JPS6159793A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPS6159793A
JPS6159793A JP18130684A JP18130684A JPS6159793A JP S6159793 A JPS6159793 A JP S6159793A JP 18130684 A JP18130684 A JP 18130684A JP 18130684 A JP18130684 A JP 18130684A JP S6159793 A JPS6159793 A JP S6159793A
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JP
Japan
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light emitting
layer
region
current
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Pending
Application number
JP18130684A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Shibata
淳 柴田
Yoshihiro Mori
義弘 森
Kenichi Iga
伊賀 健一
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は半導体発光素子に関するものでちり、特に発光
位置を制御できる点から元情報処理分野に利用できるも
のである。
従来例の構成とその問題点 半導体発光素子である半導体レーザの研究開発の方向は
、動的単一モード化や非点収差の改善と可視半導体レー
ザあるいは高出力化といったテーマで通信系および情報
処理関連における素子特性の向上が主である。これらの
要求から、半導体レーザは、構造と材料の面から多くの
種類のものが発表されている。
半導体レーザの発光は、活性層と呼ばれる屈折率および
利得の大きい半導体層から放射される。
しかし、その発光位置を離散的あるいは連続に可変する
ことは、活性層およびクラッド層の構造、更に電流注入
する利得から困難であった。従来、発光の放射角を可変
することについては、回折格子を用いて発振波長を光帰
還、温度、圧力あるいは磁場などによって変化させるこ
とによって、元狐ヰ1 の    を変化させることが発表されている(例えば
特公昭59−10596号)。この方法によれば、10
0人の波長シフトによって2°の角度変化が得られると
している。この従来例では、発振波長を変化させねばな
らず、単一波長が要求される光通信あるいは光情報処理
分野には不適当であった。また発光位置を可変すること
はできない0 発明の目的 本発明は、従来例の欠点に鑑みて成されたものであり、
発振波長を変化させることなくレーザー光の発光位置を
変えることを目的とする。
発明の構成 本発明は、エミッタ領域、ベース領域、コレクタ領域を
備えすくなくとも1つ以上のヘテロ接合を有するトラン
ジスタのベース領域へのベース電流を独立した複数個の
ベース電極から供給し、ベース領域あるいはベース領域
を囲む領域に光の共振装置を具備することにより、トラ
ンジスタの発光位置を変化させることを可能とするもの
である。
実施例の説明 第1図に、ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタのエネ
ルギー・バンド構造図を示す。第1図(a)は、熱平衡
状態、同図(b)は飽和状態、同図(C)は能動状態を
それぞれ示す。第1図(b)に示す飽和状態において、
ベース領域にはエミッタとコレクタより電子が注入され
同時にベース電流キャリアとして正孔がとじ込められる
。バンド・ギャップ・エネルギーの低い所にとじ込めら
れた電子と正孔は、再結合によづて発光を生じベースあ
るいはその周囲に設けられた光の共振装置によってレー
ザー発振を生起させる。一方、第1図(C)に示す能動
状態に遷移すると、ベース・コレクタ接合は逆バイアス
電圧が加わり空乏層が広がっている。したがって、エミ
ッタより注入された電子は、正孔と再結合することなく
急速にコレクタに吸い込まれる。
すなわち、能動状態は発光現象を伴なわず、いわゆるト
ランジスタ動作を行なう。
本発明は、ベース領域へのベース電流いわゆる正孔の供
給を制御するところに目的がある。
第2図は、本発明に係る第1の実施例を示すものである
。第2図に於て、201はn型のInP基板202はn
型のInP  エピタキシャル層で201と202とで
コレクタ層を形成する。更に同図に於て203はp型の
InGaAsP磨でベース層(活性層)を示し、204
はn型のInP層でエミツタ層を示す。同図に於て20
5及び206は、ベース層203に対して独立に存在す
るグラフト・ベース層を示し、207.208.209
および210は、コレクタ電極、エミッタ電極。
ベース電極1.ベース電極2をそれぞれ示す。同図に於
て211は絶縁膜を示している。さらに、212および
213間はファプリ・ペロー共振器が構成されている。
さて、第2図に於て、ベース電極からグラフト・ベース
層205.206を経てベース層(活性層)203に供
給される正孔は、エミツタ層およびコレクタ層からベー
ス層203に注入される電子と再結合し、第1図(、)
に示すバンド・ギャップ・エネルギーE92 に比例し
た波長の光hμを発する。光はベース層203が上下左
右を屈折率の低いInP  で囲まれているのでベース
層(活性層)203内にとじ込められ、ファプリ・ペロ
ー共振器212,213によって共振させられるのでレ
ーザー光として端面より放射される。
第3図は、本発明に係る半導体発光素子へのバイアス電
圧の印加例を示す。独立に設けたグラフト・ベース層2
06.206i/Cは、電極209゜210を介してエ
ミッタ電極208に対してバイアス電圧VB1(316
)と■B2(317)が、コレクタ層201には負荷抵
抗RL(315)を介してバイアス電圧VC(314)
が印加される。バイアス電圧vB1とvB2とが等しけ
れば、ベース電流より1と■B2が等しくなるので、ベ
ース層203とグラフト・ベース層205.206との
接触部近傍において等しい強さのレーザー発光319,
320を得る。
この状態で、ベース電極1(209)にバイアス電圧V
B1(31e )と信号電圧ei(318)を加える。
信号電圧et(318)が、エミッタに対して正に大き
くなった場合、ベース電流より1 は”B2  よりも
大きくなる。その結果、グラフト・ベース206側のベ
ース層の利得が増大してレーザー発光319は、レーザ
ー発光320よりも強くなる。逆に、信号電圧ai(3
18)がエミッタに対して負に太きくなっだ場合、ベー
ス電流■B1 は’B2  よりも小さくなる。その結
果、グラフト・ベース205側のベース層の利得が減少
してレーザー発光319は、レーザー発光320よりも
弱くなる。バイアス電圧vB1(316)、vB2(3
17)をレーサー発振しきい値近傍に設定しておけば、
信号電圧ei(31B)の大小によってレーザー発光位
置を319と320との間で振らすことができる。
また、ベース電流IB1と”B2とを等しくしてその総
和量の大きさを可変することによって、レーザー発光位
置319と320の各々の発光量を等しくしたままで可
変することができる。
第4図は、本発明に係る第2の実施例を示す。
基本的な構造は第2図に示す実施例と同じであるが、レ
ーザー発光位置319および320を信号電圧a、(3
18)によって明確に変位させるために、ベース層20
3に注入される電子を正孔と再結合しやすいように電流
狭窄層421もしくは電流阻止層421を形成している
。本実施例では、電流阻止層421を使用して、ベース
層に注入される電子をグラフト・ベース層205および
206側にスプリットさせるようにしている。電流阻止
層421は、高抵抗層などを用いれば良く、エミツタ層
204あるいはコレクタ層201内にエピタキシャル成
長法などによって形成することができる。このような電
流阻止層あるいは電流狭窄層421を設けることによっ
て、レーザー発光位置319および320を一層明確に
変位させることが可能となる。
第6図は、本発明に係る第3の実施例を示すものであり
、いわゆる面発光型レーザーに適用した場合を示す。第
6図に於て、201はコレクタ、204はエミッタ、2
0.3はベース、207はコレクタ電極、208はエミ
ッタ電極、209および210は各々ベース電極1およ
びベース電極2.319と320はレーザー発光、62
2および623は多層膜(例えば、InPとInGaA
sPあるいはA7GaAsとG a A sによる多層
膜)を示し、共振器を形成している。エミッタ電極20
8とコレクタ電極207が対向している線上の近傍のベ
ース電極209および210より供給されるベース電流
によって、発光を生じ共振器522および623によっ
てレーザー発光となり、レーザー発光319と320を
生じる。共通エミッタとして定電流源を接続した回路に
於ては、ベース電極209および210に印加する電圧
の大小に応じて発光319および320を変化させ、発
光位置を明確に可変することができる。
第6図は、本発明に係る第4の実施例を示す。
基本的な構造は第2図に示す実施例と同じであるが、レ
ーザー発光位置319および320を信号電圧at(3
18)によって明確に変位させるためにベース層2o3
に注入される電子を正孔と再結合しやすいように電流阻
止層624を形成し、ベース層をベース層203とベー
ス層203′とに分割している。本実施例では、第4図
に示した本発明の第2の実施例と異なり、ベース層20
3を電流阻止層624によってベース層203とベース
層203′とに完全に分割した点にある。この分割によ
って光のカップリングによるモード不安定性をなくして
レーザー発光位置319および320をより一層明確に
変位させることが可能となる。
第7図は、本発明に係る第6の実施例を示す。
基本的な構造は第6図に示す実施例と同じであるが、レ
ーザー発光位置319および320に対応してコレクタ
層201側に回折格子G、G2を介して光導波路層およ
び726を形成した。本実施例では、第6図に示した本
発明の第4の実施例と異なり、ベース層203を電流阻
止層724によってベース層203と203′とに分離
してそれに対応して光導波路層726および726を設
けた点に特徴がある。これによって、光導波路層725
および726を介して光の授受を可能にするものである
。なお、発光位置に対応した光導波路層は、エミッタ側
に設けても良い。また、光導波路層725.726は、
分離したベース層203゜203′に対応するだけでな
く、第2図に示す第1の実施例のような分離されていな
いベース層203に対しても形成することができる。
以上のように、p型化合物半導体例えばInGaAsP
あるいはG a A sより成るベース層(活性層)を
それよりもバンド・ギャップ・エネルギーの大きな化合
物半導体例えばInP  あるいはA 73 G a 
A s  より成るエミツタ層とコレクタ層で囲み、ベ
ース層に対して独立に設けたグラフト・ベース層よりそ
れぞれ電流供給できるように構成したベテロ接合バイポ
ーラ・トランジスタが飽和動作状態に於て、光の共振装
置によってベース層内でレーザー発光するように構成す
ることにより容易に、発光位置を変化させることができ
る。また、発光位置に対応して設けた複数個の光導波に
よって光の授受が行なえる。更に、光のカップリングの
影響を考慮したベース層203が分離されていない形状
では、その活性層幅を多モード横発振が可能な長さに設
定することが望ましい。
発明の効果 本発明は、ベース層(活性層)に対して独立に設けたグ
ラフト・ベース層あるいはベース電極によってベース電
流を制御することでレーザー発光位置を変位させること
ができる。このことは、一種のメモリ効果を示すもので
あって、今後のオプトエレクトロニクス技術、特に情報
処理関連における光論理子への応用、あるいは光学ピッ
ク・アップへの応用などが考えられ、価値あるものであ
る。なお、本発明の実施例では、InPとInGaAs
P系を用いていたがA l G a A sとG a 
A sあるいはAlInPとAlInGaPなどにおい
ても同様の素子構造と特性を得ることができる。また、
npn 型トランジスタを実施例に出したがpnp  
型トランジスタであっても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(C)は本発明に係る半導体発光素子の
バンド・ギャップ・エネルギー構造図、第2図は本発明
に係る半導体発光素子の第1実施例の断面図、第3図は
本発明に係る半導体発光素子のノくイアス状態図、第4
図は本発明に係る半導体発光素子の第2実施例の断面図
、第5図は本発明に係る半導体発光素子の第3実施例の
断面図、第6図は本発明に係る半導体発光素子の第4実
施例の断面図、第7図は本発明に係る半導体発光素子の
第5実施例の断面図である。 201 (202)・・・・・・コレクタ層、203,
203’・・・・・・ベース層(活性層)、2o4・・
・・・・エミツタ層、205.206・・・・・・グラ
フト・ベース層、207・・・・・・コレクタ電極、2
08・・・・・・エミッタ電極、209・・・・・・ベ
ースを極1,210・・・・・・ベース電極2.211
・・・・・・絶縁膜、212 、213・・・・・・光
共振装置、314・・・・・・コレクタ電圧、316・
・・・・・負荷抵抗、316・・・・・・ベース電圧1
.317・・・・・・ベース電圧2.318・・・・・
・信号電圧、319,320・・・・・・レーザー発光
位置、421.624・・・・・・電流阻止層(電流狭
窄層)、522.523・・・・・・多層膜(光共振装
置)、725,726・・・・・・光導波路層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第 
112!1 第2図 第3図 第4図 第6図 第7図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エミッタ領域とベース領域とコレクタ領域を備え
    、すくなくとも1つ以上のヘテロ接合を有するトランジ
    スタの前記ベース領域へのベース電流を独立した複数個
    のベース電極から供給し、前記ベース領域あるいは前記
    ベース領域を囲む領域に光の共振装置を具備した半導体
    発光素子。
  2. (2)エミッタ領域およびコレクタ領域は、ベース領域
    よりもバンドギャップエネルギーが大きい半導体材料よ
    り成る特許請求の範囲第1項に記載の半導体発光素子。
  3. (3)ベース電極から供給するベース電流を制御するこ
    とによって、発光強度を可変する特許請求の範囲第1項
    に記載の半導体発光素子。
  4. (4)ベース電極から供給する各々のベース電流の大き
    さを制御することによって、発光位置を可変する特許請
    求の範囲第1項に記載の半導体発光素子。
  5. (5)ベース領域にエミッタ領域あるいはコレクタ領域
    より注入される電流キャリアを、前記ベース領域の特定
    箇所に選択的に集中させる電流狭窄部あるいは電流阻止
    部を具備した特許請求の範囲第1項に記載の半導体発光
    素子。
  6. (6)電流狭窄部あるいは電流阻止層によって複数のベ
    ース領域に分離し、前記複数のベース領域への各々のベ
    ース電流を制御することによって発光位置を可変する特
    許請求の範囲第5項に記載の半導体発光素子。
  7. (7)ベース層の複数の発光位置に対応して光導波路層
    と回折格子とを備えた特許請求の範囲第1項記載の半導
    体発光素子。
JP18130684A 1984-08-30 1984-08-30 半導体発光素子 Pending JPS6159793A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6707074B2 (en) 2000-07-04 2004-03-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device and apparatus for driving the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49110286A (ja) * 1973-02-21 1974-10-21
JPS5028286A (ja) * 1973-07-12 1975-03-22

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