JPS607789A - プレ−ナ型半導体発光装置 - Google Patents
プレ−ナ型半導体発光装置Info
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- JPS607789A JPS607789A JP58115244A JP11524483A JPS607789A JP S607789 A JPS607789 A JP S607789A JP 58115244 A JP58115244 A JP 58115244A JP 11524483 A JP11524483 A JP 11524483A JP S607789 A JPS607789 A JP S607789A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
- H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
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- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は同一平面上に駆動電流注入電極を備えたプレ
ーナ型の発光ダイオード、半導体レーザなどの半導体発
光装置に関するものである。
ーナ型の発光ダイオード、半導体レーザなどの半導体発
光装置に関するものである。
半導体レーザはダブルへテロ接合構造とすることによシ
閾値電流が低減し、室温での連続発振が実現されるよう
になった。このダブルへテロ接合半導体レーザの基本構
造は第１図に示すようにＧＣＬＡ８基板ｌ上にＧｃＬＡ
８と殆ど格子定数が等しく且つ禁制帯エネルギー幅の大
きい下部クラッド層としてのｎ−ＡｌＧａＡｓ層３、活
性層としてのＧａｐｓ層コ、更にその上に上部クラッド
層としてのｐ−ＡＩＧａＡＢ層グを液相酸るいは気相エ
ピタキシャル成長法により順次形成することによυ構成
される。このようなダブルへテロ接合構造５ＯｐＡＩＧ
ａＡｓ層グをプラスにし、ｎ ’ ＡｌＧａＡｓ層３を
マイナスにして順方向バイアス電流を加えると、電子と
正孔が活性層コに注入され、注入された電子と正孔は活
性層と両クラシト層の間のへテロ接合によって作られた
、ポテンシャル障壁によって拡散が抑えられ、効率よく
活性層内に閉じ込められて電子と正孔の再結合によシ光
が生じる。発振閾値は主として活性層の厚さ、即ちキャ
リア密度並びに光の密度に依存し、活性層は現在ザブミ
クロンのオーダで制御して形成することができるように
なったので、僅かな電流で活性層内の電子と正孔の密度
を高くすることができる。一方、バンドギャップの小さ
な活性層の屈折率はバンドギャップの大きなりラッド層
の屈折率よシも大きく、従って活性層をコアとする誘導
体導波路が形成され、活性層内での電子と正孔の再結合
によって生じた光は活性層内を伝播することになシ、結
晶の骨間面を利用して構成された共振器によって誘導放
出作用を繰り返して増幅され、レーザ発振が起る。
閾値電流が低減し、室温での連続発振が実現されるよう
になった。このダブルへテロ接合半導体レーザの基本構
造は第１図に示すようにＧＣＬＡ８基板ｌ上にＧｃＬＡ
８と殆ど格子定数が等しく且つ禁制帯エネルギー幅の大
きい下部クラッド層としてのｎ−ＡｌＧａＡｓ層３、活
性層としてのＧａｐｓ層コ、更にその上に上部クラッド
層としてのｐ−ＡＩＧａＡＢ層グを液相酸るいは気相エ
ピタキシャル成長法により順次形成することによυ構成
される。このようなダブルへテロ接合構造５ＯｐＡＩＧ
ａＡｓ層グをプラスにし、ｎ ’ ＡｌＧａＡｓ層３を
マイナスにして順方向バイアス電流を加えると、電子と
正孔が活性層コに注入され、注入された電子と正孔は活
性層と両クラシト層の間のへテロ接合によって作られた
、ポテンシャル障壁によって拡散が抑えられ、効率よく
活性層内に閉じ込められて電子と正孔の再結合によシ光
が生じる。発振閾値は主として活性層の厚さ、即ちキャ
リア密度並びに光の密度に依存し、活性層は現在ザブミ
クロンのオーダで制御して形成することができるように
なったので、僅かな電流で活性層内の電子と正孔の密度
を高くすることができる。一方、バンドギャップの小さ
な活性層の屈折率はバンドギャップの大きなりラッド層
の屈折率よシも大きく、従って活性層をコアとする誘導
体導波路が形成され、活性層内での電子と正孔の再結合
によって生じた光は活性層内を伝播することになシ、結
晶の骨間面を利用して構成された共振器によって誘導放
出作用を繰り返して増幅され、レーザ発振が起る。
上述の如く、ダブル、ペテロ接合構造によって発光ダイ
オード成るいは半導体レーザは実用に供されるようにな
り、ミクロンオーダのものが出現して更に電界効果型ト
ランジスタなどの電子素子と組合せ光−電子集積回路を
構成する試みもなされている。
オード成るいは半導体レーザは実用に供されるようにな
り、ミクロンオーダのものが出現して更に電界効果型ト
ランジスタなどの電子素子と組合せ光−電子集積回路を
構成する試みもなされている。
しかるに上述の如き発光ダイオード成るいは半導体レー
ザはダブルへテロ接合の活性層に対して垂直な方向に駆
動電流を流しているため、電界効果型トランジスタのよ
うに電極を同一平面に設けるような構成とすることがで
きず、従って光−電子集積回路を構造する場合、製造工
程が非常に複雑となることは避けられない。
ザはダブルへテロ接合の活性層に対して垂直な方向に駆
動電流を流しているため、電界効果型トランジスタのよ
うに電極を同一平面に設けるような構成とすることがで
きず、従って光−電子集積回路を構造する場合、製造工
程が非常に複雑となることは避けられない。
この発明の目的は駆動電流注入用電極が同一平面上に形
成することのできる構造が単純なダブルへテロ接合構造
の発光ダイオード成るいは半導体レーザなどのプレーナ
型半導体発光装置を提供することにある。
成することのできる構造が単純なダブルへテロ接合構造
の発光ダイオード成るいは半導体レーザなどのプレーナ
型半導体発光装置を提供することにある。
第２図に示した一実施例により本発明による半導体発光
装置を説明すると、ＧＣＬＡ８などの半絶縁性基板結晶
／／の上に上記基板結晶と格子定数が等しく、且つ禁制
帯エネルギー幅の大きい半絶縁性の結晶層／３を下部ク
ラッド層として形成し、その上に活性層として禁制帯エ
ネルギー幅の小さい結晶層７．２を形成し、更にその上
に禁制帯エネルギー幅の大きい半絶縁性の結晶層／グを
上部クラッド層として形成する。上述のダブルへテロ接
合構造／３は膜厚制御性の良い気相エピタキシャル成長
法又は分子線エピタキシャル成長法によシ形成するが、
公知の液相エピタキシャル成長法を用いて形成すること
もできる。
装置を説明すると、ＧＣＬＡ８などの半絶縁性基板結晶
／／の上に上記基板結晶と格子定数が等しく、且つ禁制
帯エネルギー幅の大きい半絶縁性の結晶層／３を下部ク
ラッド層として形成し、その上に活性層として禁制帯エ
ネルギー幅の小さい結晶層７．２を形成し、更にその上
に禁制帯エネルギー幅の大きい半絶縁性の結晶層／グを
上部クラッド層として形成する。上述のダブルへテロ接
合構造／３は膜厚制御性の良い気相エピタキシャル成長
法又は分子線エピタキシャル成長法によシ形成するが、
公知の液相エピタキシャル成長法を用いて形成すること
もできる。
このダブルへテロ接合を構成する半導体層としてはＧａ
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ 、 ＩｎＧａＡｓＰ／ＩＷＰ 、
ＩｎＧａＡｓＰ／ＧＣＬＡａ などが挙げられ、構成
材料により発振波長が変る。ダブルへテロ接合構造１５
のうち、アンドープの活性層７．２の上下のクラッド層
／３． ／４’については、通常のダブルへテロ接合構
造の半導体レーザ装置と異なシ、絶縁性が低いと横向き
の励起電流に平行したリーク電流を引き起すため、活性
層との整合性が良く、結晶的に良好な界面を形成するば
かシでなく、高い絶縁性であることが必要である。この
ように、クラッド層が高い絶縁性であると、同一平面上
に電界効果型トランジスタを形成するような場合も都合
が良い。
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ 、 ＩｎＧａＡｓＰ／ＩＷＰ 、
ＩｎＧａＡｓＰ／ＧＣＬＡａ などが挙げられ、構成
材料により発振波長が変る。ダブルへテロ接合構造１５
のうち、アンドープの活性層７．２の上下のクラッド層
／３． ／４’については、通常のダブルへテロ接合構
造の半導体レーザ装置と異なシ、絶縁性が低いと横向き
の励起電流に平行したリーク電流を引き起すため、活性
層との整合性が良く、結晶的に良好な界面を形成するば
かシでなく、高い絶縁性であることが必要である。この
ように、クラッド層が高い絶縁性であると、同一平面上
に電界効果型トランジスタを形成するような場合も都合
が良い。
上述の如く、格子定数がほぼ等しく、禁制帯エネルギー
幅の異なる結晶層にてダブルへテロ接合構造／！を基板
結晶／／上に形成したら、上部クラッド層／ｌＩの長さ
方向に所定の間隔を隔てて平行にｐ型不純物とｎ型不純
物をそれぞれ活性層／コに達する深さまで拡散またはイ
オン注入して、ｐ型領域／Ａとｎ型領域／りを形成する
。−例として、ｎ型不純物にＳｉ１ ｐ型不純物にＢｅ
を活性層７．２には活性層を構成しているアンドープ半
導体結晶層（発光領域） ／ｌを中心としその両側にｐ
型領域／６とｎ型領域／７を配置したｐ −ｉ−ｎ接合
を形成することになる。なお、半導体発光装置が半導体
レーザを構成する場合は、ダブルへテロ接合構造／Ｓの
両端面を垂直に骨間ｉたけエツチングして反射鏡（共振
器）を形成する。
幅の異なる結晶層にてダブルへテロ接合構造／！を基板
結晶／／上に形成したら、上部クラッド層／ｌＩの長さ
方向に所定の間隔を隔てて平行にｐ型不純物とｎ型不純
物をそれぞれ活性層／コに達する深さまで拡散またはイ
オン注入して、ｐ型領域／Ａとｎ型領域／りを形成する
。−例として、ｎ型不純物にＳｉ１ ｐ型不純物にＢｅ
を活性層７．２には活性層を構成しているアンドープ半
導体結晶層（発光領域） ／ｌを中心としその両側にｐ
型領域／６とｎ型領域／７を配置したｐ −ｉ−ｎ接合
を形成することになる。なお、半導体発光装置が半導体
レーザを構成する場合は、ダブルへテロ接合構造／Ｓの
両端面を垂直に骨間ｉたけエツチングして反射鏡（共振
器）を形成する。
活性層の半導体としてアンドープＧａＡｓが最も一般的
なものとして挙げられるが、必ずしも真性半導体である
必要はなく、ｎ＋−ｐ（活性層）−ｐ＋ 、ｎ＋−π
（またはν） −ｐ＋、 ｎ＋ ｎ ｐ＋の構成でも同
様の効果が得られる。
なものとして挙げられるが、必ずしも真性半導体である
必要はなく、ｎ＋−ｐ（活性層）−ｐ＋ 、ｎ＋−π
（またはν） −ｐ＋、 ｎ＋ ｎ ｐ＋の構成でも同
様の効果が得られる。
上述の如き構成において、ｐ型領域／６より正孔電流を
、ｎ型領域／７より電子電流を付加する。
、ｎ型領域／７より電子電流を付加する。
レーザ発振に必要な１０”ｚ−３程度の高い電子・正孔
対密度は従来のダブルへテロ接合レーザにおけるｐ−ｎ
方向のキャリアの閉じ込めによることに依存するのでは
なく、活性層の薄い層の側面の狭いキャリア注入面よυ
高電流密度注入によシ達成される。
対密度は従来のダブルへテロ接合レーザにおけるｐ−ｎ
方向のキャリアの閉じ込めによることに依存するのでは
なく、活性層の薄い層の側面の狭いキャリア注入面よυ
高電流密度注入によシ達成される。
具体的に注入電流密度は活性層の厚さ、ｐ型頭域よｐｎ
型領域までの距離などによシ決定し、先ずｐ領域／Ａと
ｎ領域／７の間に低い順方向電圧を印加すると、注入さ
れた電子と正孔は狭い活性層の発光領域／ざにおいて対
向流となシ、相互に衝突、散乱を繰返すが、電子・正孔
密度が低いため殆どが再結合することなく発光領域を通
過して、電子はｐ領域に、正孔はれ領域に達し、そこで
それぞれ再結合する。この時、上下クラッド層は半絶縁
性のため注入電流の漏洩は殆ど生じない。しかし、ｐ領
域、ｎ領域共に結晶欠陥が多く存在し、再結合によ′る
発光効−は低い。
型領域までの距離などによシ決定し、先ずｐ領域／Ａと
ｎ領域／７の間に低い順方向電圧を印加すると、注入さ
れた電子と正孔は狭い活性層の発光領域／ざにおいて対
向流となシ、相互に衝突、散乱を繰返すが、電子・正孔
密度が低いため殆どが再結合することなく発光領域を通
過して、電子はｐ領域に、正孔はれ領域に達し、そこで
それぞれ再結合する。この時、上下クラッド層は半絶縁
性のため注入電流の漏洩は殆ど生じない。しかし、ｐ領
域、ｎ領域共に結晶欠陥が多く存在し、再結合によ′る
発光効−は低い。
印加する順方向電圧を高めると、電子・正孔の注入電流
密度が増、太し、発光領域内を通過する電子・正孔密度
が増大する。電子密度が１０１８（７７１−３程度に達
すると、電子と正孔の再結合時間、即ちキャリア寿命が
短縮し、発光領域内での発光再結合の起る確率が増大す
る。発光領域内での電子と正孔の再結合は発光効率も高
く、光の場の強さも併せて増大する。光の場の強さが成
る閾値を越すと、光の自然放出と併せて光の場による光
の誘導放出が起り、遂にレーシング状域の中央で主とし
て行われるため１、最も強く発振し、発光領域の上下は
ダブルへテロ接合にょシ充分に光の閉じ込めを行うこと
ができ、横方向においてもｐ型頭域とｎ型領域にょ構成
る程度の光の閉じ込めが行われる。上述のレーシング状
態とする注入電流密度が閾値電流密度と呼ばれるもので
あシ、実際にシー２ングの起る閾値電流密度は１０４Ａ
／ａ１以上と高く、印加電圧に対するその値は空間電荷
効果によって抑制される。
密度が増、太し、発光領域内を通過する電子・正孔密度
が増大する。電子密度が１０１８（７７１−３程度に達
すると、電子と正孔の再結合時間、即ちキャリア寿命が
短縮し、発光領域内での発光再結合の起る確率が増大す
る。発光領域内での電子と正孔の再結合は発光効率も高
く、光の場の強さも併せて増大する。光の場の強さが成
る閾値を越すと、光の自然放出と併せて光の場による光
の誘導放出が起り、遂にレーシング状域の中央で主とし
て行われるため１、最も強く発振し、発光領域の上下は
ダブルへテロ接合にょシ充分に光の閉じ込めを行うこと
ができ、横方向においてもｐ型頭域とｎ型領域にょ構成
る程度の光の閉じ込めが行われる。上述のレーシング状
態とする注入電流密度が閾値電流密度と呼ばれるもので
あシ、実際にシー２ングの起る閾値電流密度は１０４Ａ
／ａ１以上と高く、印加電圧に対するその値は空間電荷
効果によって抑制される。
一例として、結晶の長さ１００μ常、活性層の厚さ０．
１μ７ＦＬ、ｆｌ型領域とｐ型頭域の間隔、即ち活性層
の発光領域の幅が２μｍのＧａＡｌＡｓ −Ｇａｐｓ
−ＧａＡＩＡｓ ダブルへテロ構造の半導体レーザ装置
において、印加電圧を２．ＯＶとすると、電流密度が約
１０６ｖ−１発光領域の電子密度が１０１６ｍ−３程度
となりレーシング状態となる。
１μ７ＦＬ、ｆｌ型領域とｐ型頭域の間隔、即ち活性層
の発光領域の幅が２μｍのＧａＡｌＡｓ −Ｇａｐｓ
−ＧａＡＩＡｓ ダブルへテロ構造の半導体レーザ装置
において、印加電圧を２．ＯＶとすると、電流密度が約
１０６ｖ−１発光領域の電子密度が１０１６ｍ−３程度
となりレーシング状態となる。
図面に示した実施例においては、活性層として単一半導
体構造のものを示したが、厚さが３０〜１００Ｘの組成
の異なる二種の化合物半導体極薄膜を交互に三層以上積
層とした多層量子井戸型構造とすることもできる。この
ように活性層を量子井戸型構造とすることによシ、発振
閾値電流密度は低くなシ、且つ温度変化によシ変動は少
く、その多層を構成している半導体極薄膜の厚さを変え
ることにより発振するレーザ光の波長を変えることがで
き、注入キャリアの閉じ込め効果の向上を図るなどの量
子井戸型構造のレーザ装置の特徴をも具備したプレーナ
型半導体発光装置となる。
体構造のものを示したが、厚さが３０〜１００Ｘの組成
の異なる二種の化合物半導体極薄膜を交互に三層以上積
層とした多層量子井戸型構造とすることもできる。この
ように活性層を量子井戸型構造とすることによシ、発振
閾値電流密度は低くなシ、且つ温度変化によシ変動は少
く、その多層を構成している半導体極薄膜の厚さを変え
ることにより発振するレーザ光の波長を変えることがで
き、注入キャリアの閉じ込め効果の向上を図るなどの量
子井戸型構造のレーザ装置の特徴をも具備したプレーナ
型半導体発光装置となる。
この発明による半導体発光装置は上記の説明で明らかな
ように、駆動電流を注入する電極が同一平面上に形成し
ているため、集積回路を形成するような場合に製造が簡
単となシ、特に電界効果型トランジスタの如き電子素子
と組合せた光−電子集積回路を同一平面上に容易に構成
できるようになる。また光の発光領域はダブルへテロ接
合構造によシ上下方向は充分に光の閉じ込めを行うこと
ができ、横方向においてもｐ型頭域とｎ型領域により成
る程度の光の閉じ込めが行われ、光の伝搬損失の少ない
且つ縦モード、横モード共に単一のレーザ光を発振し、
光通信、情報処理などに好適に使用する半導体しの発明
によるプレーナ型半導体発光装置の一実施例を示す斜視
図である。
ように、駆動電流を注入する電極が同一平面上に形成し
ているため、集積回路を形成するような場合に製造が簡
単となシ、特に電界効果型トランジスタの如き電子素子
と組合せた光−電子集積回路を同一平面上に容易に構成
できるようになる。また光の発光領域はダブルへテロ接
合構造によシ上下方向は充分に光の閉じ込めを行うこと
ができ、横方向においてもｐ型頭域とｎ型領域により成
る程度の光の閉じ込めが行われ、光の伝搬損失の少ない
且つ縦モード、横モード共に単一のレーザ光を発振し、
光通信、情報処理などに好適に使用する半導体しの発明
によるプレーナ型半導体発光装置の一実施例を示す斜視
図である。
／ｌ・・・基板結晶、／コ・・・活性層、／３・・・下
部クラッド層、／り・・・上部クラッド層、／３・・・
ダブルへテロ接合構造、／６・・・ｐ型領域、／７・・
・ｎ型領域、／ざ・・・発光領域。
部クラッド層、／り・・・上部クラッド層、／３・・・
ダブルへテロ接合構造、／６・・・ｐ型領域、／７・・
・ｎ型領域、／ざ・・・発光領域。
特許出願人 工業技術院長 川口ｊｋｔｌｆ＞第２図
Claims (1)
- 活性層の上下よシ該活性層よシ禁制帯エネルギー幅の大
きい化合物半導体層でクラッドしたダブルへテロ接合構
造の半導体発光装置において、該上部クラッド層の長さ
方向に該活性層に達するｐ型不純物イオン注入領域と、
該ｐ型領域から所定の間隔を隔てて平行に活性層に達す
るｎ型不純物イオン注入領域を設け、上記両イオン注入
領域を駆動電流の印加領域としたことを特徴とするプレ
ーナ型半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58115244A JPS607789A (ja) | 1983-06-28 | 1983-06-28 | プレ−ナ型半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58115244A JPS607789A (ja) | 1983-06-28 | 1983-06-28 | プレ−ナ型半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS607789A true JPS607789A (ja) | 1985-01-16 |
Family
ID=14657907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58115244A Pending JPS607789A (ja) | 1983-06-28 | 1983-06-28 | プレ−ナ型半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS607789A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6267890A (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-27 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5147382A (ja) * | 1974-10-21 | 1976-04-22 | Sharp Kk | Monorishitsukureezaarei |
-
1983
- 1983-06-28 JP JP58115244A patent/JPS607789A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5147382A (ja) * | 1974-10-21 | 1976-04-22 | Sharp Kk | Monorishitsukureezaarei |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6267890A (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-27 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ |
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