JPS62188385A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPS62188385A JPS62188385A JP61028846A JP2884686A JPS62188385A JP S62188385 A JPS62188385 A JP S62188385A JP 61028846 A JP61028846 A JP 61028846A JP 2884686 A JP2884686 A JP 2884686A JP S62188385 A JPS62188385 A JP S62188385A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の要約
半導体基板上にフォトダイオード構造を設け。
この上に高反射率多層膜を形成し、さらにこの多層膜上
に発光部を設けることにより１発光部から発光する光の
うち高反射率多層膜を透過してフォトダイオード構造に
達した光によって２発光部から発光する光をモニタする
ことが可能となる半導体発光素子。
に発光部を設けることにより１発光部から発光する光の
うち高反射率多層膜を透過してフォトダイオード構造に
達した光によって２発光部から発光する光をモニタする
ことが可能となる半導体発光素子。
発明の背景
技術分野
この発明は、たとえば光通信、光情報処理の光源に用い
ることができ、かつＩＣ化に適した半導体発光素子に関
する。
ることができ、かつＩＣ化に適した半導体発光素子に関
する。
従来技術
従来の面発光型半導体レーザの一例が第５図に示されて
いる。
いる。
この図において、２１はｎ側電極、２２はｎ−ＧａＡｓ
基板、２３はｎ−Ａ、９ＧａＡｓクラッド層、２４はＡ
１ＧａＡｓ活性層、２５はｐ−Ａｊ！ＧａＡｓクラッド
層、２６はｐ側電極、２７はステム、２８は活性層２４
内の発光領域である。これは、基板２２上にエピタキシ
ャル成長法によってクラッド層２３．活性層２４および
クラッド層２５を成長させたのち、基板２２にクラッド
層２３に達するまで丸穴をあけ１発光領域２８の真上の
吸収層となる基板部分を取りさることにより作製される
いわゆるバラス構造のものである。
基板、２３はｎ−Ａ、９ＧａＡｓクラッド層、２４はＡ
１ＧａＡｓ活性層、２５はｐ−Ａｊ！ＧａＡｓクラッド
層、２６はｐ側電極、２７はステム、２８は活性層２４
内の発光領域である。これは、基板２２上にエピタキシ
ャル成長法によってクラッド層２３．活性層２４および
クラッド層２５を成長させたのち、基板２２にクラッド
層２３に達するまで丸穴をあけ１発光領域２８の真上の
吸収層となる基板部分を取りさることにより作製される
いわゆるバラス構造のものである。
発光領域２８で発光した光は上、下に向うが。
そのうちで下方に向う光を電極２６によって反射させ（
反射光Ｂ２）、上方に向う光Ｂ１とともに外部出力光と
して取出すようにしている。
反射光Ｂ２）、上方に向う光Ｂ１とともに外部出力光と
して取出すようにしている。
しかしながら、このような構造では、この発光素子を高
速光通信やアナログ光情報処理等に適用するさいに必要
となる光出力の安定化、光出力／入力電流の非直線歪み
の補償等において不可欠な光出力のモニタが不可能であ
るという問題や、基板が上方に位置するため集積化が困
難であるという欠点があった。
速光通信やアナログ光情報処理等に適用するさいに必要
となる光出力の安定化、光出力／入力電流の非直線歪み
の補償等において不可欠な光出力のモニタが不可能であ
るという問題や、基板が上方に位置するため集積化が困
難であるという欠点があった。
発明の概要
発明の目的
この発明は１発光出力のモニタが容易に可能となるとと
もに集積化が可能となる半導体発光素子を提供すること
を目的とする。
もに集積化が可能となる半導体発光素子を提供すること
を目的とする。
発明の構成と効果
この発明による半導体発光素子は、半導体基板にフォト
ダイオード構造を設け、このフォトダイオード構造、ト
に高反射率多層膜を形成し、さらにこの多層膜」二に発
光部を設けたことを特徴とする。
ダイオード構造を設け、このフォトダイオード構造、ト
に高反射率多層膜を形成し、さらにこの多層膜」二に発
光部を設けたことを特徴とする。
発光部から発光した光のうち基板の方向に向う光の多く
（たとえば９０％程度またはそれ以ト）は多層膜で反
射して、基板と反対方向に向う光とともに外部出力光と
なる。また多層膜を透過した光は基板上のフォトダイオ
ード構造に受光される。透過光は上記外部出力光にほぼ
比例しているので、透過光を受光することにより外部出
力光のモニタが可能となる。さらに、基板上に発光部を
設けているから、基板の他の部分に、フォトダイオード
構造の受光信号の増ＩＪ回路、この受光信号に基づいて
外部出力光強度を安定化させるための制御回路等を設け
ることが１ｉＪ能となり９発光素子と回路の集積化の途
が開ける。
（たとえば９０％程度またはそれ以ト）は多層膜で反
射して、基板と反対方向に向う光とともに外部出力光と
なる。また多層膜を透過した光は基板上のフォトダイオ
ード構造に受光される。透過光は上記外部出力光にほぼ
比例しているので、透過光を受光することにより外部出
力光のモニタが可能となる。さらに、基板上に発光部を
設けているから、基板の他の部分に、フォトダイオード
構造の受光信号の増ＩＪ回路、この受光信号に基づいて
外部出力光強度を安定化させるための制御回路等を設け
ることが１ｉＪ能となり９発光素子と回路の集積化の途
が開ける。
実施例の説明
第１図はこの発明の第１実施例を示している。
１はｐ型Ｓｉ基板、２はその中に設けられた口型領域、
３はＡ、１２ Ｇａ ＡｓとＡ、９Ａｓｗ
Ｉ−ｗ をそれぞれ発光波長の１／４の厚さに交互に多層成長さ
せた高反射率多層膜部分。
３はＡ、１２ Ｇａ ＡｓとＡ、９Ａｓｗ
Ｉ−ｗ をそれぞれ発光波長の１／４の厚さに交互に多層成長さ
せた高反射率多層膜部分。
４はｐ型Ａｊ！ Ｇａ Ａｓ下部クラッド層。
ｚ １−ｚ
５はＡｊｊ Ｇａ Ａｓ活性層、６はｎ型Ａｊ２
ｘｙ ｔ−ｙ Ｇａ Ａｓ上部クラッド層、７，８および９は−ｘ 電極である。
ｘｙ ｔ−ｙ Ｇａ Ａｓ上部クラッド層、７，８および９は−ｘ 電極である。
実際の駆動回路の例が第２図に示されている。
上部クラッド層６から注入された負電流によって活性層
５において再結合発光が発生し、光ＡＩ。
５において再結合発光が発生し、光ＡＩ。
Ａ２が上、下に進む。発光波長の１／４の厚みをもつＡ
（Ｇａ ＡＳとＡｊ７Ａｓの多層膜部分ｗ
１−ｗ ３において、Ａ（混晶比Ｗを活性層５のそれより大きく
とり（ただしＷく１）かつ多層に成長させることにより
容易に反射率を９０％以上にすることが可能であり、こ
の領域３に入射した光Ａ２の多くは多層膜部分３で反射
され、光Ａ３となって上部に向う光Ａ１とともに外部に
出力される。また反射率を１００％以下に設定しておけ
ば、一部の光Ａ４が多層膜部分３を透過し、ｎ型領域２
と基板１とにより構成されるシリコン・フォトダイオー
ドに入射するので、この受光信号を取出すことができる
。この受光信号によって外部出力ＡＩ、Ａ３をモニタす
ることが可能となる。このモニタ出力を外部電子回路に
入力し、たとえば光出力（Ａ１＋Ａ３）を一定にしたり
、注入電流に対して光出力を線形にするよう注入電流を
補償したりするように１発光素子の印加電圧ｖ１に帰還
させる。
（Ｇａ ＡＳとＡｊ７Ａｓの多層膜部分ｗ
１−ｗ ３において、Ａ（混晶比Ｗを活性層５のそれより大きく
とり（ただしＷく１）かつ多層に成長させることにより
容易に反射率を９０％以上にすることが可能であり、こ
の領域３に入射した光Ａ２の多くは多層膜部分３で反射
され、光Ａ３となって上部に向う光Ａ１とともに外部に
出力される。また反射率を１００％以下に設定しておけ
ば、一部の光Ａ４が多層膜部分３を透過し、ｎ型領域２
と基板１とにより構成されるシリコン・フォトダイオー
ドに入射するので、この受光信号を取出すことができる
。この受光信号によって外部出力ＡＩ、Ａ３をモニタす
ることが可能となる。このモニタ出力を外部電子回路に
入力し、たとえば光出力（Ａ１＋Ａ３）を一定にしたり
、注入電流に対して光出力を線形にするよう注入電流を
補償したりするように１発光素子の印加電圧ｖ１に帰還
させる。
第１図に示す発光素子は次のようにして作製される。
まずｐ型Ｓｉ基板１上（面方位は特に問題としない）に
拡散やイオン注入によりｎ型領域２を設ける。このｎ型
領域の面積は後につくる発光部よりも十分大きいものと
する。その後分子線エピタキシャル法や有機金属気相成
長法等の薄膜成長に適した非熱平衡系の成長法を用いて
。
拡散やイオン注入によりｎ型領域２を設ける。このｎ型
領域の面積は後につくる発光部よりも十分大きいものと
する。その後分子線エピタキシャル法や有機金属気相成
長法等の薄膜成長に適した非熱平衡系の成長法を用いて
。
Ａ、Ｑ Ｇａ ＡｓとＡでＡｓを交互に多層成長
ｗ １−ｖ させ多層膜３を形成する。ここで各層の厚みは。
ｗ １−ｖ させ多層膜３を形成する。ここで各層の厚みは。
設定された発光波長の１／４波長にとる。発光部の実効
屈折率をｎ 、Ａｊｊ Ｇａ Ａｓ層のＯｗ
１−ｖ それをｎ、ＡｊｊＡｓ層のそれをｎ、Ｓｉのそれをｎ
とすると、多層膜３の各層の厚みをλ／（４ｎ ｏ ）
（λ：発光波長）にとることにより。
屈折率をｎ 、Ａｊｊ Ｇａ Ａｓ層のＯｗ
１−ｖ それをｎ、ＡｊｊＡｓ層のそれをｎ、Ｓｉのそれをｎ
とすると、多層膜３の各層の厚みをλ／（４ｎ ｏ ）
（λ：発光波長）にとることにより。
波長λの光に対する多層膜３０反射率Ｒは、薄膜をＮベ
ア成長させたとして。
ア成長させたとして。
Ｒ＝［ｎ （ｎ ／ｎ ） −ｎ ］”
／Ｎ ０ ２ １ ｓ ［ｎ （ｎ ／ｎ ）２”十ｎ ］０
２ １ ｓ で表わされるので、Ｒ＝９０％程度になるように成長層
数を設定する。
／Ｎ ０ ２ １ ｓ ［ｎ （ｎ ／ｎ ）２”十ｎ ］０
２ １ ｓ で表わされるので、Ｒ＝９０％程度になるように成長層
数を設定する。
さらに、多層膜３上に、ｐ型Ａρ Ｇａ１−２Ａｓ下部
クラッド層４．ｎまたはｐ型ＡらＧａ Ａｓ活性層
５．ｎ型Ａｊ？ Ｇａ Ａｓ１−ｙ
ｘ ｌ−ｘ上部
クラッド層６を成長させる。ここでＡ（の混晶比につい
て、Ｗは発光波長に対して透明であるようにｗ＞ｙ、
クラッド層はキャリヤ閉じ込めを行なわせるためにｘ
＞ｙ、ｚ＞ｙとする。これらの各層４〜６からなる発光
部の形状は、ｎ型領域２より小さくなるように成長後エ
ツチングにより削りとってもよいし、マスクを用いて選
択成長させてもよい。以」ユののち２層６」−に中央に
孔があけられた電極７を、領域２」二に電極８を、基板
１の下面に電極９をそれぞれ形成する。
クラッド層４．ｎまたはｐ型ＡらＧａ Ａｓ活性層
５．ｎ型Ａｊ？ Ｇａ Ａｓ１−ｙ
ｘ ｌ−ｘ上部
クラッド層６を成長させる。ここでＡ（の混晶比につい
て、Ｗは発光波長に対して透明であるようにｗ＞ｙ、
クラッド層はキャリヤ閉じ込めを行なわせるためにｘ
＞ｙ、ｚ＞ｙとする。これらの各層４〜６からなる発光
部の形状は、ｎ型領域２より小さくなるように成長後エ
ツチングにより削りとってもよいし、マスクを用いて選
択成長させてもよい。以」ユののち２層６」−に中央に
孔があけられた電極７を、領域２」二に電極８を、基板
１の下面に電極９をそれぞれ形成する。
第３図は他の実施例を示している。ここでは電極の図示
が省略されている。第１図の実施例では基板１を導電性
の８１基板としたが、第３図に示すように高抵抗Ｓｉ基
板１７を用いて、２重イオン注入法や２重拡散法等によ
り基板１７内発光部下部にｐ型頭域１８．ｎ型領域１９
を設けてｐ−ｎ接合をつくるようにしてもよい。また上
記のｐｎ接合よりなるフォトダイオードをＰＩＮやＡＰ
Ｄ構造にしてもよい。
が省略されている。第１図の実施例では基板１を導電性
の８１基板としたが、第３図に示すように高抵抗Ｓｉ基
板１７を用いて、２重イオン注入法や２重拡散法等によ
り基板１７内発光部下部にｐ型頭域１８．ｎ型領域１９
を設けてｐ−ｎ接合をつくるようにしてもよい。また上
記のｐｎ接合よりなるフォトダイオードをＰＩＮやＡＰ
Ｄ構造にしてもよい。
上記実施例の導電性ｐ、ｎは特に限定されたものでなく
極性をすべて反転してもよいのはいうまでもない。
極性をすべて反転してもよいのはいうまでもない。
第４図は、」１記発光素子とその駆動制御回路を基板１
−Ｌに集積化した場合の概念図である。」一連の発光部
およびフォトダイオードに加えて、フォトダイオードの
受光信号を増１１１する増［１１回路１１および発光部
の駆動電流を制御する回路１２がＳｉ基板１上に形成さ
れている。
−Ｌに集積化した場合の概念図である。」一連の発光部
およびフォトダイオードに加えて、フォトダイオードの
受光信号を増１１１する増［１１回路１１および発光部
の駆動電流を制御する回路１２がＳｉ基板１上に形成さ
れている。
上記実施例では、■族シリコン基板上に■−ｖ族異種接
合発光部先部成されている。上述の多層膜部分は高反射
率層として作用するとともに、シリコン基板と発光部と
の格子不整合に起因する歪みを吸収する格子不整合緩和
層としても機能していることにも注目すべきである。ま
た、基板がＩＣに一般に用いられるシリコンであるから
。
合発光部先部成されている。上述の多層膜部分は高反射
率層として作用するとともに、シリコン基板と発光部と
の格子不整合に起因する歪みを吸収する格子不整合緩和
層としても機能していることにも注目すべきである。ま
た、基板がＩＣに一般に用いられるシリコンであるから
。
第４図に示されているように同一基板上に帰還回路、制
御回路等をモノリシックに集積化することが容易であり
、さらにシリコン基板の熱伝導率がＧａＡｓ基板よりも
大きいために、熱的諸問題を解決する点においても従来
例より有利である。
御回路等をモノリシックに集積化することが容易であり
、さらにシリコン基板の熱伝導率がＧａＡｓ基板よりも
大きいために、熱的諸問題を解決する点においても従来
例より有利である。
第１図はこの発明の実施例を示すもので素子構造の断面
図、第２図は駆動等価回路を示す回路図、第３図はこの
発明の他の実施例を示す断面図、第４図は集積化の概念
図である。 第５図は従来例を示す断面図である。 １・・・ｐ型基板、 ２・・・ｎ型領域。 ３・・・高反射率多層膜部分。 ４．６・・・クラッド層、 ５・・・活性層。 以 上 埼づで −」 −へｒＱ ぐＶ＞ψト
図、第２図は駆動等価回路を示す回路図、第３図はこの
発明の他の実施例を示す断面図、第４図は集積化の概念
図である。 第５図は従来例を示す断面図である。 １・・・ｐ型基板、 ２・・・ｎ型領域。 ３・・・高反射率多層膜部分。 ４．６・・・クラッド層、 ５・・・活性層。 以 上 埼づで −」 −へｒＱ ぐＶ＞ψト
Claims (1)
- 半導体基板にフォトダイオード構造を設け、このフォト
ダイオード構造上に高反射率多層膜を形成し、さらにこ
の多層膜上に発光部を設けたことを特徴とする、半導体
発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2884686A JPH0728051B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2884686A JPH0728051B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62188385A true JPS62188385A (ja) | 1987-08-17 |
| JPH0728051B2 JPH0728051B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=12259731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2884686A Expired - Lifetime JPH0728051B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0728051B2 (ja) |
Cited By (12)
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- 1986-02-14 JP JP2884686A patent/JPH0728051B2/ja not_active Expired - Lifetime
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