JPS6157718B2 - - Google Patents
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- JPS6157718B2 JPS6157718B2 JP16481178A JP16481178A JPS6157718B2 JP S6157718 B2 JPS6157718 B2 JP S6157718B2 JP 16481178 A JP16481178 A JP 16481178A JP 16481178 A JP16481178 A JP 16481178A JP S6157718 B2 JPS6157718 B2 JP S6157718B2
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- semiconductor layer
- refractive index
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- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 14
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
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- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は多重にヘテロ接合をもつ発光ダイオー
ドに関する。
ドに関する。
従来発光ダイオードは、発光出力を取り出す形
式から面放射形と端面放射形の２つのタイプに大
別される。このうち端面放射形のものは多重ヘテ
ロ接合構造により活性層で発光した光を活性層内
部に導波させて放射端面に導くものである。この
場合導波される光は誘導放出により増幅されるた
め、面放射形発光ダイオードにない指向性が出力
光に得られる。
式から面放射形と端面放射形の２つのタイプに大
別される。このうち端面放射形のものは多重ヘテ
ロ接合構造により活性層で発光した光を活性層内
部に導波させて放射端面に導くものである。この
場合導波される光は誘導放出により増幅されるた
め、面放射形発光ダイオードにない指向性が出力
光に得られる。
発光出力を取り出す形式としては面放射形発光
ダイオードでは多重ヘテロ接合構造の層に垂直な
方向に光出力が得られるのに対して、端面放射形
発光ダイオードでは多重ヘテロ接合構造の層に平
行な方向に光出力が得られる。
ダイオードでは多重ヘテロ接合構造の層に垂直な
方向に光出力が得られるのに対して、端面放射形
発光ダイオードでは多重ヘテロ接合構造の層に平
行な方向に光出力が得られる。
本発明は、従来の端面放射形発光ダイオードの
ように多重ヘテロ接合構造により活性層内部の光
の導波を行いつつ発光出力としては面放射形発光
ダイオードと同様接合面に対して垂直な方向に取
り出すことのできる発光ダイオードに関するもの
である。
ように多重ヘテロ接合構造により活性層内部の光
の導波を行いつつ発光出力としては面放射形発光
ダイオードと同様接合面に対して垂直な方向に取
り出すことのできる発光ダイオードに関するもの
である。
以下本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の原理を第１図に基づいて説明す
る。第１図は３つの半導体層からなるスラブ導波
路の断面を示したもので横軸に電界の強さ、縦軸
は垂直方向の距離を示す。中心層の屈折率を
n1、上側クラツド層の屈折率n2、下側クラツド
層の屈折率をn3とする。
る。第１図は３つの半導体層からなるスラブ導波
路の断面を示したもので横軸に電界の強さ、縦軸
は垂直方向の距離を示す。中心層の屈折率を
n1、上側クラツド層の屈折率n2、下側クラツド
層の屈折率をn3とする。
これらの屈折率の間には次式(1)の関係がある。
n1＞n2＞n3 (1)
第１図においてａは導波モード、ｂは放射モー
ドを示す。
ドを示す。
Ｘ軸の進行方向に対しては電界成分を持たず、
ｙ軸方向に電界成分をもつ電磁波（TE波と略
す）が活性層に閉じ込められ、Ｚ軸方向に伝播で
きる。このような活性層内を伝播する導波モード
が存在するための条件は次のように与えられる。
活性層の厚さをｄ、屈折率の非対称パラメータａ
を(1)式、厚さのパラメータＤを(2)式で定義する。
ｙ軸方向に電界成分をもつ電磁波（TE波と略
す）が活性層に閉じ込められ、Ｚ軸方向に伝播で
きる。このような活性層内を伝播する導波モード
が存在するための条件は次のように与えられる。
活性層の厚さをｄ、屈折率の非対称パラメータａ
を(1)式、厚さのパラメータＤを(2)式で定義する。
ａ＝ｎ１ ２−ｎ３ ２／ｎ１ ２−ｎ２ ２ ……(1)
Ｄ＝dko（n1 2−n2 2）〓 ……(2)
ここでko＝２π／λｏ ……(3)
λｏは自由空間での発光波長である。
活性層の厚さｄ及び屈折率の非対称パラメータ
ａを(1)式及び(2)式のように定義すると導波モード
が存在する条件は次式(4)で定まる。
ａを(1)式及び(2)式のように定義すると導波モード
が存在する条件は次式(4)で定まる。
tan Ｄ＝（ａ―１）〓 ……(4)
すなわち、ヘテロ接合を構成する各層の材質の
屈折率n1，n2，n3が定まれば、(2)及び(4)式から
求められる活性層の厚さｄの値より小さな薄い厚
さのスラブ構造では、Ｚ軸方向に伝播するモード
は第１図曲線ｂで示すように放射モードとなり、
Ｘ軸方向に電界がクラツド層までしみだす。
屈折率n1，n2，n3が定まれば、(2)及び(4)式から
求められる活性層の厚さｄの値より小さな薄い厚
さのスラブ構造では、Ｚ軸方向に伝播するモード
は第１図曲線ｂで示すように放射モードとなり、
Ｘ軸方向に電界がクラツド層までしみだす。
第２図に放射モードがＺ軸方向に伝播する様子
を示す。活性層１で発生した光は下層のクラツド
層２との界面では全反射がおこり、下層のクラツ
ド層２への透過光４はない。一方、上層のクラツ
ド層３との界面では全反射条件が満されないため
透過光４が存在する。本発明の発光ダイオードで
はこの上層３への透過光を出力光として用いるも
のである。この透過光は活性層１中をＺ軸方向に
ジグザグに進行する光の一部であり、このジグザ
グに進行する光は誘導放出によるコヒーレントな
増幅をうけているため、自然放出の光よりも空間
的、時間的コヒレンスが改善された光となつてい
る。
を示す。活性層１で発生した光は下層のクラツド
層２との界面では全反射がおこり、下層のクラツ
ド層２への透過光４はない。一方、上層のクラツ
ド層３との界面では全反射条件が満されないため
透過光４が存在する。本発明の発光ダイオードで
はこの上層３への透過光を出力光として用いるも
のである。この透過光は活性層１中をＺ軸方向に
ジグザグに進行する光の一部であり、このジグザ
グに進行する光は誘導放出によるコヒーレントな
増幅をうけているため、自然放出の光よりも空間
的、時間的コヒレンスが改善された光となつてい
る。
以上述べた本発明の原理に基づき構成された発
光ダイオードの実施例を第３図に示す。
光ダイオードの実施例を第３図に示す。
この実施例は0.8μｍ帯に発光波長をもつ、
GaAlAs系の材料を用いた例である。基本的な構
造および製法は通常のGaAs多重ヘテロ接合型レ
ーザと同じである。ｎ型Gas基板３４にｎ型
Ga0.8A10.2As33，Ｐ―GaAs31，Ｐ―
Ga0.5A10.5As32，ｎ―GaAs30を連続液相成長す
る。
GaAlAs系の材料を用いた例である。基本的な構
造および製法は通常のGaAs多重ヘテロ接合型レ
ーザと同じである。ｎ型Gas基板３４にｎ型
Ga0.8A10.2As33，Ｐ―GaAs31，Ｐ―
Ga0.5A10.5As32，ｎ―GaAs30を連続液相成長す
る。
発光巾Ｗに亘つて亜鉛Znを拡散し、ｎ―
GaAs30の一部を選択的にＰ型に変換してストラ
イプ状のＰ型拡散層３５を形成する。更にｎ―
GaAs基板３４を中央の巾Ｗの部分をエツチング
で取り除きストライプ状の溝３６を形成し反射防
止膜３７が施されている。オーミツクコンタクト
電極から成るＰ電極３８，Ｎ電極３９が設けられ
ている。このような材料をらぶと各層の屈折率は
Alの組成比Ｘから決まり活性層GaAs31nクラツ
ド層ｎ―Ga0.8Al0.2As33，Ｐクラツド層Ｐ―
Ga0.5Al0.5As32の屈折率はそれぞれ3.6，3.42，
3.29となる。λｏ＝0.83μｍに対して(2)，(3)式か
ら求められるｄの値は約0.13μｍとなる。従つて
活性層の厚さは0.13μｍ以下、例えば0.12μｍに
えらばれている。
GaAs30の一部を選択的にＰ型に変換してストラ
イプ状のＰ型拡散層３５を形成する。更にｎ―
GaAs基板３４を中央の巾Ｗの部分をエツチング
で取り除きストライプ状の溝３６を形成し反射防
止膜３７が施されている。オーミツクコンタクト
電極から成るＰ電極３８，Ｎ電極３９が設けられ
ている。このような材料をらぶと各層の屈折率は
Alの組成比Ｘから決まり活性層GaAs31nクラツ
ド層ｎ―Ga0.8Al0.2As33，Ｐクラツド層Ｐ―
Ga0.5Al0.5As32の屈折率はそれぞれ3.6，3.42，
3.29となる。λｏ＝0.83μｍに対して(2)，(3)式か
ら求められるｄの値は約0.13μｍとなる。従つて
活性層の厚さは0.13μｍ以下、例えば0.12μｍに
えらばれている。
また、レーザでいうところの２つのへき開面か
らなる共振器面は、できる限り高反射が得られる
よう誘電体多層膜４０が施されている。
らなる共振器面は、できる限り高反射が得られる
よう誘電体多層膜４０が施されている。
このような構造を有する発光ダイオードに順方
向電流を通じると活性層内で自然放出光が発生す
る。この光のうち、活性層３１とＰクラツド層３
２の屈折率差で決まる臨界角内の角度で放射され
る光はＰクラツド層３２で全反射され、またｎク
ラツド層３３との界面では一部は反射、一部は透
過される。反射光は更にこの過程が連続して起こ
りジグザグパスをえがきながら端面に達する。端
面に達した光は反射され、反対の方向に更にジグ
ザグに伝播する。このジグザグの伝播過程で誘導
放出によるコヒーレント増幅をうけ、自然放出光
よりコヒーレンスのよい光となる。上述のｎクラ
ツド層３０に透過屈折する光はGaAsのエツチン
グ窓を通して、出力光として外部に導かれる。こ
の光は活性層３１内を伝播する光の一部から成つ
ているため、コヒーレンスのよい、すなわち高輝
度で指向性のよい光となる。
向電流を通じると活性層内で自然放出光が発生す
る。この光のうち、活性層３１とＰクラツド層３
２の屈折率差で決まる臨界角内の角度で放射され
る光はＰクラツド層３２で全反射され、またｎク
ラツド層３３との界面では一部は反射、一部は透
過される。反射光は更にこの過程が連続して起こ
りジグザグパスをえがきながら端面に達する。端
面に達した光は反射され、反対の方向に更にジグ
ザグに伝播する。このジグザグの伝播過程で誘導
放出によるコヒーレント増幅をうけ、自然放出光
よりコヒーレンスのよい光となる。上述のｎクラ
ツド層３０に透過屈折する光はGaAsのエツチン
グ窓を通して、出力光として外部に導かれる。こ
の光は活性層３１内を伝播する光の一部から成つ
ているため、コヒーレンスのよい、すなわち高輝
度で指向性のよい光となる。
なお、この発光ダイオードは発光巾はストライ
プ巾で、またその長さは共振器長Ｌにより決定さ
れる。
プ巾で、またその長さは共振器長Ｌにより決定さ
れる。
第４図は本発明による他の実施例であり発光ダ
イオードの層構造は上記の第１の実施例と同じで
あるがＰ電極４８として、二酸化シリコン膜５０
を介して発光波長で吸収の少い透明電極、二酸化
スズ例えばSnO2を用いた実施例である。
イオードの層構造は上記の第１の実施例と同じで
あるがＰ電極４８として、二酸化シリコン膜５０
を介して発光波長で吸収の少い透明電極、二酸化
スズ例えばSnO2を用いた実施例である。
この実施例では、第３図の例とは反対にｎ―
GalAsクラツド層３３よりｐ―GaAlAsクラツド
層３２の屈折率を大きくして、ｐ―GaAlAsクラ
ツド層３２側から光が取り出される。
GalAsクラツド層３３よりｐ―GaAlAsクラツド
層３２の屈折率を大きくして、ｐ―GaAlAsクラ
ツド層３２側から光が取り出される。
以上のように本発明による発光ダイオードは従
来の面放射形発光ダイオードのように層構造に垂
直方向に光を取り出す構造をもちつつ、端面放射
形発光ダイオードと同様に輝度及びコヒーレンス
においてすぐれた出力光が得らるれる特徴をも
つ。発光巾はストライプ巾、共振器長を決めるこ
とにより任意に選択できるため、使用目的に応じ
た任意の発光領域をもつ高輝度の発光ダイオード
を得ることができる。
来の面放射形発光ダイオードのように層構造に垂
直方向に光を取り出す構造をもちつつ、端面放射
形発光ダイオードと同様に輝度及びコヒーレンス
においてすぐれた出力光が得らるれる特徴をも
つ。発光巾はストライプ巾、共振器長を決めるこ
とにより任意に選択できるため、使用目的に応じ
た任意の発光領域をもつ高輝度の発光ダイオード
を得ることができる。
第１図及び第２図は本発明の原理を説明する説
明図、第３図、第４図は本発明による実施例を示
す斜視図である。 １…活性層、２…下層クラツド層、３…上層ク
ラツド層、３０…ｎ型GaAs層、３１…Ｐ型GaAs
活性層、３２…Ｐ型クラツド層、３３…ｎ型クラ
ツド層、３４…ｎ型GaAs基板、３５…Ｐ型拡散
層、３６…ストライプ状溝、３７…反射防止膜、
３８，４８…Ｐ電極、３９，４９…ｎ電極、４０
…高反射膜、５０…二酸化シリコン膜。
明図、第３図、第４図は本発明による実施例を示
す斜視図である。 １…活性層、２…下層クラツド層、３…上層ク
ラツド層、３０…ｎ型GaAs層、３１…Ｐ型GaAs
活性層、３２…Ｐ型クラツド層、３３…ｎ型クラ
ツド層、３４…ｎ型GaAs基板、３５…Ｐ型拡散
層、３６…ストライプ状溝、３７…反射防止膜、
３８，４８…Ｐ電極、３９，４９…ｎ電極、４０
…高反射膜、５０…二酸化シリコン膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 屈折率n1の第１の半導体層が該第１の半導
体層より禁制帯巾が大きくかつ屈折率の小さい屈
折率n2の第２の半導体層と該第１の半導体層よ
り禁制帯巾が大きくかつ第２の半導体層より屈折
率の小さな屈接率n3の第３の半導体層とではさ
まれてなる多重ヘテロ接合構造を有する発光ダイ
オードにおいて、 前記第１の半導体層の厚さｄが次式(1)(2)(3)(4) ａ＝ｎ１ ２−ｎ３ ２／ｎ１ ２−ｎ２ ２ ……(1) Ｄ＝dk0（n1 2−n2 2）〓 ……(2) ko＝２π／λ０ ……(3) ただしλ０は自由空間での発光波長 ０＜Ｄ＜tan-1（ａ―１）〓 ……(4) を満たし、前記第１の半導体層の発光領域から前
記第２の半導体層側の方向に接合面に対して垂直
な出力光が取り出されることを特徴とする発光ダ
イオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16481178A JPS5591890A (en) | 1978-12-28 | 1978-12-28 | Photodiode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16481178A JPS5591890A (en) | 1978-12-28 | 1978-12-28 | Photodiode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5591890A JPS5591890A (en) | 1980-07-11 |
| JPS6157718B2 true JPS6157718B2 (ja) | 1986-12-08 |
Family
ID=15800359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16481178A Granted JPS5591890A (en) | 1978-12-28 | 1978-12-28 | Photodiode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5591890A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2763008B2 (ja) * | 1988-11-28 | 1998-06-11 | 三菱化学株式会社 | ダブルヘテロ型エピタキシャル・ウエハおよび発光ダイオード |
| JP3787321B2 (ja) | 2002-10-11 | 2006-06-21 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52137280A (en) * | 1976-05-11 | 1977-11-16 | Thomson Csf | Contacting structure on semiconductor array |
-
1978
- 1978-12-28 JP JP16481178A patent/JPS5591890A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52137280A (en) * | 1976-05-11 | 1977-11-16 | Thomson Csf | Contacting structure on semiconductor array |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5591890A (en) | 1980-07-11 |
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