JPH07249835A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
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- JPH07249835A JPH07249835A JP4070494A JP4070494A JPH07249835A JP H07249835 A JPH07249835 A JP H07249835A JP 4070494 A JP4070494 A JP 4070494A JP 4070494 A JP4070494 A JP 4070494A JP H07249835 A JPH07249835 A JP H07249835A
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- semiconductor
- semiconductor layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体多層膜で構成されたブラッグ反射器の反
射率を高め、それを用いて低電流動作が可能な半導体発
光素子および高性能な半導体光素子を実現する。 【構成】半導体多層膜（ブラッグ反射器）４、１１を用
いた半導体光素子において、半導体多層膜の一方の高屈
折率層をIII−Ｖ族化合物で、他方の低屈折率層をII−
ＶI族化合物で構成し、両者の化合物層を交互に周期的
に繰り返した積層膜でブラッグ反射器を構成する。 【効果】半導体多層膜を構成する高屈折率層と低屈折率
層との屈折率差が増大し、半導体多層膜の反射率を高く
することができる。
射率を高め、それを用いて低電流動作が可能な半導体発
光素子および高性能な半導体光素子を実現する。 【構成】半導体多層膜（ブラッグ反射器）４、１１を用
いた半導体光素子において、半導体多層膜の一方の高屈
折率層をIII−Ｖ族化合物で、他方の低屈折率層をII−
ＶI族化合物で構成し、両者の化合物層を交互に周期的
に繰り返した積層膜でブラッグ反射器を構成する。 【効果】半導体多層膜を構成する高屈折率層と低屈折率
層との屈折率差が増大し、半導体多層膜の反射率を高く
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体光素子に係り、
特に光インターコネクトなどの光源等に好適な化合物半
導体光素子に関する。
特に光インターコネクトなどの光源等に好適な化合物半
導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光インターコネクトなどの光源として
は、２次元アレイ化が可能であることから面発光型光素
子が有望視されている。この種の面発光型光素子の一例
として、量子井戸層が半導体多層膜（ブラッグ反射器）
で挟まれた構造のマイクロ共振器型光素子が知られてい
る。このブラッグ反射器を構成する半導体多層膜として
は、III−Ｖ族半導体だけで構成されており、互いに屈
折率の異なる２種の半導体層を周期的に積層したもので
ある。なお、この種の技術に関連するものとしては、例
えば「コヒーレンスと量子光学ＶI」（ジェー・エッチ
・エバリーほか編集）プレナムプレス、ニューヨーク
（１９９０）１２４９〜１２５７頁（山本喜久ほか著）
および日経エレクトロニクス Ｎｏ．５０４ ７月９日号
第２３６頁（光エレクトロニクス広告集 III．光デバ
イス）、１９９０年等が挙げられる。
は、２次元アレイ化が可能であることから面発光型光素
子が有望視されている。この種の面発光型光素子の一例
として、量子井戸層が半導体多層膜（ブラッグ反射器）
で挟まれた構造のマイクロ共振器型光素子が知られてい
る。このブラッグ反射器を構成する半導体多層膜として
は、III−Ｖ族半導体だけで構成されており、互いに屈
折率の異なる２種の半導体層を周期的に積層したもので
ある。なお、この種の技術に関連するものとしては、例
えば「コヒーレンスと量子光学ＶI」（ジェー・エッチ
・エバリーほか編集）プレナムプレス、ニューヨーク
（１９９０）１２４９〜１２５７頁（山本喜久ほか著）
および日経エレクトロニクス Ｎｏ．５０４ ７月９日号
第２３６頁（光エレクトロニクス広告集 III．光デバ
イス）、１９９０年等が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種の半導体多層膜
（ブラッグ反射器）で活性層（量子井戸層）を挟んだ面
発光型半導体レーザにおいて、しきい電流を低減するた
めには、ブラッグ反射器の反射率を高くする必要があ
る。それには半導体多層膜を構成する高屈折率層と低屈
折率層との屈折率差を大きくすることが重要である。し
かし、III−Ｖ族半導体のみで構成されていた従来の多
層膜の場合、屈折率差はＧａＡｓ系で２５％程度と小さ
く、ブラッグ反射器の高反射率化が難しいという問題点
があった。特に、長波長帯の面発光型レーザ素子を構成
するＩｎＰ系では、ブラッグ反射器としてＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰ多層膜が使われるが、この場合の屈折率差は
高々１０％以下と小さく、高反射率を実現し、駆動電流
の低しきい値化を図ることが困難であった。
（ブラッグ反射器）で活性層（量子井戸層）を挟んだ面
発光型半導体レーザにおいて、しきい電流を低減するた
めには、ブラッグ反射器の反射率を高くする必要があ
る。それには半導体多層膜を構成する高屈折率層と低屈
折率層との屈折率差を大きくすることが重要である。し
かし、III−Ｖ族半導体のみで構成されていた従来の多
層膜の場合、屈折率差はＧａＡｓ系で２５％程度と小さ
く、ブラッグ反射器の高反射率化が難しいという問題点
があった。特に、長波長帯の面発光型レーザ素子を構成
するＩｎＰ系では、ブラッグ反射器としてＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰ多層膜が使われるが、この場合の屈折率差は
高々１０％以下と小さく、高反射率を実現し、駆動電流
の低しきい値化を図ることが困難であった。
【０００４】また、反射率を高めるには、周期的に繰り
返し積層する多層膜の周期を増大することにより、不十
分ながらもある程度の改善は図れるがその反面、積層数
が増大すれば光損失の問題が発生する、製造工程が複雑
化する等の問題点が生じ、何れも実用的でない。
返し積層する多層膜の周期を増大することにより、不十
分ながらもある程度の改善は図れるがその反面、積層数
が増大すれば光損失の問題が発生する、製造工程が複雑
化する等の問題点が生じ、何れも実用的でない。
【０００５】したがって、本発明の目的は、上記従来の
問題点を解決することにあり、高反射率のブラッグ反射
器を備えた半導体光素子を実現することにある。さらに
具体的には、多層膜の周期を最小にして、最大の反射率
が得られる積層膜で構成されるブラッグ反射器およびそ
れを備えた半導体光素子を実現することにある。
問題点を解決することにあり、高反射率のブラッグ反射
器を備えた半導体光素子を実現することにある。さらに
具体的には、多層膜の周期を最小にして、最大の反射率
が得られる積層膜で構成されるブラッグ反射器およびそ
れを備えた半導体光素子を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者等は、ブラッグ反射器を構成する化合物半
導体の多層膜の組み合わせと反射率との関係について種
々実験検討したところ、III−Ｖ族化合物同士の異なる
屈折率を有する多層膜、もしくはII−ＶI族化合物同士
の異なる屈折率を有する多層膜では、いずれも反射率の
増大に限界があり実用レベルでの十分な改善が見られな
かった。しかし、これら両化合物層を交互に周期的に積
層すると反射率が予想以上に著しく増大し、実用レベル
に十分に達するという知見を得た。
に、本発明者等は、ブラッグ反射器を構成する化合物半
導体の多層膜の組み合わせと反射率との関係について種
々実験検討したところ、III−Ｖ族化合物同士の異なる
屈折率を有する多層膜、もしくはII−ＶI族化合物同士
の異なる屈折率を有する多層膜では、いずれも反射率の
増大に限界があり実用レベルでの十分な改善が見られな
かった。しかし、これら両化合物層を交互に周期的に積
層すると反射率が予想以上に著しく増大し、実用レベル
に十分に達するという知見を得た。
【０００７】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものであり、上記目的は所定の半導体基板上にII−ＶI
族化合物からなる第１半導体層と、前記第１半導体層よ
りも屈折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第２半導体層と
を周期的に積層した第１半導体領域を有するブラッグ反
射器を備えた半導体光素子により、達成される。
ものであり、上記目的は所定の半導体基板上にII−ＶI
族化合物からなる第１半導体層と、前記第１半導体層よ
りも屈折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第２半導体層と
を周期的に積層した第１半導体領域を有するブラッグ反
射器を備えた半導体光素子により、達成される。
【０００８】上記半導体光素子としては、この種のブラ
ッグ反射器の適用が可能なものであれば何れのものでも
よく、代表的なものとしては光源となる半導体レーザお
よび発光ダイオード等の化合物半導体で構成される発光
素子が挙げられるが、その他、受光素子、光フィルター
等の光インターコネクトに適用される半導体光素子が挙
げられる。
ッグ反射器の適用が可能なものであれば何れのものでも
よく、代表的なものとしては光源となる半導体レーザお
よび発光ダイオード等の化合物半導体で構成される発光
素子が挙げられるが、その他、受光素子、光フィルター
等の光インターコネクトに適用される半導体光素子が挙
げられる。
【０００９】以下、半導体レーザおよび発光ダイオード
等の発光素子の場合を例に具体的に説明する。すなわ
ち、上記発光素子は、所定の半導体基板上に、少なくと
もII−ＶI族化合物の第１半導体層と前記第１半導体層
よりも屈折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第２半導体層
とを周期的に積層して第１の半導体多層膜で構成される
ブラッグ反射器（第１半導体領域）と、少なともII−Ｖ
I族化合物の第３半導体層と前記第３半導体層よりも屈
折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第４半導体層とを周期
的に積層して第２の半導体多層膜で構成されるブラッグ
反射器（第２半導体領域）と、これら第１および第２両
半導体多層膜のブラッグ反射器によって挟まれた前記何
れの半導体多層膜よりも禁制帯幅が狭い第５半導体層
（第３半導体領域）とを有して成る、面発光型の半導体
レーザもしくは発光ダイオードから成る半導体光素子に
より実現される。そして、ブラッグ反射器を構成する半
導体多層膜の各層の厚さは、素子内部で取り扱う光の波
長λに基づいて設定するものであり、通常は波長λの１
／４とする。
等の発光素子の場合を例に具体的に説明する。すなわ
ち、上記発光素子は、所定の半導体基板上に、少なくと
もII−ＶI族化合物の第１半導体層と前記第１半導体層
よりも屈折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第２半導体層
とを周期的に積層して第１の半導体多層膜で構成される
ブラッグ反射器（第１半導体領域）と、少なともII−Ｖ
I族化合物の第３半導体層と前記第３半導体層よりも屈
折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第４半導体層とを周期
的に積層して第２の半導体多層膜で構成されるブラッグ
反射器（第２半導体領域）と、これら第１および第２両
半導体多層膜のブラッグ反射器によって挟まれた前記何
れの半導体多層膜よりも禁制帯幅が狭い第５半導体層
（第３半導体領域）とを有して成る、面発光型の半導体
レーザもしくは発光ダイオードから成る半導体光素子に
より実現される。そして、ブラッグ反射器を構成する半
導体多層膜の各層の厚さは、素子内部で取り扱う光の波
長λに基づいて設定するものであり、通常は波長λの１
／４とする。
【００１０】さらに、上記半導体光素子の実用的に好ま
しい構成例について以下に具体的に説明する。 （１）上記半導体基板がｐ、ｎいずれか一方の第１導電
形の半導体で構成され、その上に配設される第１の半導
体多層膜（第１半導体領域）も第１導電形の半導体で構
成され、さらにその上に配設される前記半導体多層膜よ
りも禁制帯幅が狭い第５半導体層（第３半導体領域）
が、少なくとも量子井戸層を有するアンドープ層で構成
され、さらにその上に配設される第２の半導体多層膜
（第２半導体領域）が第２導電形の半導体で構成された
半導体光素子。
しい構成例について以下に具体的に説明する。 （１）上記半導体基板がｐ、ｎいずれか一方の第１導電
形の半導体で構成され、その上に配設される第１の半導
体多層膜（第１半導体領域）も第１導電形の半導体で構
成され、さらにその上に配設される前記半導体多層膜よ
りも禁制帯幅が狭い第５半導体層（第３半導体領域）
が、少なくとも量子井戸層を有するアンドープ層で構成
され、さらにその上に配設される第２の半導体多層膜
（第２半導体領域）が第２導電形の半導体で構成された
半導体光素子。
【００１１】（２）上記半導体基板、第２半導体層およ
び第４半導体層のいずれもがIII−Ｖ族化合物中のＧａ
Ａｓ系半導体で構成され、第１半導体層および第３半導
体層のいずれもがII−ＶI族化合物中のＺｎ、Ｃｄおよ
びＭｇの少なくとも一種とＳおよびＳｅの少なくとも一
種とからなる化合物層で構成された半導体光素子。
び第４半導体層のいずれもがIII−Ｖ族化合物中のＧａ
Ａｓ系半導体で構成され、第１半導体層および第３半導
体層のいずれもがII−ＶI族化合物中のＺｎ、Ｃｄおよ
びＭｇの少なくとも一種とＳおよびＳｅの少なくとも一
種とからなる化合物層で構成された半導体光素子。
【００１２】（３）上記半導体基板、第２半導体層およ
び第４半導体層のいずれもがIII−Ｖ族化合物中のＩｎ
Ｐ系半導体で構成され、第１半導体層および第３半導体
層のいずれもがII−ＶI族化合物中のＺｎ、Ｃｄおよび
Ｍｇの少なくとも一種とＳおよびＳｅの少なくとも一種
とからなる化合物層で構成された半導体光素子。
び第４半導体層のいずれもがIII−Ｖ族化合物中のＩｎ
Ｐ系半導体で構成され、第１半導体層および第３半導体
層のいずれもがII−ＶI族化合物中のＺｎ、Ｃｄおよび
Ｍｇの少なくとも一種とＳおよびＳｅの少なくとも一種
とからなる化合物層で構成された半導体光素子。
【００１３】（４）上記第５半導体層（第３半導体領
域）の実効的な屈折率の大きさが、上記第２半導体層お
よび第４半導体層の屈折率に比べ小さく、半導体層内で
の発光波長をλとしたとき第５半導体層の厚さｄが０．
４λ≦ｄ≦０．６λの関係を満たしている半導体光素
子。
域）の実効的な屈折率の大きさが、上記第２半導体層お
よび第４半導体層の屈折率に比べ小さく、半導体層内で
の発光波長をλとしたとき第５半導体層の厚さｄが０．
４λ≦ｄ≦０．６λの関係を満たしている半導体光素
子。
【００１４】（５）上記第５半導体層（第３半導体領
域）の実効的な屈折率の大きさが、上記第１半導体層お
よび第３半導体層の屈折率に比べ大きく、半導体層内で
の発光波長をλとしたとき第３半導体領域の厚さｄが
０．９λ≦ｄ≦１．１λの関係を満たしている半導体光
素子。
域）の実効的な屈折率の大きさが、上記第１半導体層お
よび第３半導体層の屈折率に比べ大きく、半導体層内で
の発光波長をλとしたとき第３半導体領域の厚さｄが
０．９λ≦ｄ≦１．１λの関係を満たしている半導体光
素子。
【００１５】（６）上記半導体光素子において、動作電
流が発振しきい値以上であれば面発光型半導体レーザが
実現できる。 （７）上記半導体光素子として、動作電流が発振しきい
値以下であれば面発光型発光ダイオードが実現できる。
流が発振しきい値以上であれば面発光型半導体レーザが
実現できる。 （７）上記半導体光素子として、動作電流が発振しきい
値以下であれば面発光型発光ダイオードが実現できる。
【００１６】なお、受光素子についても同様の構成でブ
ラッグ反射器を配設することができる。その他、光フィ
ルター等については、上記発光素子や受光素子とは構成
が異なり、第５半導体層（第３半導体領域）は不要とな
る。いずれにしても本発明の半導体光素子は上記種々の
光素子を実装して光インターコネクトに有効に適用され
るものである。
ラッグ反射器を配設することができる。その他、光フィ
ルター等については、上記発光素子や受光素子とは構成
が異なり、第５半導体層（第３半導体領域）は不要とな
る。いずれにしても本発明の半導体光素子は上記種々の
光素子を実装して光インターコネクトに有効に適用され
るものである。
【００１７】
【作用】ブラッグ反射器の反射率を向上させるには、半
導体多層膜を構成する第１半導体層と第２半導体層、さ
らには第３半導体層と第４半導体層の各々に大きな屈折
率差を生じさせることが重要であり、本発明では第１半
導体層と第３半導体層とを、共にII−ＶI族化合物で、
第２半導体層と第４半導体層とを、共にII−ＶI族化合
物より屈折率の大きいIII−Ｖ族化合物で、それぞれ構
成している。
導体多層膜を構成する第１半導体層と第２半導体層、さ
らには第３半導体層と第４半導体層の各々に大きな屈折
率差を生じさせることが重要であり、本発明では第１半
導体層と第３半導体層とを、共にII−ＶI族化合物で、
第２半導体層と第４半導体層とを、共にII−ＶI族化合
物より屈折率の大きいIII−Ｖ族化合物で、それぞれ構
成している。
【００１８】したがって、本発明の多層膜では従来のII
I−Ｖ族化合物同士、もしくはII−ＶI族化合物同士で構
成したものよりも常に大きな屈折率差が生じ、それに基
づいて反射率が著しく向上する。多層膜を構成する各半
導体層の繰り返し周期を同一周期として、従来例と比較
すると両者の反射率の差異は明らかである。
I−Ｖ族化合物同士、もしくはII−ＶI族化合物同士で構
成したものよりも常に大きな屈折率差が生じ、それに基
づいて反射率が著しく向上する。多層膜を構成する各半
導体層の繰り返し周期を同一周期として、従来例と比較
すると両者の反射率の差異は明らかである。
【００１９】すなわち、III−Ｖ族化合物同士のＩｎＧ
ａＡｓＰ（屈折率Ｎ＝３．４５）／ＩｎＰ（Ｎ＝３．１
７）を１０周期形成した従来の多層膜の反射率は８０％
程度であったのに対し、例えば、本発明のＩｎＰ（屈折
率Ｎ＝３．１７）／ＺｎＭｇＳＳｅ（Ｎ＝２．２）を同
一周期の１０周期形成した多層膜の反射率は９９．９％
にも達する。その結果、高性能な半導体光素子が実現で
きる。なお、ＺｎＭｇＳＳｅは、青色あるいは緑色のレ
ーザ光を発するII−ＶI族半導体レーザのクラッド層と
して知られており、この材料の屈折率Ｎは、波長λ＝
０．９μｍで２．２程度にすることができる。また、波
長λ＝１．３μｍ以上の長波長帯では、さらに低屈折率
になる傾向にある。
ａＡｓＰ（屈折率Ｎ＝３．４５）／ＩｎＰ（Ｎ＝３．１
７）を１０周期形成した従来の多層膜の反射率は８０％
程度であったのに対し、例えば、本発明のＩｎＰ（屈折
率Ｎ＝３．１７）／ＺｎＭｇＳＳｅ（Ｎ＝２．２）を同
一周期の１０周期形成した多層膜の反射率は９９．９％
にも達する。その結果、高性能な半導体光素子が実現で
きる。なお、ＺｎＭｇＳＳｅは、青色あるいは緑色のレ
ーザ光を発するII−ＶI族半導体レーザのクラッド層と
して知られており、この材料の屈折率Ｎは、波長λ＝
０．９μｍで２．２程度にすることができる。また、波
長λ＝１．３μｍ以上の長波長帯では、さらに低屈折率
になる傾向にある。
【００２０】また、屈折率は、禁制帯幅の広い材料ほど
低い傾向にある。したがって、多層膜で構成するブラッ
グ反射器の低屈折率材料（II−ＶI族化合物半導体）と
しては、前述したようにＺｎＭｇＳＳｅに限らず、III
−Ｖ族半導体よりも相対的に禁制帯幅の広い、例えばＺ
ｎ、ＣｄおよびＭｇの少なくとも一種と、ＳおよびＳｅ
の少なくとも一種との化合物でで構成される二元、三
元、四元、あるいは五元の化合物一般が適用できる。
低い傾向にある。したがって、多層膜で構成するブラッ
グ反射器の低屈折率材料（II−ＶI族化合物半導体）と
しては、前述したようにＺｎＭｇＳＳｅに限らず、III
−Ｖ族半導体よりも相対的に禁制帯幅の広い、例えばＺ
ｎ、ＣｄおよびＭｇの少なくとも一種と、ＳおよびＳｅ
の少なくとも一種との化合物でで構成される二元、三
元、四元、あるいは五元の化合物一般が適用できる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。 〈実施例１〉図１は、面発光型発光ダイオードの断面構
成図を示したものである。以下、この図にしたがって発
光素子の構造を製造工程と共に説明する。図示のように
ｎ−ＧａＡｓ（１００）面の基板１上に、分子線エピタ
キシ（ＭＢＥ）法により、第１半導体層としてＧａＡｓ
に格子整合したｎ−ＣｄＭｇＳ〔ドナー濃度ＮD＝２×
１０18（／ｃｍ3）〕の低屈折率層２と、第２半導体層
としてｎ−ＧａＡｓ〔ＮD＝４×１０18（／ｃｍ3）〕の
高屈折率層３とを１０周期積層し、ｎ型ブラッグ反射器
４（第１半導体領域）を形成する。ただし、各層の厚さ
は素子内部での波長λの１／４とする。
明する。 〈実施例１〉図１は、面発光型発光ダイオードの断面構
成図を示したものである。以下、この図にしたがって発
光素子の構造を製造工程と共に説明する。図示のように
ｎ−ＧａＡｓ（１００）面の基板１上に、分子線エピタ
キシ（ＭＢＥ）法により、第１半導体層としてＧａＡｓ
に格子整合したｎ−ＣｄＭｇＳ〔ドナー濃度ＮD＝２×
１０18（／ｃｍ3）〕の低屈折率層２と、第２半導体層
としてｎ−ＧａＡｓ〔ＮD＝４×１０18（／ｃｍ3）〕の
高屈折率層３とを１０周期積層し、ｎ型ブラッグ反射器
４（第１半導体領域）を形成する。ただし、各層の厚さ
は素子内部での波長λの１／４とする。
【００２２】次に、第５半導体層（第３半導体領域）と
して、アンドープＣｄＭｇＳ層５、アンドープＩｎ0.2
Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸層（厚さ１０ｎｍ）６、アンドー
プＣｄＭｇＳ層７から成る共振器８を設ける。ただし、
共振器８の厚さはλ／２とする。
して、アンドープＣｄＭｇＳ層５、アンドープＩｎ0.2
Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸層（厚さ１０ｎｍ）６、アンドー
プＣｄＭｇＳ層７から成る共振器８を設ける。ただし、
共振器８の厚さはλ／２とする。
【００２３】続けて、第４半導体層としてｐ−ＧａＡｓ
の高屈折率層９〔厚さλ／４、アクセプタ濃度ＮA＝４
×１０18（／ｃｍ3）〕と、第３半導体層としてｐ−Ｃ
ｄＭｇＳの低屈折率層１０〔厚さλ／４、ＮA＝２×１
０18（／ｃｍ3）〕とを１０周期積層し、ｐ型ブラッグ
反射器１１（第２半導体領域）を形成する。
の高屈折率層９〔厚さλ／４、アクセプタ濃度ＮA＝４
×１０18（／ｃｍ3）〕と、第３半導体層としてｐ−Ｃ
ｄＭｇＳの低屈折率層１０〔厚さλ／４、ＮA＝２×１
０18（／ｃｍ3）〕とを１０周期積層し、ｐ型ブラッグ
反射器１１（第２半導体領域）を形成する。
【００２４】また、電極との接触抵抗を下げるため、ｐ
−ＧａＡｓキャップ層１２を設ける。最後に、蒸着法に
よりｎ型電極１３とｐ型電極１４とを、それぞれ面の上
下に形成し、通常のエッチング法によりｐ型電極１４の
一部を除去することにより３μｍφの円形の出射窓１５
を設け、図示の断面構造を有する面発光型半導体発光装
置を製造した。
−ＧａＡｓキャップ層１２を設ける。最後に、蒸着法に
よりｎ型電極１３とｐ型電極１４とを、それぞれ面の上
下に形成し、通常のエッチング法によりｐ型電極１４の
一部を除去することにより３μｍφの円形の出射窓１５
を設け、図示の断面構造を有する面発光型半導体発光装
置を製造した。
【００２５】この例ではｎ型ブラッグ反射器４（第１半
導体領域）と、ｐ型ブラッグ反射器１１（第２半導体領
域）とを、共に同一の半導体層で構成としたが、それぞ
れ他の組成の半導体層で構成することもできる。
導体領域）と、ｐ型ブラッグ反射器１１（第２半導体領
域）とを、共に同一の半導体層で構成としたが、それぞ
れ他の組成の半導体層で構成することもできる。
【００２６】なお、この例ではブラッグ反射器を構成す
る半導体層の屈折率差を４０％とした。そして、反射率
は９９．９％であった。比較例として第１半導体層およ
び第３半導体層を、共にＧａＡｓ系のＧａＡｓとＡｌＡ
ｓで形成し、その他の構成は本実施例と同様にして製造
した場合、屈折率差は１５％であり、反射率は９５％で
あった。
る半導体層の屈折率差を４０％とした。そして、反射率
は９９．９％であった。比較例として第１半導体層およ
び第３半導体層を、共にＧａＡｓ系のＧａＡｓとＡｌＡ
ｓで形成し、その他の構成は本実施例と同様にして製造
した場合、屈折率差は１５％であり、反射率は９５％で
あった。
【００２７】上記本実施例の素子において、１００μＡ
以下の低電流動作が可能であった。一方、比較例におい
ては、１ｍＡ以上の動作電流を要した。本実施例の面発
光型半導体発光装置を、光インターコネクトの光源とし
て用いることにより、高性能なシステムを構成すること
ができるようになった。
以下の低電流動作が可能であった。一方、比較例におい
ては、１ｍＡ以上の動作電流を要した。本実施例の面発
光型半導体発光装置を、光インターコネクトの光源とし
て用いることにより、高性能なシステムを構成すること
ができるようになった。
【００２８】〈実施例２〉図２は、面発光型半導体レー
ザの断面斜視図、図３は図２の発光部とその周辺のブラ
ッグ反射器を含む素子要部の断面拡大図を示したもので
ある。以下、これらの図にしたがって発光素子の構造を
製造工程と共に説明する。図示のようにｎ−ＩｎＰ（１
００）面の基板１上に、ＭＢＥ法により、第１半導体層
としてｎ−ＺｎＭｇＳｅの低屈折率層３１〔ドナー濃度
ＮD＝２×１０18（／ｃｍ3）〕と、第２半導体層として
ｎ−ＩｎＰの高屈折率層３２〔厚さλ／４、ＮD＝４×
１０18（／ｃｍ3）〕を１０．５周期積層し、ｎ型ブラ
ッグ反射器３３（第１半導体領域）を形成する。
ザの断面斜視図、図３は図２の発光部とその周辺のブラ
ッグ反射器を含む素子要部の断面拡大図を示したもので
ある。以下、これらの図にしたがって発光素子の構造を
製造工程と共に説明する。図示のようにｎ−ＩｎＰ（１
００）面の基板１上に、ＭＢＥ法により、第１半導体層
としてｎ−ＺｎＭｇＳｅの低屈折率層３１〔ドナー濃度
ＮD＝２×１０18（／ｃｍ3）〕と、第２半導体層として
ｎ−ＩｎＰの高屈折率層３２〔厚さλ／４、ＮD＝４×
１０18（／ｃｍ3）〕を１０．５周期積層し、ｎ型ブラ
ッグ反射器３３（第１半導体領域）を形成する。
【００２９】次に、第５半導体層（第３半導体領域）と
して、アンドープＩｎＰ層３４、アンドープＩｎ0.8Ｇ
ａ0.2Ａｓ歪み量子井戸層（厚さ７ｎｍ）３５、アンド
ープＩｎＰ層３６から成る共振器３７を設ける。ただ
し、共振器３７の厚さはλとする。
して、アンドープＩｎＰ層３４、アンドープＩｎ0.8Ｇ
ａ0.2Ａｓ歪み量子井戸層（厚さ７ｎｍ）３５、アンド
ープＩｎＰ層３６から成る共振器３７を設ける。ただ
し、共振器３７の厚さはλとする。
【００３０】続けて、第３半導体層としてｐ−ＺｎＭｇ
Ｓｅの低屈折率層３８〔厚さλ／４、ＮA＝２×１０18
（／ｃｍ3）〕と、第４半導体層としてｐ−ＩｎＰの高
屈折率層３９（厚さλ／４、ＮA＝４×１０18（／ｃ
ｍ3）〕を１０．５周期積層し、ｐ型ブラッグ反射器４
０（第２半導体領域）を形成する。また、電極との接触
抵抗を下げるため、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１２
を設ける。
Ｓｅの低屈折率層３８〔厚さλ／４、ＮA＝２×１０18
（／ｃｍ3）〕と、第４半導体層としてｐ−ＩｎＰの高
屈折率層３９（厚さλ／４、ＮA＝４×１０18（／ｃ
ｍ3）〕を１０．５周期積層し、ｐ型ブラッグ反射器４
０（第２半導体領域）を形成する。また、電極との接触
抵抗を下げるため、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１２
を設ける。
【００３１】実施例１の場合、導波路構造が量子井戸面
内（ｘ−ｙ面内）で対称であるため、光偏向方向がｘ−
ｙ面内で自由であり、自然放出光が発光モードに結合す
る割合βの最大値は０．５になる。一方、本実施例の図
２の構造は、さらに、βの値を向上させるために、エッ
チングによりメサ形状を図示のように楕円形（長軸の長
さ４μｍ、短軸の長さ２μｍ）にする。ここで、エッチ
ングはｎ型ブラッグ反射器３３の一部に到達するように
行う。最後に、蒸着法を用いてｎ型電極１３を設け、さ
らに、メサの側部をポリイミド４１で埋め込んだ後、ｐ
型電極１４を蒸着する。
内（ｘ−ｙ面内）で対称であるため、光偏向方向がｘ−
ｙ面内で自由であり、自然放出光が発光モードに結合す
る割合βの最大値は０．５になる。一方、本実施例の図
２の構造は、さらに、βの値を向上させるために、エッ
チングによりメサ形状を図示のように楕円形（長軸の長
さ４μｍ、短軸の長さ２μｍ）にする。ここで、エッチ
ングはｎ型ブラッグ反射器３３の一部に到達するように
行う。最後に、蒸着法を用いてｎ型電極１３を設け、さ
らに、メサの側部をポリイミド４１で埋め込んだ後、ｐ
型電極１４を蒸着する。
【００３２】ブラッグ反射器３３（第１半導体領域）、
４０（第２半導体領域）を構成する多層膜の屈折率差お
よび反射率は、本実施例の場合も先の実施例１の場合と
ほぼ同様であった。
４０（第２半導体領域）を構成する多層膜の屈折率差お
よび反射率は、本実施例の場合も先の実施例１の場合と
ほぼ同様であった。
【００３３】なお、本実施例では素子の構造がメサ構造
になっているため、発光領域の体積が実施例１よりも実
効的に小さい。よって、５０μＡ以下の低電流動作が可
能であった。また、光インターコネクトの光源として本
実施例の半導体発光素子を用いることにより、高性能な
システムを構成することができるようになった。
になっているため、発光領域の体積が実施例１よりも実
効的に小さい。よって、５０μＡ以下の低電流動作が可
能であった。また、光インターコネクトの光源として本
実施例の半導体発光素子を用いることにより、高性能な
システムを構成することができるようになった。
【００３４】以上の実施例は、いずれも代表的な発光素
子の構造例について示したものであるが、本発明はこれ
以外の構造にも有効である。例えば、素子の直列抵抗を
低減するために、ブラッグ反射器を形成している高屈折
率層と低屈折率層との間にグレーデッド層（組成が徐々
に変化した層）を設けた構造にも適用できる。また、ｐ
型での抵抗を下げるため、電流伝導層を設け、多層膜の
サイドから正孔を注入する構造にも適用できる。
子の構造例について示したものであるが、本発明はこれ
以外の構造にも有効である。例えば、素子の直列抵抗を
低減するために、ブラッグ反射器を形成している高屈折
率層と低屈折率層との間にグレーデッド層（組成が徐々
に変化した層）を設けた構造にも適用できる。また、ｐ
型での抵抗を下げるため、電流伝導層を設け、多層膜の
サイドから正孔を注入する構造にも適用できる。
【００３５】以下の実施例では発光素子以外の適用例に
ついて示す。 〈実施例３〉図４は、面入射型受光素子の要部構成断面
図を示したものであり、以下、この図にしたがって受光
素子の構造を製造工程と共に説明する。図示のように、
ｎ−ＩｎＰ（１００）面の基板１上に、ＭＢＥ法によ
り、ｎ−ＺｎＭｇＳｅの低屈折率層５１〔厚さλ／４、
ドナー濃度ＮD＝２×１０18（／ｃｍ3）〕とｎ−ＩｎＰ
の高屈折率層５２〔厚さλ／４、ドナー濃度ＮD＝４×
１０18（／ｃｍ3）〕を１０．５周期積層し、ｎ型ブラ
ッグ反射器５３を形成する。
ついて示す。 〈実施例３〉図４は、面入射型受光素子の要部構成断面
図を示したものであり、以下、この図にしたがって受光
素子の構造を製造工程と共に説明する。図示のように、
ｎ−ＩｎＰ（１００）面の基板１上に、ＭＢＥ法によ
り、ｎ−ＺｎＭｇＳｅの低屈折率層５１〔厚さλ／４、
ドナー濃度ＮD＝２×１０18（／ｃｍ3）〕とｎ−ＩｎＰ
の高屈折率層５２〔厚さλ／４、ドナー濃度ＮD＝４×
１０18（／ｃｍ3）〕を１０．５周期積層し、ｎ型ブラ
ッグ反射器５３を形成する。
【００３６】次に、ｎ−ＩｎＰ層５４（０．５μｍ）、
アンドープＩｎ0.8Ｇａ0.2Ａｓ光吸収層（厚さ７ｎｍ）
５５、ｐ−ＩｎＰ層５６（０．５μｍ）を設ける。続け
て、アンドープブラッグ反射器５９を形成する。ここ
で、入射光の注入効率を考え、このアンドープブラッグ
反射器５９は、従来通り、III−Ｖ族半導体だけで構成
することにし、低屈折率層５７（厚さλ／４）はアンド
ープＩｎＰ、高屈折率層５８（厚さλ／４）はアンドー
プＩｎＧａＡｓＰとする。周期数は６．５周期とする。
アンドープＩｎ0.8Ｇａ0.2Ａｓ光吸収層（厚さ７ｎｍ）
５５、ｐ−ＩｎＰ層５６（０．５μｍ）を設ける。続け
て、アンドープブラッグ反射器５９を形成する。ここ
で、入射光の注入効率を考え、このアンドープブラッグ
反射器５９は、従来通り、III−Ｖ族半導体だけで構成
することにし、低屈折率層５７（厚さλ／４）はアンド
ープＩｎＰ、高屈折率層５８（厚さλ／４）はアンドー
プＩｎＧａＡｓＰとする。周期数は６．５周期とする。
【００３７】次に、エッチングによりメサ形状を１０μ
ｍφの円形にする。ここで、エッチングはｐ−ＩｎＰ層
５６に到達するように行なう。最後に、蒸着法を用いて
ｎ型電極１３を設け、さらに、エッチングで露出したｐ
−ＩｎＰ層５６上にｐ型電極１４を蒸着する。
ｍφの円形にする。ここで、エッチングはｐ−ＩｎＰ層
５６に到達するように行なう。最後に、蒸着法を用いて
ｎ型電極１３を設け、さらに、エッチングで露出したｐ
−ＩｎＰ層５６上にｐ型電極１４を蒸着する。
【００３８】この受光素子の性能を計測したところ、波
長１．５６μｍの入射光に対し、量子効率８５％が得ら
れた。また、比較のために、上記アンドープブラッグ反
射器５９とｎ型ブラッグ反射器５３共にIII−Ｖ族半導
体だけで構成した素子では、量子効率６０％であった。
長１．５６μｍの入射光に対し、量子効率８５％が得ら
れた。また、比較のために、上記アンドープブラッグ反
射器５９とｎ型ブラッグ反射器５３共にIII−Ｖ族半導
体だけで構成した素子では、量子効率６０％であった。
【００３９】〈実施例４〉図５は、光フィルタの断面構
成図を示したものである。以下、この図にしたがって光
フィルタの構造を製造工程と共に説明する。図示のよう
に、半絶縁性のＩｎＰ（１００）面の基板６１上に、Ｍ
ＢＥ法により、アンドープＺｎＭｇＳｅの低屈折率層６
２（厚さλ／４）とアンドープＩｎＰの高屈折率層６３
（厚さλ／４）を１０周期積層することで本発明の光フ
ィルタを作成することができる。この光フィルタの性能
を計測したところ、反射率９９％が得られた。また、比
較のために、上記アンドープの低屈折率層６２をＩｎＧ
ａＡｓＰとしIII−Ｖ族半導体だけで構成した素子で
は、反射率７９％であった。
成図を示したものである。以下、この図にしたがって光
フィルタの構造を製造工程と共に説明する。図示のよう
に、半絶縁性のＩｎＰ（１００）面の基板６１上に、Ｍ
ＢＥ法により、アンドープＺｎＭｇＳｅの低屈折率層６
２（厚さλ／４）とアンドープＩｎＰの高屈折率層６３
（厚さλ／４）を１０周期積層することで本発明の光フ
ィルタを作成することができる。この光フィルタの性能
を計測したところ、反射率９９％が得られた。また、比
較のために、上記アンドープの低屈折率層６２をＩｎＧ
ａＡｓＰとしIII−Ｖ族半導体だけで構成した素子で
は、反射率７９％であった。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、半導体多層
膜を構成する高屈折率層と低屈折率層の屈折率差を増大
でき、ブラッグ反射器の反射率を一段と高めることがで
きるので、面発光型の半導体光素子（半導体レーザ、発
光ダイオードなど）の動作電流を大幅に低減できる。ま
た、半導体多層膜の反射率を高くできるた面型の光フィ
ルタ、受光素子等の半導体光素子の特性を向上させるこ
とができる。さらに、本発明の光素子を光インターコネ
クトが導入されているコンピュータシステムに適用する
ことで、システムの高性能化が図れる。
の目的を達成することができた。すなわち、半導体多層
膜を構成する高屈折率層と低屈折率層の屈折率差を増大
でき、ブラッグ反射器の反射率を一段と高めることがで
きるので、面発光型の半導体光素子（半導体レーザ、発
光ダイオードなど）の動作電流を大幅に低減できる。ま
た、半導体多層膜の反射率を高くできるた面型の光フィ
ルタ、受光素子等の半導体光素子の特性を向上させるこ
とができる。さらに、本発明の光素子を光インターコネ
クトが導入されているコンピュータシステムに適用する
ことで、システムの高性能化が図れる。
【図１】本発明の一実施例となる半導体発光装置の断面
図。
図。
【図２】同じく他の実施例となる半導体発光装置の断面
図。
図。
【図３】同じく図２の多層領域の断面拡大図。
【図４】同じく他の実施例となる受光素子の要部断面
図。
図。
【図５】同じく他の実施例となる光フィルタの要部断面
図。
図。
１…ｎ型基板、 ２、３１…ｎ型低屈折率層
（II−ＶI族化合物）、３、３２…ｎ型高屈折率層（III
−Ｖ族化合物）、４、３３…ｎ型ブラッグ反射器、１
１、４０…ｐ型ブラッグ反射器、１２…ｐ型キャップ
層、 １３…ｎ型電極、１４…ｐ型電極、
１５…出射窓、３４、３６…高屈折率層、
４１…ポリイミド、５１…ｎ型低屈折率層、
５２…ｎ型高屈折率層、５３…ｎ型ブラッグ反
射器、 ５４…ｎ型ＩｎＰ、５５…光吸収層、
５６…ｐ型ＩｎＰ、５７…アンドープ低屈
折率層、 ５８…アンドープ高屈折率層、５９…アン
ドープブラッグ反射器、６１…半絶縁性基板、６２…ア
ンドープ低屈折率層、 ６３…アンドープ高屈折率
層。
（II−ＶI族化合物）、３、３２…ｎ型高屈折率層（III
−Ｖ族化合物）、４、３３…ｎ型ブラッグ反射器、１
１、４０…ｐ型ブラッグ反射器、１２…ｐ型キャップ
層、 １３…ｎ型電極、１４…ｐ型電極、
１５…出射窓、３４、３６…高屈折率層、
４１…ポリイミド、５１…ｎ型低屈折率層、
５２…ｎ型高屈折率層、５３…ｎ型ブラッグ反
射器、 ５４…ｎ型ＩｎＰ、５５…光吸収層、
５６…ｐ型ＩｎＰ、５７…アンドープ低屈
折率層、 ５８…アンドープ高屈折率層、５９…アン
ドープブラッグ反射器、６１…半絶縁性基板、６２…ア
ンドープ低屈折率層、 ６３…アンドープ高屈折率
層。
Claims (11)
- 【請求項１】半導体基板上にII−ＶI族化合物からなる
第１半導体層と、前記第１半導体層よりも屈折率の大き
なIII−Ｖ族化合物の第２半導体層とを周期的に繰り返
し積層した第１半導体領域で構成したブラッグ反射器を
具備して成る半導体光素子。 - 【請求項２】半導体基板上に、少なくともII−ＶI族化
合物の第１半導体層と前記第１半導体層よりも屈折率の
大きなIII−Ｖ族化合物の第２半導体層とを周期的に積
層して第１の半導体多層膜で構成される第１半導体領域
と、少なともII−ＶI族化合物の第３半導体層と前記第
３半導体層よりも屈折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第
４半導体層とを周期的に積層して第２の半導体多層膜で
構成される第２半導体領域と、これら第１および第２両
半導体領域に挟まれ、少なくとも前記いずれの半導体多
層膜よりも禁制帯幅の狭い第５半導体層で構成された第
３半導体領域とを有して成る半導体発光素子を具備して
成る半導体光素子。 - 【請求項３】上記半導体発光素子を面発光型半導体レー
ザ、もしくは面発光型発光ダイオードとして成る請求項
２記載の半導体光素子。 - 【請求項４】上記第５半導体層で構成された第３半導体
領域の実効的な屈折率の大きさが、上記第２半導体層と
上記第４半導体層との屈折率に比べ小さく、半導体内で
の発光波長をλとしたとき、前記第３半導体領域の厚さ
ｄを０．４λ≦ｄ≦０．６λとして成る請求項２もしく
は３記載の半導体光素子。 - 【請求項５】上記第５半導体層で構成された第３半導体
領域の実効的な屈折率の大きさが、上記第１半導体層と
上記第３半導体層の屈折率に比べ大きく、半導体内での
発光波長をλとしたとき、前記第３半導体領域の厚さｄ
を０．９λ≦ｄ≦１．１λとして成る請求項２もしくは
３記載の半導体光素子。 - 【請求項６】上記第１および第２の半導体多層膜を構成
するII−ＶI族化合物およびIII−Ｖ族化合物の各々の膜
厚を、半導体素子内での発光波長λの１／４として成る
請求項２乃至５何れか記載の半導体光素子。 - 【請求項７】上記第１半導体層、もしくは上記第３半導
体層を構成するII−ＶI族化合物を、Ｚｎ、Ｃｄおよび
Ｍｇの少なくとも一種と、ＳおよびＳｅの少なくとも一
種との化合物半導体で構成して成る請求項１乃至６何れ
か記載の半導体光素子。 - 【請求項８】上記第２半導体層、もしくは上記第４半導
体層を構成するIII−Ｖ族化合物を、ＧａＡｓ系化合
物、もしくはＩｎＰ系化合物で構成して成る請求項１乃
至６何れか記載の半導体光素子。 - 【請求項９】上記半導体基板と、上記第２半導体層もし
くは上記第４半導体層とを同一のIII−Ｖ族化合物半導
体で構成して成る請求項１乃至８何れか記載の半導体光
素子。 - 【請求項１０】少なくとも半導体基板上にII−ＶI族化
合物からなる第１半導体層と、前記第１半導体層よりも
屈折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第２半導体層とを周
期的に繰り返し積層した第１半導体領域で構成したブラ
ッグ反射器を具備した受光素子を有して成る半導体光素
子。 - 【請求項１１】少なくとも半導体基板上にII−ＶI族化
合物からなる第１半導体層と、前記第１半導体層よりも
屈折率の大きなIII−Ｖ族化合物の第２半導体層とを周
期的に繰り返し積層した第１半導体領域で構成したブラ
ッグ反射器を具備した光フィルタを有して成る半導体光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4070494A JPH07249835A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4070494A JPH07249835A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07249835A true JPH07249835A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=12587968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4070494A Pending JPH07249835A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07249835A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7119377B2 (en) | 2004-06-18 | 2006-10-10 | 3M Innovative Properties Company | II-VI/III-V layered construction on InP substrate |
| US7126160B2 (en) | 2004-06-18 | 2006-10-24 | 3M Innovative Properties Company | II-VI/III-V layered construction on InP substrate |
| US8385380B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-02-26 | 3M Innovative Properties Company | Monochromatic light source |
| US8488641B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-07-16 | 3M Innovative Properties Company | II-VI MQW VSEL on a heat sink optically pumped by a GaN LD |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP4070494A patent/JPH07249835A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7119377B2 (en) | 2004-06-18 | 2006-10-10 | 3M Innovative Properties Company | II-VI/III-V layered construction on InP substrate |
| US7126160B2 (en) | 2004-06-18 | 2006-10-24 | 3M Innovative Properties Company | II-VI/III-V layered construction on InP substrate |
| JP2008503090A (ja) * | 2004-06-18 | 2008-01-31 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | ＩｎＰ基板上のＩＩ−ＶＩ／ＩＩＩ−Ｖ層状構造 |
| KR101227293B1 (ko) * | 2004-06-18 | 2013-01-29 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | ＩｎＰ 기판 상의 Ⅱ－Ⅵ／Ⅲ－Ⅴ 층 구조물 |
| EP1963094A1 (en) * | 2005-12-20 | 2008-09-03 | 3M Innovative Properties Company | Ii-vi/iii-v layered construction on inp substrate |
| JP2009520377A (ja) * | 2005-12-20 | 2009-05-21 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | ＩｎＰ基板上のＩＩ−ＶＩ／ＩＩＩ−Ｖ層状構造体 |
| EP1963094A4 (en) * | 2005-12-20 | 2014-03-19 | 3M Innovative Properties Co | LAYERED CONSTRUCTION OF II-VI / III-V GROUP MATERIALS ON INP SUBSTRATE |
| US8385380B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-02-26 | 3M Innovative Properties Company | Monochromatic light source |
| US8488641B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-07-16 | 3M Innovative Properties Company | II-VI MQW VSEL on a heat sink optically pumped by a GaN LD |
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