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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

Publication number
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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
active layer
region
light emitting
semi
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58115244A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Uchiumi
孝雄 内海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP58115244A priority Critical patent/JPS607789A/ja
Publication of JPS607789A publication Critical patent/JPS607789A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (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。

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
/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。
特許出願人 工業技術院長 川口jktlf>第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP58115244A 1983-06-28 1983-06-28 プレ−ナ型半導体発光装置 Pending JPS607789A (ja)

Priority Applications (1)

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JP58115244A JPS607789A (ja) 1983-06-28 1983-06-28 プレ−ナ型半導体発光装置

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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

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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

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5147382A (ja) * 1974-10-21 1976-04-22 Sharp Kk Monorishitsukureezaarei

Patent Citations (1)

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