JPS6178184A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPS6178184A
JPS6178184A JP20000184A JP20000184A JPS6178184A JP S6178184 A JPS6178184 A JP S6178184A JP 20000184 A JP20000184 A JP 20000184A JP 20000184 A JP20000184 A JP 20000184A JP S6178184 A JPS6178184 A JP S6178184A
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Atsushi Shibata
淳 柴田
Yoshihiro Mori
義弘 森
Kenichi Iga
伊賀 健一
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Panasonic Holdings Corp
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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 本究明は、半導体発光素子に関するものであり、特にI
!−t’h体発光発光素子光端面での発光位置を可変で
きることと、遠視野における回折f象を可変できる点か
ら光情・服処理分野に利用できるものである0 従来例の構成とその問題点 半)、−)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ryi−モード化や非点収差の改善と11
睨”トv′1体レーデ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バている。
半導体レーザの発光は、活性層と呼ばれる屈折率も・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1+J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、回折格子を用い
て発掘波長を光帰還、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、光の放射角を変化させる
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、100人の波長ソフトによっ
て12゜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
几。また発光位置を可変することはできない。
さらに、レーザ・アレイのような光のカツプリングによ
ってフェーズ・07りが掛−)之レーザは。
発光端面から離れた位置にてレーザ光が干渉して光強度
の強い1本のピーク、0次の回折像が現われる。しかし
ながら、この回折像を可変することはできなかった。
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尤の発光位置を
変えること、さらには5発光端面からの遠視野における
レーザ光の回折像を位置的に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し、ベース領域の屈折
率を選択的に変えるようにエミッタ領域もしくはコレク
タ領域に凸部あるいは凹部を形成し、トランジスタの発
光位置および遠視野における回折像の位置を変化させる
ことを可能とするものである。
実施例の説明 第1図に、ペ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(−)は熱平衡状
態、同図中)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、再結合によっ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・コレクタ接合は逆ノくイアスミ
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O 本発明は、ベース領域へのベース電流いわゆる正孔の供
給を制御することにより目的を達成する。
第2図は1本発明〔て係る第1の実施例を示すものであ
る。7IC2図に於て、201はn型のInP基板、2
o2はn型のInPエビタキ/ヤル層で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層でベース層(活性層)を示し、2
04はn型のInPIiiでエミツタ層を示す。同図に
於て205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゜213
.214,215端面は襞間によるファブリ・ベロー共
振器を構成している。216は、エミツタ層204内に
形成した凹部を示し、5102あるいは樹脂等のエミツ
タ層204の材料よりも111;折率の低い材料で充填
され、212および213に示す点線の内部分の屈折率
を選択的に高くしてている、、なt、=216は空気で
あっても良い。
さて、第2図に於て、ベース電啄からクラフトe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(a)
に示すバンド・ギヤノブ・エネルギーEg2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、ファブリ・ベロー共m
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。
ベース層203内における屈折率は、212および21
3で示す内部分が高い。さらに、エミツタ層204から
ベース層203への電子の注入は、前記エミツタ層に選
択的に形成した凹部216によって、ベース層の特定領
域212および213に行なわれる。ベース層203へ
の正孔の供給は、独立に構成されているグラフト・ベー
ス層205および208から、特定領域212および2
13に行なわれる。以Hの結果、電子とIF、孔との再
結合はベース層の特定領域212および213で行なわ
れ、しかもこの領域がもっとも屈折率が高いので再結合
によって生じたレーザ光は領域212と213内にとじ
込められる。
第3図は1本発明に係る半導体発光素子へのバ210を
介してエミッタ電極208に対してバイアス電圧VB、
(318) (!: VB2 (319) カ、コレク
タ層201には負荷抵抗RL(321)を介してバイア
ス電圧VC(317)が印加される。バイアス電圧vB
1とVB2とが等しければ、ベース電流IB1とIB2
が等しくなるので、ベース層203とグラフト・ベース
層206,206との接触部近傍において等しい強さの
レーザー光322゜323を得る。
この状態で、ベース層ff11(209)に・(イアス
ミ圧VB1(318)  と信号電圧at(320)を
加える。信号電圧ai(320)  が、エミッタに対
して正に大きくなった場合、ベース電流’B1  はよ
り2  よりも大きくなる。その結果、グラフト・ベー
ス205側のベース層の利得が増大して発光u 宜P、
からのレーザー光322は、発光位置P2からのレーザ
ー光323よりも強くなる。逆に、信号電圧e、(32
0)がエミッタに対して負に太き〈なった場合、ベース
電流IB1はIB2よりも小さくなる。その結果、グラ
フト・ベース20S側Dベース層の利得が減少してレー
ザー光322は、レーザー光323よりも弱くなる。バ
イアス電圧VB 、 (s 1s )、VB2(319
)をレーザー発娠しきい値近傍に設定しておけば、信号
電圧e 、 (320)の大小によってレーザー光位置
322と323との間で掘らすことができる。
さらにレーザー光322と323は、導波路層すなわち
ベース層203を介してカップリングされているのでフ
ェーズ・ロックされた状態にあんOtって、2つのレー
ザー光322と323は、波長およO位置が等しいから
発光端面からの遠視野324ンこち・いて干渉325を
生じる。その結果、光強度の強い0次の回折像を得る。
この回折像は、レーザ光322と323との強度変化に
応じて位置を連続的にあるいは離散的に可変することが
できる。フェーズ・ロックされた2つのレーザ光322
と323との強度が等しい場合、回折r象は2つのレー
ザ発光位置から等距離の位置にできる。
しかし、2つのレーザ光の強度をベース電圧318と3
19あるいは信号電圧320によって交互に可変すると
、回折像は光強度に応じて、2つのレーザ発光位置に対
して平行(左右)に振る(可変)ことができる。
また、ベース層KIllh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、2つのレーザ
ー光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、
ベース層203に選択的に高い屈折率の領域を形成する
ためコレクタ層202に2つの凹部を作り、その上にコ
レクタ層202よりも屈折率の高い半導体層例えばn型
のInGaAsP層42θを形成する。I nG aA
 s P層426は光導波路として作用する。ベース層
(活性層)203と先導波路層426とを分離するため
に薄いn型InP層427をはさむ。このような構造に
すると、光導波路N42eの厚い領域において、ベース
領域203内の屈折率を選択的に高くすることができる
。したがって、レーザ光322と323はフェーズ・ロ
ックされることになる。そして、2つのベース電極20
9と21 oK印加される電圧制御によって、発光仕置
を可変できると共に発光端面からの遠視野において回折
像の位置を可変することができる。
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 I 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ヘ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、尤の共振装置によ
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。さ
らに、ベース層内に選択的に複数の高い屈折率の領域を
形成することによって、フェーズ・力・ノズルしたレー
ザ光を得ることができる。これによって発光端面からの
遠視野において回折像が得られると共に、この回折1B
の位置をベース電極に印加する電圧例よって変化させる
ことができる。以上のような制御を行うため、ベース層
内の高い屈折率の領域数と、そこにとじ込められる光の
強度制御のためのベース電極数とが等しいことが好まし
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
’Ctl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。さらに、発光端面からの遠視野におけ
る回折像も可変することができる。このことは、レーザ
ー光の偏向できる効果をもつものであって、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・アンプへの応用
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InGaAsP系を用いていたが
AlGaAsとG a A s あるいはAJInPと
AeInGaP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図体)〜(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バイアス状態図、第4図は
本発明に係る半導体発光素子の第2の実施例の断面図で
ある。 201 (202)・・−・−コL/クタ層、2o3゜
203′・・・・・ベース%(活性層)、204・・・
・・・エミツタ層、205.206・・・・・・グラフ
ト・ベース層、207・・・・・・コレクタ電極、20
8・・・・・・エミ、ンタ電極、209・・・・・・ベ
ース電極1,210・・・・・・ベース電極2.211
・・・・・・絶縁膜、212,213゜214.215
・・・・・・光共振装置用端面、216・・・・・・低
屈折率層、317・・・・・・コレクタ電圧、318・
・・・・・ベース?Ili、圧1.319・・・・・ベ
ース電圧2.320・・・・・・信号電圧、321・・
・・・・負荷抵抗、322゜323・・・・・・レーザ
ー光、324・・・・・・遠視野面、325・・・・・
・回折像、42θ・・・・・・光導波路層、42γ・・
・・・・分離層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第 
1 図 第2図

Claims (4)

    【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て成り、
    前記エミッタ領域もしくはコレクタ領域に前記ベース領
    域内の光に対して屈折率変化を与える凸部あるいは凹部
    を形成したことを特徴とする半導体発光素子。
  2. (2)1つ以上の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、発光端面におけ
    る発光位置を可変できることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の半導体発光素子。
  3. (3)1つ以上の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、発光端面からの
    遠視野の回折像が可変できることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の半導体発光素子。
  4. (4)エミッタ領域もしくはコレクタ領域に形成した凸
    部あるいは凹部によって、ベース領域内に屈折率の高い
    部分を選択的に形成し、前記屈折率の高い部分の数とベ
    ース電流を独立に供給するベース電極の数とが等しいこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体発光
    素子。
JP20000184A 1984-09-25 1984-09-25 半導体発光素子 Granted JPS6178184A (ja)

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JPH0213468B2 JPH0213468B2 (ja) 1990-04-04

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4987576A (en) * 1988-11-30 1991-01-22 Siemens Aktiengesellschaft Electrically tunable semiconductor laser with ridge waveguide

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4987576A (en) * 1988-11-30 1991-01-22 Siemens Aktiengesellschaft Electrically tunable semiconductor laser with ridge waveguide

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