー
ナ・ベリイド・ヘテロストラクチャー・レーザ・ダイオ
ード (DC-PHB LD)・ウィズ・イフェクティブ・カレン
ト・コンファインメント」、IEEEジャーナル・オブ・ラ
イトウェイブ・テクノロジ第LT-1巻第１号1983年３月(I
KUO MITO et.al.,"InGaAsP Double-Channel-Planer-Bur
ied-Hetero-structure Laser Diode (DC-PBH LD)with E
ffective Current Confinement",IEEE Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT-1,NO.1,March 1983)に説明さ
れている。
また、(2)の方法を利用した光学電子素子の例は、例え
ば、タダシ・フクザワ他、「GaAlAs、ベリイド・マルチ
クウォンタム・ウェル・レーザズ・ファブリケーテド・
バイ・デフュージョンインデュースト・デスオーダリン
グ」、アメリカ合衆国物理学会論文誌アプライド・フィ
ジクス・レターズ第45巻第１号1984年１月１日(Tadashi
Fukuzawa et.al.,"GaAlAs buried multiquantum well
lasers fabricated by diffusion-induced disorderin
g",Appl.Phys.Lett.45(1),1 July 1984)に説明されてい
る。
ば、タダシ・フクザワ他、「GaAlAs、ベリイド・マルチ
クウォンタム・ウェル・レーザズ・ファブリケーテド・
バイ・デフュージョンインデュースト・デスオーダリン
グ」、アメリカ合衆国物理学会論文誌アプライド・フィ
ジクス・レターズ第45巻第１号1984年１月１日(Tadashi
Fukuzawa et.al.,"GaAlAs buried multiquantum well
lasers fabricated by diffusion-induced disorderin
g",Appl.Phys.Lett.45(1),1 July 1984)に説明されてい
る。
しかし、上述した(1)の方法では再成長の工程が必要で
あり、また、(2)の方法では多重量子井戸層に不純物を
拡散する必要があり、どちらの方法でも製造工程が複雑
となる欠点があった。また、キャリアを閉じ込めること
のできる幅がフォトリソグラフィにより決定されるた
め、１μｍ以下の閉じ込め幅を実現することは困難であ
る欠点があった。さらに、閉じ込め幅が固定されてしま
う欠点があった。
あり、また、(2)の方法では多重量子井戸層に不純物を
拡散する必要があり、どちらの方法でも製造工程が複雑
となる欠点があった。また、キャリアを閉じ込めること
のできる幅がフォトリソグラフィにより決定されるた
め、１μｍ以下の閉じ込め幅を実現することは困難であ
る欠点があった。さらに、閉じ込め幅が固定されてしま
う欠点があった。
本発明は、以上の問題点を解決し、製造が容易で、キャ
リアの閉じ込め幅を可変に制御できる電子光学素子を提
供することを目的とする。
リアの閉じ込め幅を可変に制御できる電子光学素子を提
供することを目的とする。
本発明の光学電子素子は、電流キャリアの注入により光
学的に活性化される半導体の活性層と、この活性層にキ
ャリアを供給するクラッド層と、活性層に注入されるキ
ャリアを一部の領域に集中させるキャリア閉じ込め手段
とを備え、キャリア閉じ込め手段は、活性層およびクラ
ッド層の少なくとも一方の側部に空乏層を形成させる電
界印加手段を含む光学電子素子において、クラッド層と
活性層とがメサ型に形成され、電界印加手段は、このメ
サ型の構造の側部に設けられた絶縁層と、この絶縁層を
介してメサ型の構造に電界を印加する電極とを含むこと
を特徴とする。
学的に活性化される半導体の活性層と、この活性層にキ
ャリアを供給するクラッド層と、活性層に注入されるキ
ャリアを一部の領域に集中させるキャリア閉じ込め手段
とを備え、キャリア閉じ込め手段は、活性層およびクラ
ッド層の少なくとも一方の側部に空乏層を形成させる電
界印加手段を含む光学電子素子において、クラッド層と
活性層とがメサ型に形成され、電界印加手段は、このメ
サ型の構造の側部に設けられた絶縁層と、この絶縁層を
介してメサ型の構造に電界を印加する電極とを含むこと
を特徴とする。
クラッド層は活性層に接する部分が他の部分に比べて低
ドープに形成されることがよい。
ドープに形成されることがよい。
本発明の光学電子素子は、素子の構造により電流キャリ
アを閉じ込めるのではなく、電界印加によるバンドの曲
がりを利用する。すなわち、クラッド層、さらには活性
層をメサ型の構造に形成し、その側面から電界を印加し
てその領域に空乏層を生じさせる。このため、キャリア
は空乏層以外の領域に閉じ込められる。
アを閉じ込めるのではなく、電界印加によるバンドの曲
がりを利用する。すなわち、クラッド層、さらには活性
層をメサ型の構造に形成し、その側面から電界を印加し
てその領域に空乏層を生じさせる。このため、キャリア
は空乏層以外の領域に閉じ込められる。
活性層に接する部分のクラッド層を低ドープにすると、
印加電圧に対する空乏層幅の変化が近似的に不純物濃度
の平方根に反比例するため、キャリア閉じ込めの効果が
大きい。
印加電圧に対する空乏層幅の変化が近似的に不純物濃度
の平方根に反比例するため、キャリア閉じ込めの効果が
大きい。
本発明により、活性層における発光特性を向上させるこ
とができる。また、量子効果が得られるほどに閉じ込め
幅を狭めることも可能であり、量子細線構造を得ること
もできる。さらに、キャリアの閉じ込め幅を印加電圧に
より制御できるので、発振条件により閉じ込め幅を最適
に設定することができ、安定な発振状態を維持できる。
また、印加電圧により光出力を変調することもできる。
とができる。また、量子効果が得られるほどに閉じ込め
幅を狭めることも可能であり、量子細線構造を得ること
もできる。さらに、キャリアの閉じ込め幅を印加電圧に
より制御できるので、発振条件により閉じ込め幅を最適
に設定することができ、安定な発振状態を維持できる。
また、印加電圧により光出力を変調することもできる。
第１図は本発明第一実施例光学電子素子の断面図を示
す。この実施例は、ｐ型GaAs基板を用いたメサ型のAlGa
As/GaAs ダブルヘテロ・レーザに本発明を実施したも
のである。
す。この実施例は、ｐ型GaAs基板を用いたメサ型のAlGa
As/GaAs ダブルヘテロ・レーザに本発明を実施したも
のである。
この実施例素子は、ｐ型GaAs基板１上に形成されたｐ型
AlGaAs クラッド層２、アンドープGaAs活性層３および
ｎ型AlGaAsクラッド層４の層構造を有し、クラッド層２
の一部、活性層３およびクラッド層４がメサ型にエッチ
ングされ、メサ型の部分の側部に絶縁層５を介して閉じ
込め用電極６が設けられ、クラッド層４の表面と基板１
の裏面とにそれぞれ駆動用電極７、８が設けられてい
る。本明細書において「上」という用語は、基板１に各
層を成長させた方向を示し、この素子の使用上の位置関
係を示すものではない。
AlGaAs クラッド層２、アンドープGaAs活性層３および
ｎ型AlGaAsクラッド層４の層構造を有し、クラッド層２
の一部、活性層３およびクラッド層４がメサ型にエッチ
ングされ、メサ型の部分の側部に絶縁層５を介して閉じ
込め用電極６が設けられ、クラッド層４の表面と基板１
の裏面とにそれぞれ駆動用電極７、８が設けられてい
る。本明細書において「上」という用語は、基板１に各
層を成長させた方向を示し、この素子の使用上の位置関
係を示すものではない。
この素子の特徴は、活性層３およびクラッド層２、４に
より形成されるメサ構造の両側に、動作時に逆バイアス
となるｐｎ接合が設けられているのではなく、絶縁層５
を介して閉じ込め用電極６が設けられていることにあ
る。
より形成されるメサ構造の両側に、動作時に逆バイアス
となるｐｎ接合が設けられているのではなく、絶縁層５
を介して閉じ込め用電極６が設けられていることにあ
る。
第２図は活性層３およびその近傍の領域の拡大図であ
る。
る。
閉じ込め用電極６をバイアスすると、活性層３およびク
ラッド層２、４の側部領域９のバンドが曲がる。活性層
３に対して閉じ込め用電極６を正または負のどちらにバ
イアスしてもよいが、以下では閉じ込め用電極６を負に
バイアスした場合の動作を例に説明する。
ラッド層２、４の側部領域９のバンドが曲がる。活性層
３に対して閉じ込め用電極６を正または負のどちらにバ
イアスしてもよいが、以下では閉じ込め用電極６を負に
バイアスした場合の動作を例に説明する。
第３図は活性層３およびその近傍におけるバンドの状態
を示す。
を示す。
動作時には、活性層３に電子および正孔が注入される。
注入された電子は、近似的に伝導帯の擬フェルミレベル
Ｆｃの下側と伝導帯端Ｅｃとの間に存在し、注入された
正孔は、近似的に価電子帯の擬フェルミレベルＦｖの上
側と価電子帯端Ｅｖとの間に存在する。
注入された電子は、近似的に伝導帯の擬フェルミレベル
Ｆｃの下側と伝導帯端Ｅｃとの間に存在し、注入された
正孔は、近似的に価電子帯の擬フェルミレベルＦｖの上
側と価電子帯端Ｅｖとの間に存在する。
閉じ込め用電極６を負にバイアスすると、第３図に示す
ように、バンドが活性層３の両端で曲げられる。このた
め、活性層３の両端に電子が存在できない空乏層が生
じ、電子が活性層３の中央部に閉じ込められる。ｎ型ク
ラッド層４でも同様に空乏層が生じ、活性層３の中央部
に集中的に電子を注入することができる。
ように、バンドが活性層３の両端で曲げられる。このた
め、活性層３の両端に電子が存在できない空乏層が生
じ、電子が活性層３の中央部に閉じ込められる。ｎ型ク
ラッド層４でも同様に空乏層が生じ、活性層３の中央部
に集中的に電子を注入することができる。
また、バンドの曲がる領域の長さが印加電圧により決ま
るため、キャリアの閉じ込め幅を印加電圧により制御す
ることができる。印加電圧を大きくすることにより、量
子効果が生じるまでキャリアの閉じ込め幅を小さくする
ことも可能である。
るため、キャリアの閉じ込め幅を印加電圧により制御す
ることができる。印加電圧を大きくすることにより、量
子効果が生じるまでキャリアの閉じ込め幅を小さくする
ことも可能である。
正にバイアスした場合には正孔を中央部に閉じ込めるこ
とができ、同様の効果が得られる。
とができ、同様の効果が得られる。
第４図は本発明第二実施光学電子素子の断面図を示す。
この実施例は、クラッド層の活性層３に接する部分が、
そのクラッド層の部分に、すなわちクラッド層４に比べ
て、低ドープに形成されたことが第一実施例と異なる。
この低ドープに形成された部分を低ドープ層４′として
示す。
この実施例は、クラッド層の活性層３に接する部分が、
そのクラッド層の部分に、すなわちクラッド層４に比べ
て、低ドープに形成されたことが第一実施例と異なる。
この低ドープに形成された部分を低ドープ層４′として
示す。
一般に、半導体中のバンドが曲がる領域は、その半導体
のドープ量が少ないほど長くなる。したがって、ドープ
量が少ないほどキャリア閉じ込めの効果が大きくなる。
しかし、ドープ量を少なくすると抵抗が大きくなる欠点
がある。
のドープ量が少ないほど長くなる。したがって、ドープ
量が少ないほどキャリア閉じ込めの効果が大きくなる。
しかし、ドープ量を少なくすると抵抗が大きくなる欠点
がある。
そこで本実施例では、クラッド層４と活性層３との間
に、薄い低ドープ層４′を設けている。この低ドープ層
４′は、ドープ量が少ないことからキャリアを中央部に
閉じ込めることができ、薄くすることにより抵抗を十分
に小さくすることができる。
に、薄い低ドープ層４′を設けている。この低ドープ層
４′は、ドープ量が少ないことからキャリアを中央部に
閉じ込めることができ、薄くすることにより抵抗を十分
に小さくすることができる。
以上の実施例ではAlGaAs/GaAsダブルヘテロ・レーザに
本発明を実施した例を示した、キャリア閉じ込めが必要
な他の光学電子素子、例えば光増幅素子でも本発明を同
様に実施できる。また、ｐ型基板ではなくｎ型基板を用
いても本発明を同様に実施でき、AlGaAs/GaAs系以外の
半導体発光材料を用いても本発明を同様に実施できる。
本発明を実施した例を示した、キャリア閉じ込めが必要
な他の光学電子素子、例えば光増幅素子でも本発明を同
様に実施できる。また、ｐ型基板ではなくｎ型基板を用
いても本発明を同様に実施でき、AlGaAs/GaAs系以外の
半導体発光材料を用いても本発明を同様に実施できる。
本発明を多重量子井戸構造の素子に実施した場合には、
量子細線構造を実現することができる。
量子細線構造を実現することができる。
また、量子効果が得られる程度に閉じ込め幅を小さくす
ると、閉じ込め幅により量子準位を変化させることがで
きる。したがって、印加電圧により、吸収端付近での吸
収係数および屈折率を大きく変化させることができ、変
調器として応用できる。
ると、閉じ込め幅により量子準位を変化させることがで
きる。したがって、印加電圧により、吸収端付近での吸
収係数および屈折率を大きく変化させることができ、変
調器として応用できる。
以上説明したように、本発明の光学電子素子は、キャリ
アの閉じ込め幅を可変に制御することができる。この閉
じ込め幅はフォトリソグラフィにより決定されるわけで
はないので、１μｍ以下の幅でも容易に得られる。さら
には、量子効果が得られるほどに閉じ込め幅を狭めるこ
とができ、量子細線構造を得ることも可能となる。
アの閉じ込め幅を可変に制御することができる。この閉
じ込め幅はフォトリソグラフィにより決定されるわけで
はないので、１μｍ以下の幅でも容易に得られる。さら
には、量子効果が得られるほどに閉じ込め幅を狭めるこ
とができ、量子細線構造を得ることも可能となる。
さらに、キャリアの閉じ込め幅を印加電圧により制御で
きるので、発振条件により閉じ込め幅を最適に設定する
ことができ、安定な発振状態を維持できる。また、印加
電圧により光出力を変調することもできる。
きるので、発振条件により閉じ込め幅を最適に設定する
ことができ、安定な発振状態を維持できる。また、印加
電圧により光出力を変調することもできる。
本発明の光学電子素子は、従来の製造工程に電極形成工
程を付加するだけで製造でき、簡単な工程で製造でき
る。
程を付加するだけで製造でき、簡単な工程で製造でき
る。
第１図は本発明第一実施例光学電子素子の断面図。 第２図は活性層およびその近傍の領域の拡大図。 第３図は活性層の近傍におけるバンドの状態を示す図。 第４図は本発明第二実施例光学電子素子の断面図。 １……基板、２……クラッド層、３……活性層、４……
クラッド層、４′……低ドープ層、５……絶縁層、６、
６′、６″……閉じ込め用電極、７、８……駆動用電
極。
クラッド層、４′……低ドープ層、５……絶縁層、６、
６′、６″……閉じ込め用電極、７、８……駆動用電
極。
Claims (2)
- 【請求項１】電流キャリアの注入により光学的に活性化
される半導体の活性層と、 この活性層にキャリアを供給するクラッド層と、 上記活性層に注入されるキャリアを一部の領域に集中さ
せるキャリア閉じ込め手段と を備え、 上記キャリア閉じ込め手段は、上記活性層および上記ク
ラッド層の少なくとも一方の側部に空乏層を形成させる
電界印加手段を含む 光学電子素子において、 上記クラッド層と上記活性層とがメサ型に形成され、 上記電界印加手段は、このメサ型の構造の側部に設けら
れた絶縁層と、この絶縁層を介して前記メサ型の構造に
電界を印加する電極とを含む ことを特徴とする光学電子素子。 - 【請求項２】上記クラッド層は上記活性層に接する部分
がそのクラッド層の他の部分に比べて低ドープに形成さ
れた特許請求の範囲第(1)項に記載の光学電子素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14990587A JPH0638543B2 (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 光学電子素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14990587A JPH0638543B2 (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 光学電子素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63313887A JPS63313887A (ja) | 1988-12-21 |
| JPH0638543B2 true JPH0638543B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=15485162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14990587A Expired - Lifetime JPH0638543B2 (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 光学電子素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638543B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100397609B1 (ko) | 2001-02-16 | 2003-09-13 | 삼성전기주식회사 | 캐리어 유입 경로의 폭을 임의로 제어할 수 있는 반도체레이저 다이오드 |
| JP2005333151A (ja) * | 2005-06-13 | 2005-12-02 | Takashi Katoda | 集束イオンビームを用いて作製した極微細構造を有する電子デバイス及び光デバイス |
| WO2008130223A1 (en) * | 2007-04-20 | 2008-10-30 | Technische Universiteit Eindhoven | Laser diode element |
| FR3023065B1 (fr) * | 2014-06-27 | 2017-12-15 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif optoelectronique a jonction p-n permettant une ionisation de dopants par effet de champ |
| DE102017108199A1 (de) | 2017-04-18 | 2018-10-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Betriebsverfahren für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS571912B2 (ja) * | 1974-05-31 | 1982-01-13 | ||
| JPS50154032A (ja) * | 1974-05-31 | 1975-12-11 | ||
| JPS5690586A (en) * | 1979-12-21 | 1981-07-22 | Seiji Yasu | Semiconductor laser and manufacture thereof |
| JPS58106885A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ |
-
1987
- 1987-06-16 JP JP14990587A patent/JPH0638543B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63313887A (ja) | 1988-12-21 |
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