JPS59168684A - 光半導体素子 - Google Patents

光半導体素子

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JPS59168684A
JPS59168684A JP58042567A JP4256783A JPS59168684A JP S59168684 A JPS59168684 A JP S59168684A JP 58042567 A JP58042567 A JP 58042567A JP 4256783 A JP4256783 A JP 4256783A JP S59168684 A JPS59168684 A JP S59168684A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
type ingaasp
current
layer
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP58042567A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Uji
俊男 宇治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS59168684A publication Critical patent/JPS59168684A/ja
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L33/0004Devices characterised by their operation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光入力に応じて異なる光出力レベルをもつ光半
導体素子に関する。光信号によシ情報を伝達するシステ
ムにおいて光変調、光演算といった機能を果すだめに光
入力に応じて、光出力を制御する素子が今後増々重要と
なる。従来、光入力に応じて光出力を制御するために、
光検出素子。
電気回路及び発光素子といった個別の素子を組合せ、光
信号を電気信号に変換した後再び光信号に変えるという
手段が一般に用いられていた。又、光−電気変換を行な
わないものとしては、不均一な電流分布を設けた光双安
定半導体レーザ等が研究段階にある。しかしながら、個
別の素子を絽合せる場合全体の回路が大きくなるという
欠点がある。又、光双安定半導体レーザはレーザ発振を
制御しているもので、簡便な発光ダイオード(LEDと
呼ぶ)の発光に対しては必ずしも有効ではない。
本発明は、光入力に応じてレーザ光、自然発光にかかわ
らず光出力を制御する機能を一つの光半導体素子で実現
することを可能にするものである。
即ち、化合物半導体からなる光半導体素子において、少
なくとも第1の導電型でバンドギャップエネルギー(以
下Egと呼ぶ)がE g、=E gヨの半導体J−と、
第1又は第2の導電型でE g=B gt (E gt
<Egl)の半導体層と、第2の導電型でEg=Eg*
(ggs>Egs )かつ低キャリヤ濃度の半導体層と
、第2の導電型でEg=gg4−(Eg4>Egg )
かつ低キャリヤ濃度の半導体層と、第2の導電型でEg
==Eg。
(Egg>Egs ンが低キャリヤ濃度の半導体層が順
に形成され、上記Kg=Eg*の半導体層を主発光層と
し、上記Eg”Eg4の半導体層を主光吸収層とした構
造を備えていることを特徴とする光半導体素子である。
以下に図面を用いて本発明について詳細に説明する。
第1図は、本発明の光半導体素子の動作原理を説明する
ためのエネルギーバンドダイヤグラムを示している。バ
ンドギャップエネルギーEg”Egtのna半導体層1
1、Eg=Eg* (Egs<Egt )のP型半導体
層12、Eg=Egs (Egs >Egs )の低濃
度P型半導体層13、Eg”Eg4<Eg4>Egs)
の低濃度P型半導体層14、Eg−”’g++ (Eg
s >Eg−の低源KP型半導体層15が順に形成され
ている。ここで半導体層12のバンドギャップエネルギ
ーEg、は、出力すべき光の波長λoutに合せておく
。又、半導体層14のバンドギャップエネルギーEg、
は、入力される光の波長λ1nに合せておく。第1図(
a)及びtb)は共に素子に順方向電流を流した状態で
、(a)は光入力のない場合、(blは光入力のある場
合をそれぞれ示している。
まず、光入力のない場合について述べる。素子に順方向
に電流を流すと、電子と正孔はまず半導体層12で再結
合し、波長λout の光を発する。
電流をさらに増すと半導体層12の電子7エルミレベル
が上昇し、次第に半導体層13とのへテロバリヤーを越
えて流れる電子リーク電流が増大する。そのために第2
図の破線で示した様に素子に流す電流を増しても波長λ
out の光出力は増加せず飽和する。
次に、光入力のある場合について述べる。波長λ(λく
λin)の光を半導体層15の例から入射させると、こ
の光は半導体層14で吸収され、正孔−電子を生成する
。半導体層140P濃度は低くしであるので、光入力の
ない場合半導体層14の正孔フェルミレベルは、価電子
帯から200〜300mev tA制帯内に入ったとこ
ろにある。ところが光を入射することによシ半導体層1
4の正孔濃度が増すと正孔フェルミレベルが価電子帯に
近づき、その結果、第1図(blに示した様に半導体層
14の伝導帯が上昇する。そのために半導体層12の電
子に対するバリヤが高くなる。入射する光の強度により
、バリヤの高さは100〜200meV f化する。バ
リヤの高さが100〜200meV 高くなると、リー
ク電流が1/10〜’/x o oに減る。従って、入
射光強度が犬、きい場合、素子に流す電流を増してもヘ
テロバリヤーを越えて流れるリーク電流は著しく抑えら
れるためtlL流に対し光出力は、第2図の実線に示し
だように増加してゆく。このように光入力の有無で素子
の電流−光出力特性は大きく異なる。従って電流値を一
定にして、光入力レベルを変えると光出力は@3図に示
した様に変化し、低光入力では低光出力、高光入力で高
光出力となる。以上が本発明の動作原理の概略である。
尚、低キャリヤ濃度半導体層のキャリヤ濃度が1018
aII−5以上だと上述の作用・効果は期待できない。
l Q ”at−3台で効果が現われ、101713以
下になるとそれは顕著になる。
次に、実施例に沿って本発明をさらに詳しく述べる。第
4図(a)は、本発明の一実施例の光半導体素子の断面
構造を第4図(b)は、エネルギーバンドダイヤグラム
を示している。第4図の実施例は自然発光(LED出力
)を制御する例でおる。P型ニー基板21の上に第1の
P fil I nGaAa P層22(Eg==i、
i 5 eV 、 P〜6X1016Cal−3,厚さ
1μm )、第2のP型I nG aA a P層23
 (Eg=1.10eV、P〜l X I Q ”ax
−’、厚さo、5pm)、第3のP型InGaAiP層
24 (Eg=1.15 eV、P〜6X1016cr
x−3,厚さ0.2FFff)、第4のP型InGaA
sP層25 (Eg=0.95eV、P〜5X10”z
−’、厚さ0.5pm)、nuInP層26 (n−2
X 1018cm−’ 、 厚さ2μm)k液相エピタ
キシャル法によム連続して形成する。n型■一層26の
表面KcVDKj:pSt、、膜27を形成した後、フ
ォトレジストによυノくターン形成し、直径20〜40
μm の円状にStowを除去する。続いて5int膜
27及びn型InP 26上にAuGeNiを蒸着し、
Hl又はN9  雰囲気中で熱処理しn型第1=ミック
電極?8f、形成する。次に、P型工鐙基板21を研若
し約1jOO/Amの厚さにする。P型工鐙基板21に
AuZnを蒸着した後、フォトレジストによln型In
P26表面のStow膜27のパターンに合わせて、A
 u Z n 膜に直径約120μmの円形パターンを
形成し、A u Z n膜を円状に除去し窓30を形成
する。最後にH2又はN2中で熱処理することによpP
型オーミック電極29を形成する。
この光半導体素子に順方向に電流を流すと、まず第4の
P型InGaAsP層25で電子−正孔再結合が起こシ
波長約1.3μm(0,95eV )の光を発する。
第1.第2及び第3のP型I nG aA s P層2
2 、23及び24のP濃度がl Q ”3−5オーダ
ーと低いため、第4のP −I nGaAsP層25の
電子に対するバリヤーは100meV程a4<、そのた
めに電流を増すとリーク電流が増大し、波長1.3μm
の光出力は電流数10mAで飽和する。ここで波長10
6μmの光を窓よシ入射すると、第2のP型InGaA
sP層23で吸収され正孔−電子を生成する。入射光強
度を増すとともに、第2のP型InGaAsP層23の
正孔濃度が増大し、正孔フェルミレベルが価電子帯に近
づき、第4のP型InGaAsP層25の電子に対する
バリヤが100〜200meV程度高くなる。
その結果、リーク電流が次第に減少し、第5図に示した
様に波長1.3μmの光出力が増大する。このように本
実施例によp入力光のレベルに応じてLED出力光を直
接制御することができた。
第6図は、本発明の別の実施例を示した図である。第6
図の実施例は第4図の実施例と異なシレーザ発振光を制
御する機能を有する。第4図の例とは異なシ、S10.
膜27は中敷pm程度のストライプ状に除去されておシ
、第4のP型InGaAaP層25の厚みは0.2μm
程度としている。第7図に示した様に入力光のない場合
、リーク電流が大きいため発振しきい値が高く、入力光
を強くするとリーク電流が者しく減少するため、発振し
きい値は低くなる。従って、電流を一定にして入力光強
度を変えると、第8図に示した様に出力光強度が大きく
変化する。本実施例によシ、光入力レベルに応じてレー
ザ発振出力を直接制御することができた。第6図の例で
は、第1.第2及び第3のP型InGaAsP層22 
、23及び24が素子全面に亘って設けられているが、
共振器方向の一部分にのみ設けるようにしても、同様の
光制御機能を実現することができる。この場合よシ小さ
い光入力レベルで出力光を制御することができる。
以上の実施例では、発光波長が1.3μm入力波長が1
.06μmの場合について示してきたが、他の波長の場
合でも各層のEgやキャリヤ濃度、厚さを変えることに
より本発明を適用することができる。
又、GaAs/AAGaAs+  をはじめ他の化合物
半導体を用いた素子にも適用できる。さらに、各層の電
気的導電型が逆の場合も適用できる。
以上詳しく述べてきた様に、本発明によp単一の素子で
、光入力に応じて、レーザ発振光、自然発光にかかわら
ず光出力レベルを直接制御することのできる光半導体素
子を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図から第3図は本発明の動作原理を、第4図及び第
5図は本発明の第1の実施例を、第6図から第8図は本
発明の第2の実施例をそれぞれ示す図である。 図中、11.26はEg:Eg、の第1導電型半導体層
、12.25はE g =E g *の第2導電型半導
体層、13.24はEg=Egiの第2導電型半導体層
、14゜23はEg”Eg4の第2導電型半導体層、1
5.22はEg=Egsの第2導電型半導体層をそれぞ
れ示している。 第 1121 第2図 0     /      2      J電流 (
θ、u) 第 312U O/      Z     3 元入力 (a、 (1) 第 4[] こb) 一→←−→←→祠−→− 21ど2   232425   2/>第5図 otz      3 光へ力 (a、αジ 第4図 Q 第7図 0     /     2    3し流 (0,u
〕 第6図 0    1    2    3 光入力 (Q、(1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 化合物半導体からなる光半導体素子において、少なくと
    も7;第1の導電型で、バンドギャップエネルギー(以
    下Egと呼ぶ)がEg=Egtの半導体層と第1又は第
    2の導電型でEg”Egg (Egg <E’gt)の
    半導体層と、第2の導電型でE g=E gs (E 
    gs>Egs)かつ低キャリヤ濃度の半導体層と、第2
    の導電型でEg=Eg4(Eg<>Egs )かつ、低
    キャリヤ濃度の半導体層と、第2の導電型でEg=Eg
    s(Egs>Ego )かつ低キャリヤ濃度の半導体層
    が順に形成され上記E g==E g、の半導体層を主
    発光層とし、上記Eg”Eg4の半導体層を主光吸収層
    とした構造を備えていることを特徴とする光半導体素子
JP58042567A 1983-03-15 1983-03-15 光半導体素子 Pending JPS59168684A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03127873A (ja) * 1989-10-13 1991-05-30 Shin Etsu Handotai Co Ltd 多波長発光素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03127873A (ja) * 1989-10-13 1991-05-30 Shin Etsu Handotai Co Ltd 多波長発光素子

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