JPH07122818A - 面発光素子 - Google Patents

面発光素子

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JPH07122818A
JPH07122818A JP26684993A JP26684993A JPH07122818A JP H07122818 A JPH07122818 A JP H07122818A JP 26684993 A JP26684993 A JP 26684993A JP 26684993 A JP26684993 A JP 26684993A JP H07122818 A JPH07122818 A JP H07122818A
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Yoshiaki Honda
由明 本多
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部直列抵抗を低減し、低消費電力化を図
る。 【構成】 光を放射する活性層9と、活性層9上面に形
成された第1クラッド層11と、活性層9下面に形成さ
れた第2クラッド層9と、第1クラッド層11の上面に
形成された上部反射膜16と、第2クラッド層9の下面
に形成された下部反射膜15とを備えた面発光素子にお
いて、活性層10をアンドープ材料で構成し、第1クラ
ッド層11をp型ドープ材料で構成し、第1クラッド層
11上面に正孔を注入するp型電極17を形成した。 【効果】 正孔の注入時における素子内部の高い直列抵
抗を低減でき、低消費電力化が図れ、高集積化が容易と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料で構成され
た面発光素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】面発光素子の従来例の一例を図7に示
す。図において、1はn型GaAs材料で構成された基板で
あり、基板1上には、下部反射膜2が半導体材料で形成
されている。この例で、下部反射膜2は、n型AlGaAs膜
2a及びn型AlAs膜2bの層を交互に3層ずつ積層して
形成されている。3はn型GaAs材料で構成された第2ク
ラッド層、4はアンドープGaAs材料で構成された活性
層、5はp型AlGaAs材料で構成された第1クラッド層、
6は上部反射膜で、p型AlAs膜6a及びp型AlGaAs膜6
bの層を交互に3層ずつ積層して形成されている。さら
に、7は正孔を注入するp型電極、8は電子を注入する
n型電極であり、p型電極7には、光取り出し用の穴7
aが形成されている。図に示す例で、電子は下部反射膜
2を介して、また、正孔は上部反射膜6を介して、活性
層4に注入されることにより、活性層4で、電子と正孔
が再結合して、光が生成されることになる。その生成さ
れた光は、下部反射膜2及び上部反射膜6により構成さ
れる共振器により反射され、穴7aから素子の外部に放
射される。このようにして、図7に示した面発光素子
は、高出力面発光素子もしくは、面発光レーザーとして
動作することになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子及
び正孔は、それぞれ半導体材料で構成された多層構造の
下部反射膜2及び上部反射膜6を介して活性層4に注入
されるが、下部反射膜2及び上部反射膜6が有するヘテ
ロ界面のポテンシャルバリアのため、特に正孔の注入時
における素子の内部直列抵抗が非常に高くなり、効率的
に活性層4に電流注入ができず、消費電力が高くなると
いう問題点があった。本発明は、上記問題点に鑑みなさ
れたもので、その目的とするところは、正孔の注入時に
おける素子の内部直列抵抗を低減でき、低消費電力化が
図れる面発光素子の構造を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の面発光素子は、光を放射する活性層
と、その活性層上面に形成された第1クラッド層と、前
記活性層下面に形成された第2クラッド層と、前記第1
クラッド層の上面に形成された上部反射膜と、前記第2
クラッド層の下面に形成された下部反射膜とを備えた面
発光素子において、前記活性層をアンドープ材料で構成
し、前記第1クラッド層をp型ドープ材料で構成し、前
記第1クラッド層上面に正孔を注入するp型電極を形成
したことを特徴とするものである。
【0005】請求項2記載の面発光素子は、請求項1記
載の面発光素子で、前記第1クラッド層と前記活性層間
に、前記活性層の材料と異なるアンドープ材料で構成さ
れたスペーサ層を形成したことを特徴とするものであ
る。
【0006】請求項3記載の面発光素子は、請求項1ま
たは請求項2記載の面発光素子で、前記第2クラッド層
をp型ドープ材料で構成したことを特徴とするものであ
る。
【0007】請求項4記載の面発光素子は、請求項3記
載の面発光素子で、前記第2クラッド層と前記活性層間
に、前記活性層の材料と異なるアンドープ材料で構成さ
れたスペーサ層を形成したことを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用】第1クラッド層上面にp型電極を形成し、アン
ドープ材料で構成された活性層とp型ドープ材料で構成
された第1クラッド層との界面に形成される高移動度2
次元正孔ガスを利用することで、正孔をp型半導体材料
で構成された上部反射膜を介さずに、共振器の横方向か
ら活性層内に注入することができる。
【0009】
【実施例】まず、図6に基づいて、本願発明に係る面発
光素子の下部反射膜と上部反射膜間に形成される半導体
ヘテロ構造の3つの構成例(a)〜(c)について説明
する。図6(a)に示す例は、半導体ヘテロ構造の基本
構造を示すもので、アンドープ材料としてアンドープGa
Asを用いて、活性層10を構成し、その活性層10の上
面に、p型ドープ材料としてp型AlGaAsを用いて、第1
クラッド層11を形成すると共に、活性層10の下面
に、アンドープAlGaAsを用いて、第2クラッド層9を形
成したものである。(a)に示す例の場合、第2クラッ
ド層9は、p型AlGaAsを用いて構成してもよい。
【0010】図6(b)に示す例は、(a)に示した半
導体ヘテロ構造に対し、アンドープGaAsで構成された活
性層10と、p型AlGaAsで構成された第1クラッド層1
1間に、活性層10の材料と異なるアンドープ材料とし
て、アンドープAlGaAsを用いてスペーサ層12を設けた
構造、いわゆる変調ドープ構造を形成し、第2クラッド
層9を、アンドープAlGaAsを用いて構成したものであ
る。変調ドープ構造により、2次元正孔ガスを、p型Al
GaAsで構成された第1クラッド層11のアクセプタ原子
と空間的に分離し、正孔の不純物散乱による影響を抑え
ることができるので、正孔移動度を増大させ、正孔の横
方向からの注入における抵抗の低減を図ることが可能と
なる。
【0011】図6(c)に示す例は、(b)に示した半
導体ヘテロ構造のアンドープGaAsで構成された活性層1
0と、p型AlGaAsで構成された第2クラッド層9間に、
さらに、活性層10の材料と異なるアンドープ材料とし
て、アンドープAlGaAsを用いてスペーサ層13を形成し
て、変調ドープ構造を、アンドープGaAsで構成された活
性層10の両側に形成したもので、このように構成する
ことで、(b)に示した半導体ヘテロ構造の例に比べ、
より一層の抵抗低減を図ることが可能となる。
【0012】次に、図1に基づいて、図6(a)に示し
た半導体ヘテロ構造を用いた本願発明に係る面発光素子
の一実施例について説明するが、図6(b)及び図6
(c)に示した構造のものに置き換えることも可能であ
る。
【0013】図1で、n型GaAsで構成された基板14上
には、下部反射膜15が半導体材料で形成されており、
本実施例では、n型AlGaAs膜15a及びn型AlAs膜15
bの層を交互に3層ずつ積層して形成されている。9は
アンドープAlGaAsで構成された第2クラッド層、10
は、アンドープ材料としてアンドープGaAsを用いて構成
された活性層で、11は、p型ドープ材料としてp型Al
GaAsを用いて構成された第1クラッド層である。さら
に、p型AlGaAsで構成された第1クラッド層11上に
は、上部反射膜16が半導体材料で形成されており、本
実施例では、アンドープAlAs膜16a及びアンドープAl
GaAs膜16bの層を交互に3層ずつ積層して形成されて
いる。他に、17はp型電極、18はn型電極、19は
電子の流れ方向を制限するための高抵抗層である。
【0014】上記のように構成された面発光素子で、電
子は、高抵抗層19で絞り込まれ、下部反射膜15及び
アンドープAlGaAsで構成された第2クラッド層9を介し
て、アンドープGaAsで構成された活性層10内に注入さ
れる。一方、正孔は、p型電極17より、アンドープGa
Asで構成された活性層10と、P型AlGaAsで構成された
第1クラッド層11との界面に蓄積された2次元正孔ガ
スを通して、共振器に対し横方向から注入され、活性層
10で電子と再結合して発光する。活性層10で得られ
る光は、下部反射膜15と上部反射膜16とで構成され
る共振器で共振して、上部反射膜16の上面から放出さ
れる。このようにして、図1に示す実施例の面発光素子
は、面発光LEDもしくは、面発光レーザダイオードと
して動作するようになる。また、本実施例では、電子の
流れ方向を制限するために高抵抗層19を設けている
が、高抵抗層19の代わりに、p型AlGaAs層を用いてp
n接合により電子の流れを閉じ込めるように構成しても
よい。
【0015】次に、図2に本願発明の異なる実施例を示
す。図1に示した実施例が、p型AlGaAsで構成された第
1クラッド層11の上面に形成する上部反射膜を、半導
体材料で形成していたのに対し、図2に示す例は、上部
反射膜を誘電体材料で形成したものである。図1に示し
た実施例と同等構成については、詳細説明を省略する。
図において、20は上部反射膜で、ポリシリコン層20
aを最下層として、ポリシリコン層20aとSiO2膜20
bを交互に3層ずつ積層した構造を有している。上部反
射膜20を誘電体材料で構成する場合、素子製造工程に
おいて、n型GaAsで構成された基板14上に、p型AlGa
Asで構成される第1クラッド層11までを順次成長さ
せ、p型電極17を形成した後、スパッタ等により、上
部反射膜20を形成することができ、図1に示した実施
例で、上部反射膜を形成する上で必要となる半導体材料
の選択エッチングといった加工技術の制限をなくすこと
ができる。尚、本実施例では、誘電体材料として、ポリ
シリコン及びSiO2を用いて説明したが、特に、これらの
材料に限定されるものではない。
【0016】図3に、さらに異なる実施例を示す。図1
に示した実施例が、光出力を上部反射膜の上面から取り
出していたのに対し、本実施例は、素子裏面(基板14
の底面)から光出力が得られるように構成されたもので
ある。この場合、光が基板14を透過するように、活性
層10を構成する材料には、基板1を構成する材料より
も禁制帯幅の小さい材料を用いる必要がある。本実施例
の場合、基板1をn型GaAsで構成すると共に、活性層1
0をアンドープInGaAsで構成している。さらに、p型Al
GaAsで構成される第1クラッド層11上面に形成する上
部反射膜21を、金属反射膜で構成すると共に、n型Ga
Asで構成される基板1の底面に形成するn型電極18
に、光取り出し用の窓18aを形成したものである。こ
の実施例の利点は、上部反射膜21が金属反射膜のみで
あるため、誘電体材料で上部反射膜を形成するのに比べ
て製造が容易であるという点である。また、光は基板1
を透過するので、光出力を基板を除去することなく、素
子裏面から取り出せる点である。
【0017】図4にさらに異なる実施例を示す。本実施
例が、図1に示した実施例と異なる点は、上部反射膜の
上面にn型電極を形成して、光出力を基板の底面から取
り出すように構成した点である。本実施例では、基板2
2の材料をアンドープGaAsとし、アンドープAlAs膜23
a、アンドープAlGaAs膜23bを交互に3層ずつ積層し
て、下部反射膜23を構成している。本実施例の場合、
基板22及び下部反射膜23は電流経路とならないの
で、アンドープ材料を用いているが、これらの材料に限
定されるものではない。その他、9はアンドープAlGaAs
で構成された第2クラッド層、10はアンドープInGaAs
で構成された活性層、11はp型AlGaAsで構成された第
1クラッド層である。第1クラッド層11の上部には、
n型AlAs膜24a及びn型AlGaAs膜24bで構成された
上部反射膜24が形成されている。さらに、上部反射膜
24の上部には、n型電極25が形成されている。本実
施例の場合、電子は、n型電極25から上部反射膜2
4、p型AlGaAsで構成された第1クラッド層11を通り
抜け、活性層10に注入されるので、電子の流れを絞り
込む高抵抗層が不要となる。
【0018】図5にさらに異なる実施例を示す。本実施
例は、図4に示した実施例に対し、活性層10をアンド
ープGaAsで形成すると共に、n型電極26に光取り出し
用の窓26aを形成して、光出力を上部反射膜24の上
面から取り出せるようにしたものである。
【0019】尚、以上に示した実施例では、AlGaAs、Ga
As、AlAs、InGaAs等の半導体材料を用いた例について説
明したが、特にこれらの材料に限定されるものではな
い。
【0020】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の面発光素
子によれば、素子内部の高い直列抵抗を低減させること
が可能となり、低消費電力化を図ることができる。ま
た、低消費電力化することにより、面発光素子の高集積
化が容易となるため、面発光素子の高出力化や光情報処
理用の光素子として応用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る面発光素子の一実施例を示す断面
図である。
【図2】本発明に係る面発光素子の異なる実施例を示す
断面図である。
【図3】本発明に係る面発光素子のさらに異なる実施例
を示す断面図である。
【図4】本発明に係る面発光素子のさらに異なる実施例
を示す断面図である。
【図5】本発明に係る面発光素子のさらに異なる実施例
を示す断面図である。
【図6】本発明に係る面発光素子の半導体ヘテロ構造を
示す断面図である。
【図7】従来の面発光素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 下部反射膜 3 第2クラッド層 4 活性層 5 第1クラッド層 6 上部反射膜 7 p型電極 8 n型電極 9 第2クラッド層 10 活性層 11 第1クラッド層 12 スペーサ層 13 スペーサ層 14 基板 15 下部反射膜 16 上部反射膜 17 p型電極 18 n型電極 19 高抵抗層 20 上部反射膜 21 上部反射膜 22 基板 23 下部反射膜 24 上部反射膜 25 n型電極 26 n型電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光を放射する活性層と、その活性層上面
    に形成された第1クラッド層と、前記活性層下面に形成
    された第2クラッド層と、前記第1クラッド層の上面に
    形成された上部反射膜と、前記第2クラッド層の下面に
    形成された下部反射膜とを備えた面発光素子において、
    前記活性層をアンドープ材料で構成し、前記第1クラッ
    ド層をp型ドープ材料で構成し、前記第1クラッド層上
    面に正孔を注入するp型電極を形成したことを特徴とす
    る面発光素子。
  2. 【請求項2】 前記第1クラッド層と前記活性層間に、
    前記活性層の材料と異なるアンドープ材料で構成された
    スペーサ層を形成したことを特徴とする請求項1記載の
    面発光素子。
  3. 【請求項3】 前記第2クラッド層をp型ドープ材料で
    構成したことを特徴とする請求項1または請求項2記載
    の面発光素子。
  4. 【請求項4】 前記第2クラッド層と前記活性層間に、
    前記活性層の材料と異なるアンドープ材料で構成された
    スペーサ層を形成したことを特徴とする請求項3記載の
    面発光素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1146038A (ja) * 1997-05-29 1999-02-16 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法
JP2011233927A (ja) * 2011-08-02 2011-11-17 Oki Data Corp 半導体装置、led装置、ledヘッド、及び画像形成装置

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