JPH0738196A - 面発光素子 - Google Patents

面発光素子

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JPH0738196A
JPH0738196A JP5181467A JP18146793A JPH0738196A JP H0738196 A JPH0738196 A JP H0738196A JP 5181467 A JP5181467 A JP 5181467A JP 18146793 A JP18146793 A JP 18146793A JP H0738196 A JPH0738196 A JP H0738196A
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貴陽 沼居
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光伝送や光情報処理用の面発光素子におい
て、２次元集積化に適した低消費電力化を実現する。 【構成】 ｎ形ＧａＡｓ基板１０上にｎ形ＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ多層反射膜２０、ｎ形ＧａＡｓ層１１、Ｉｎ
0 . 2 Ｇａ0 . 8 Ａｓ活性層１２、ｐ形ＧａＡｓクラッ
ド層１３、ｐ形ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層反射膜２１を順
次成長する。成長層の一部を素子上部から見た時に正方
形となるようにｎ形ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層反射膜２０
の一部に達する迄エッチングする。この後、素子側面と
素子周辺部に選択的にプロトン注入を行ない高抵抗領域
２２を形成する。最後に素子全体を覆うようにアノード
電極３１を形成し、ｎ形多層反射膜２０にカソード電極
３０を形成して完成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光伝送や光情報処理用
の面発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光伝送や光情報処理用の光源である半導
体レーザの研究が進められている。その中で、面型半導
体レーザは、（１）モノリックな共振器形成が可能、
（２）素子分離前のウエハー単位の検査が可能、（３）
動的単一波長動作、（４）大放射面積、狭出射円形ビー
ム、（５）高密度２次元レーザアレー、（６）積層によ
る３次元アレーデバイスの集積化が可能、などの特徴が
ある。面型半導体レーザについては、伊賀らによって先
駆的な研究が行われ、彼らの一連の研究成果は１９８８
年発行の伊賀他著のジャーナル・オブ・カンタム・エレ
クトロニクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）第２４巻１８４５ページ記
載の論文に歴史的な経緯を含めてまとめられている。
【０００３】更に面型光機能素子は、前述の面型半導体
レーザの長所を活かした光情報処理を行なう素子であ
り、大容量の情報処理を目指した２次元並列光情報処理
を可能にすると期待されている。このような面型光機能
素子の１つとして、垂直共振器型面入出力光電融合素子
があり、この文献として１９９１年発行の沼居他著のア
プライドフィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第５８巻１２５０ペー
ジ記載の論文をあげることが出来る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
面発光素子には次のような課題が存在する。面発光素子
は２次元に集積化することで、並列光伝送や並列光情報
処理に適していると考えられる。しかしながら、従来の
面発光素子では、消費電力が必ずしも小さくないため、
２次元集積化が困難であった。消費電力が大きいと素子
特性が劣化する。放熱対策としては特開平３−２８３４
８０号公報、特開平４−３２４６９０号公報にその例が
あるが、消費電力そのものを低減したものではなかっ
た。
【０００５】そこで、本発明は、２次元集積化に適した
消費電力の小さい面発光素子を実現することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の面発光素子は、
少なくとも活性層を含む側面が熱伝導性が大きく、かつ
高抵抗な領域から構成され、前記素子の周辺部が高抵抗
化されているとともに、前記素子上部、前記側面および
前記素子の周辺部が金属反射鏡で被覆されており、前記
金属反射鏡が電極を兼ねていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明の面発光素子では、レーザ共振器の側面
の熱伝導率が大きく、かつ電気抵抗が大きい。さらに、
素子上部と前記側面とが金属反射鏡で被覆され、前記金
属反射鏡が電極を兼ねている。このような構造にするこ
とで、放熱および電流注入に適した構造となる。
【０００８】放熱に関しては、活性層で発生した熱は伝
導率の高い共振器側面からさらに熱伝導率の高い金属に
効率よく逃すことができるので、放熱の効率が高い。放
熱が効率よく行われるので、素子の温度上昇は抑制され
る。その結果、キャリアの活性層からのオーバーフロー
が小さくなる、すなわち、活性層のみにキャリアが効率
よく蓄積されるので、発振しきい値が小さくなるととも
に発光効率が高くなる。
【０００９】一方、電流注入に関しては、金属から側面
を通って共振器に流れる電流が無視できるため、安定な
レーザ発振が期待できる。もし、本発明と違って共振器
側面の電気抵抗が低ければ、電流はレーザ発振に必要な
ｐｎ接合を流れず、アノードから直接ｎ層を通ってカソ
ードに流れてしまう（ショート状態）のでレーザ発振で
きなくなる。繰り返しになるが、本発明では素子側面が
高抵抗化されているために、電流は必ずｐｎ接合を通っ
て流れるので、安定なレーザ発振が実現される。
【００１０】また、レーザ共振器の側面が金属反射鏡膜
で被覆されている構造であるから、自然放出光は、レー
ザ共振器の外に放出されることがなくなり、レーザ共振
器中にとどまることになる。その結果、自然放出光は、
再び活性層で吸収されキャリアを再生する。すなわち、
通常のレーザ共振器では、キャリアの一部が共振器外に
失われる自然放出光に変換されて消費されるが、自然放
出光に変換されたキャリアが再びキャリアに変換される
（フォトン・リサイクリング）ことにより、共振器内の
キャリア密度が実効的に高くなり、レーザ発振の閾値が
低くなる。発振閾電流が小さくなることにより、駆動電
流が小さくて済むので低消費電力化が図れる。
【００１１】さらに、素子の周辺部が高抵抗化されてい
るとともに、この周辺部が電極を兼ねた金属反射鏡で被
覆されていることから、素子サイズと電極サイズを独立
に設計することができる。素子サイズの観点からは、波
長サイズの共振器を構成すると自然放出光モードのレー
ザモードへの結合が大きくなるので発振しきい値が低減
することが知られている。しかし、半導体の屈折率は約
３．５だから発振波長（真空中の波長）が１ミクロンの
場合は共振器サイズは０．３ミクロン弱ときわめて小さ
くなる。このままでは、電流注入の為のワイヤボンディ
ングは不可能である。これに対して、本発明では、素子
の周辺部が高抵抗化されていることから、この周辺部上
に電極を兼ねた金属反射鏡を形成することが可能とな
り、しかも電極の大きさは、素子サイズとは無関係に決
めることができるという特長がある。以上のように、本
発明では、波長サイズの共振器を用いた低発振しきい値
化にも有効である。
【００１２】以上のように、発振閾電流の低減や発光効
率の上昇により、駆動電流が小さくて済むので低消費電
力化が図れる。
【００１３】
【実施例】図面を参照して、本実施例を詳細に説明す
る。図１は、本発明の１実施例の面発光素子の構造を示
す図である。
【００１４】以下、製作手順に従って本実施例の構造に
ついて説明する。実施例の構造について図１を参照しな
がら説明する。ｎ形ＧａＡｓ基板１０上に分子線ビーム
エピタキシー（以下ＭＢＥと略す）によりｎ形ＧａＡｓ
／ＡｌＡｓ多層反射膜２０、ｎ形ＧａＡｓ層１１、Ｉｎ
0 . 2 Ｇａ0 . 8 Ａｓ活性層１２、ｐ形ＧａＡｓクラッ
ド層１３、ｐ形ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層反射膜２１を順
次成長する。ｐ形ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層反射膜２１、
ｐ形ＧａＡｓクラッド層１３、Ｉｎ0 . 2 Ｇａ0 . 8 Ａ
ｓ活性層１２、ｎ形ＧａＡｓ層１１、ｎ形ＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ多層反射膜２０の１部を素子上部からみたときに
正方形となるようにエッチングした後、側面と素子周辺
部に選択的にプロトン注入を行い、高抵抗化する。プロ
トン注入前後で、プロトン注入部の電気抵抗は１０6 倍
に増加し、十分絶縁性の高い高抵抗領域２２が得られ
る。
【００１５】最後に素子全体を覆うようにアノード電極
Ａｕ３１を形成する。このｐ形ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層
反射膜２１上のアノード電極３１は金属反射膜２３とし
ても機能する。またｎ形ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層反射膜
２０上にカソード電極３０を形成する。
【００１６】以上のような構造にすることによって、発
振しきい値１００マイクロアンペア、電力／光変換効率
が２０％以上の素子を実現することが可能となる。
【００１７】なお、半導体材料については上述のＧａＡ
ｓ系に限定する必要はなく、例えばＩｎＰ系の材料であ
ってもよい。
【００１８】
【発明の効果】面発光素子として、２次元集積化に適し
た消費電力の小さい素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の面発光素子の構造を示
す図である。
【符号の説明】
１０ 半導体基板 １１ｎ 半導体層 １２ 歪量子井戸活性層 １３ｐ 半導体層 ２０ｎ 半導体多層反射膜 ２１ｐ 半導体多層反射膜 ２２ 高抵抗領域 ２３ 金属反射膜 ３０ 電極 ３１ 電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 面発光素子の少なくとも活性層を含む側
    面が熱伝導性が大きく、かつ高抵抗な領域から構成さ
    れ、前記面発光素子の周辺部が高抵抗化されているとと
    もに、前記面発光素子上部と、側面およびその周辺部が
    金属反射鏡で被覆されており、前記金属反射鏡が電極を
    兼ねていることを特徴とする面発光素子。
JP5181467A 1993-07-22 1993-07-22 面発光素子 Pending JPH0738196A (ja)

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