JP2973460B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JP2973460B2 JP2973460B2 JP9340990A JP9340990A JP2973460B2 JP 2973460 B2 JP2973460 B2 JP 2973460B2 JP 9340990 A JP9340990 A JP 9340990A JP 9340990 A JP9340990 A JP 9340990A JP 2973460 B2 JP2973460 B2 JP 2973460B2
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- emitting device
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体、特に半導体を利用した発光素子に関す
る。
る。
近年、光コンピュータの実現を目標とした光デバイス
の集積化の動向とともに、発光デバイスにおいては低消
費パワー化が強く要求されるようになってきた。これを
実現する方法として、従来デバイスを形成する物質の形
態を人工的に制御することにより発光効率をあげる方法
が知られている。例えば1970年に江崎（L.Esaki）とツ
（Tu）によってIBMジャーナル・オブ・リサーチ アン
ド デベロップメント誌（IBM J.Research andDevelop
ment）の1970年第14巻61頁〜65頁に提案された半導体超
格子構造ないし半導体量子井戸構造は、物質の構造を人
工的に制御することによって、物質内の電子構造を人工
的に制御するものであり、このような構造を利用するこ
とによって半導体発光素子の発光効率をあげる試みが数
多くの研究機関によって行われている（このような試み
については岡本 紘著「超格子構造の光物性と応用」コ
ロナ社刊に詳述されている。）。
の集積化の動向とともに、発光デバイスにおいては低消
費パワー化が強く要求されるようになってきた。これを
実現する方法として、従来デバイスを形成する物質の形
態を人工的に制御することにより発光効率をあげる方法
が知られている。例えば1970年に江崎（L.Esaki）とツ
（Tu）によってIBMジャーナル・オブ・リサーチ アン
ド デベロップメント誌（IBM J.Research andDevelop
ment）の1970年第14巻61頁〜65頁に提案された半導体超
格子構造ないし半導体量子井戸構造は、物質の構造を人
工的に制御することによって、物質内の電子構造を人工
的に制御するものであり、このような構造を利用するこ
とによって半導体発光素子の発光効率をあげる試みが数
多くの研究機関によって行われている（このような試み
については岡本 紘著「超格子構造の光物性と応用」コ
ロナ社刊に詳述されている。）。
実際に、半導体量子井戸構造を用いた低しきい値のレ
ーザダイオードの実現がデリー（P.L.Derry）らにより
ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス アンド
テクノロジー誌（J.Vac.Sci.Technol.）B6巻689頁〜691
頁に報告されている。これによるとしきい値電流0.55ミ
リアンペアの低しきい値な連続レーザ発振動作が起こる
ことが確認されている。
ーザダイオードの実現がデリー（P.L.Derry）らにより
ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス アンド
テクノロジー誌（J.Vac.Sci.Technol.）B6巻689頁〜691
頁に報告されている。これによるとしきい値電流0.55ミ
リアンペアの低しきい値な連続レーザ発振動作が起こる
ことが確認されている。
このような効果は、物質内の価電子を量子力学的な効
果が生じるような小さな空間に閉じこめることに起因し
ており、量子サイズ効果と呼ばれている。この方向性を
さらに強めたものとして、さらに低次元な閉じこめ構造
である量子細線や量子箱のような構造を利用することが
考えられている。
果が生じるような小さな空間に閉じこめることに起因し
ており、量子サイズ効果と呼ばれている。この方向性を
さらに強めたものとして、さらに低次元な閉じこめ構造
である量子細線や量子箱のような構造を利用することが
考えられている。
このような物質の電子構造の制御によって発光効率は
向上するが、実際の半導体発光素子では電子−正孔非発
光再結合や、発光として利用できるモード以外のモード
への発光再結合（自然放出）などが存在する。活性層の
層方向に光をガイドするタイプの半導体発光素子の場
合、光は層方向へ導波される（導波モード）のみなら
ず、層方向以外への放射される（放射モード）。このよ
うな非発光再結合や発光再結合による放射モードへも光
放出はエネルギーがむだに捨てられることを意味してお
り、発光効率の悪化をもたらす。
向上するが、実際の半導体発光素子では電子−正孔非発
光再結合や、発光として利用できるモード以外のモード
への発光再結合（自然放出）などが存在する。活性層の
層方向に光をガイドするタイプの半導体発光素子の場
合、光は層方向へ導波される（導波モード）のみなら
ず、層方向以外への放射される（放射モード）。このよ
うな非発光再結合や発光再結合による放射モードへも光
放出はエネルギーがむだに捨てられることを意味してお
り、発光効率の悪化をもたらす。
非発光再結合は物質中の格子欠陥や不純物などに起因
して生じ、特に半導体ヘテロ界面に集中して発生する。
このような非発光再結合による発光効率の悪化に関して
は、結晶成長技術の向上などにより改善がもたらされて
いる。一方、発光再結合による放射モードへの放出光
は、これまでのところ原理的に避けられない問題である
と考えられていた。
して生じ、特に半導体ヘテロ界面に集中して発生する。
このような非発光再結合による発光効率の悪化に関して
は、結晶成長技術の向上などにより改善がもたらされて
いる。一方、発光再結合による放射モードへの放出光
は、これまでのところ原理的に避けられない問題である
と考えられていた。
本発明の目的は、発光再結合による放射モードへの光
放出を抑制し、これにより発光効率の改善をもたらす半
導体発光素子の構造を提供することにある。
放出を抑制し、これにより発光効率の改善をもたらす半
導体発光素子の構造を提供することにある。
本発明は２つあり、第一の本発明は、発光に与る活性
層を有し、活性層の面に平行な方向（層方向）に光をガ
イドする構造を持つ半導体発光素子において、この活性
層を上下にはさむ誘電体多層膜からなる光反射鏡を具備
する多層構造を有することを特徴とするものである。
層を有し、活性層の面に平行な方向（層方向）に光をガ
イドする構造を持つ半導体発光素子において、この活性
層を上下にはさむ誘電体多層膜からなる光反射鏡を具備
する多層構造を有することを特徴とするものである。
第二の本発明は、発光に与る活性層を有し、活性層の
面に平行な方向（層方向）に光をガイドする構造を持つ
半導体発光素子において、前記活性層の光軸に垂直な活
性層端面に溝を彫ることにより、前記端面と垂直な面に
分布ブラッグ反射器が形成されていることを特徴とする
ものである。
面に平行な方向（層方向）に光をガイドする構造を持つ
半導体発光素子において、前記活性層の光軸に垂直な活
性層端面に溝を彫ることにより、前記端面と垂直な面に
分布ブラッグ反射器が形成されていることを特徴とする
ものである。
発光素子は、原理的には電磁場と物質中の価電子の電
磁相互作用を利用するものである。従って、その発光過
程には物質中の価電子の状態、すなわち物質の物性が大
きく影響すると同時に、電磁場の状態が大きく影響す
る。従来、物質は自由空間中におかれているものと考
え、電磁場としては自由空間の電磁場モードを考慮して
きた。しかしながら、近年キャビティ量子電磁力学と呼
ばれる学問分野が発展し、狭い領域に閉じこめられた電
磁場と物質との相互作用に大きな関心が集まっている。
このキャビティ効果は、関心のある電磁場の波長程度の
空間に閉じこめられた電磁場の特異な性質によって生じ
るものであり、いわば電磁場の量子サイズ効果と言える
ものである。フィジックス・トゥディ誌（Physiscs Tod
ay）1989年１月号24頁〜30頁に、ハロシェ（S.Haroch
e）とクレップナー（D.Kleppner）により、このキャビ
ティ効果についての解説記事がある。主なキャビティ効
果の例を簡単にまとめておくと次のとうりである。
磁相互作用を利用するものである。従って、その発光過
程には物質中の価電子の状態、すなわち物質の物性が大
きく影響すると同時に、電磁場の状態が大きく影響す
る。従来、物質は自由空間中におかれているものと考
え、電磁場としては自由空間の電磁場モードを考慮して
きた。しかしながら、近年キャビティ量子電磁力学と呼
ばれる学問分野が発展し、狭い領域に閉じこめられた電
磁場と物質との相互作用に大きな関心が集まっている。
このキャビティ効果は、関心のある電磁場の波長程度の
空間に閉じこめられた電磁場の特異な性質によって生じ
るものであり、いわば電磁場の量子サイズ効果と言える
ものである。フィジックス・トゥディ誌（Physiscs Tod
ay）1989年１月号24頁〜30頁に、ハロシェ（S.Haroch
e）とクレップナー（D.Kleppner）により、このキャビ
ティ効果についての解説記事がある。主なキャビティ効
果の例を簡単にまとめておくと次のとうりである。
第一には、エネルギー励起された物質からの自然放出
確率の変化である。従来自然放出確率は物質に固有で決
まった値を持つと考えられてきた。しかしながら励起物
質を波長程度の大きさをもち、十分Ｑ（クオリティファ
クター）の高い空洞共振器（キャビティ）内におき、こ
の空洞共振器の共振周波数を励起物質の遷移周波数に対
して相対的に変化させると、共振周波数が遷移周波数と
異なる場合には物質からの自然放出が抑制され、共振周
波数が遷移周波数と一致する場合には自然放出が増強す
る。例えば、ハインツェン（D.J.Heinzen）らはフィジ
カル・レビュー・レター誌の第58巻1320頁〜1323頁およ
び、第59巻2623頁〜2626頁において共焦点光共振器中に
ある励起原子からの可視自然放出光を観測し、共振器の
共振周波数の変化とともに自然放出確率が変化すること
を報告している。
確率の変化である。従来自然放出確率は物質に固有で決
まった値を持つと考えられてきた。しかしながら励起物
質を波長程度の大きさをもち、十分Ｑ（クオリティファ
クター）の高い空洞共振器（キャビティ）内におき、こ
の空洞共振器の共振周波数を励起物質の遷移周波数に対
して相対的に変化させると、共振周波数が遷移周波数と
異なる場合には物質からの自然放出が抑制され、共振周
波数が遷移周波数と一致する場合には自然放出が増強す
る。例えば、ハインツェン（D.J.Heinzen）らはフィジ
カル・レビュー・レター誌の第58巻1320頁〜1323頁およ
び、第59巻2623頁〜2626頁において共焦点光共振器中に
ある励起原子からの可視自然放出光を観測し、共振器の
共振周波数の変化とともに自然放出確率が変化すること
を報告している。
第二には、極めて高いＱをもった共振器中に、その共
鳴周波数に一致する遷移周波数をもつ励起原子をおいた
ときに生じる、単一モード電磁場と励起原子のコヒーレ
ントかつ可逆な相互作用の効果である。通常、励起原子
を自由空間中におくと、自然放出のような不可逆な過程
が生じ、エネルギーは空間中に散逸する。しかしなが
ら、励起原子のラビ振動周期よりも光子寿命が大きいよ
うな高いＱをもつ共振器内に励起原子をおくと、放出さ
れた光子はキャビティ内に長くとどまることになり、放
出光子と原子との間にコヒーレンスが生じて可逆な相互
作用が生じる。カルッニー（Y.Kaluzny）らにより、フ
ィジカル・レビュー・レタース第51巻1175頁〜1178頁
に、このような効果によって生じる原子と電磁場の間で
エネルギーの周期的交換、いわゆる真空場ラビ振動につ
いての記述が、またメシェード（D.Meschede）らによ
り、フィジカル・レビュー・レタース第54巻551頁〜554
頁に、この効果を利用した一原子メーザ動作についての
記述がある。
鳴周波数に一致する遷移周波数をもつ励起原子をおいた
ときに生じる、単一モード電磁場と励起原子のコヒーレ
ントかつ可逆な相互作用の効果である。通常、励起原子
を自由空間中におくと、自然放出のような不可逆な過程
が生じ、エネルギーは空間中に散逸する。しかしなが
ら、励起原子のラビ振動周期よりも光子寿命が大きいよ
うな高いＱをもつ共振器内に励起原子をおくと、放出さ
れた光子はキャビティ内に長くとどまることになり、放
出光子と原子との間にコヒーレンスが生じて可逆な相互
作用が生じる。カルッニー（Y.Kaluzny）らにより、フ
ィジカル・レビュー・レタース第51巻1175頁〜1178頁
に、このような効果によって生じる原子と電磁場の間で
エネルギーの周期的交換、いわゆる真空場ラビ振動につ
いての記述が、またメシェード（D.Meschede）らによ
り、フィジカル・レビュー・レタース第54巻551頁〜554
頁に、この効果を利用した一原子メーザ動作についての
記述がある。
本発明の原理は、上にあげた第一の原理を利用して、
活性層の層方向に光をガイドするタイプの半導体発光素
子において発光再結合による放射モードへの光放出を抑
制することにある。
活性層の層方向に光をガイドするタイプの半導体発光素
子において発光再結合による放射モードへの光放出を抑
制することにある。
活性層を光導波路として利用し、層方向へ光を取り出
すタイプの半導体発光素子においては、よく知られてい
るように電磁場エネルギーが活性層中に集中し、コア層
から離れるにつれて指数関数的に減少する導波モードが
存在するのに加えて、エネルギーが活性層に閉じこめら
れずに周囲に逃げる放射モードが存在する。従って、活
性層内に存在する発光体からの自然放出発光は、全空間
にほぼ等方的生じる。これに対して完全導体によって作
られた理想的な金属導波路構造においては放射モードは
存在しない。すなわち、このような金属導波路内に存在
する発光体からの自然放出光は導波モードのみ起こり、
その他のモードへの発光は禁止され、発光は自然放出と
いえども非等方的になる。このような違いは、金属導波
路構造では金属面が全ての入射方向の光を全反射するの
に対して、誘電体光導波路においては誘電体界面におい
て全反射臨界角より大きな入射角をもった光（活性層に
平行方向に近い方向に進む光）は全反射されるがこれよ
り小さな入射角をもった光（活性層に垂直方向に近い方
向に進む光）は反射されず透過してしまうことから生じ
る。
すタイプの半導体発光素子においては、よく知られてい
るように電磁場エネルギーが活性層中に集中し、コア層
から離れるにつれて指数関数的に減少する導波モードが
存在するのに加えて、エネルギーが活性層に閉じこめら
れずに周囲に逃げる放射モードが存在する。従って、活
性層内に存在する発光体からの自然放出発光は、全空間
にほぼ等方的生じる。これに対して完全導体によって作
られた理想的な金属導波路構造においては放射モードは
存在しない。すなわち、このような金属導波路内に存在
する発光体からの自然放出光は導波モードのみ起こり、
その他のモードへの発光は禁止され、発光は自然放出と
いえども非等方的になる。このような違いは、金属導波
路構造では金属面が全ての入射方向の光を全反射するの
に対して、誘電体光導波路においては誘電体界面におい
て全反射臨界角より大きな入射角をもった光（活性層に
平行方向に近い方向に進む光）は全反射されるがこれよ
り小さな入射角をもった光（活性層に垂直方向に近い方
向に進む光）は反射されず透過してしまうことから生じ
る。
光波長λの４分の１の光学的厚みをもつ、屈折率の異
なる２種の誘電体を交互に多層に重ねたものは、波長λ
付近の光に対して高反射率の鏡として作用することはよ
く知られている。誘電体導波路において活性層、クラッ
ド層をこのような発光波長λの光に対して鏡として働く
誘電体多層膜で上下から挟み込む構造にすれば、この誘
電体多層膜は活性層に垂直に近い方向に進む光に対して
は全反射鏡として働き、活性層に平行方向に近い方向に
進む光に対しては単なる誘電体膜として働く。従って、
この上下誘電体多層膜の間隔を調節して、発光波長が上
下誘電体多層膜内のストップバンド中にあるようにすれ
ば、放射モードは禁止され、発光が導波モードのみを通
じて生じるようにすることができる。半導体発光素子に
おいて、このような放射モードへの発光を抑制すれば、
注入電流に対して発光効率を向上できることは明らかで
ある。
なる２種の誘電体を交互に多層に重ねたものは、波長λ
付近の光に対して高反射率の鏡として作用することはよ
く知られている。誘電体導波路において活性層、クラッ
ド層をこのような発光波長λの光に対して鏡として働く
誘電体多層膜で上下から挟み込む構造にすれば、この誘
電体多層膜は活性層に垂直に近い方向に進む光に対して
は全反射鏡として働き、活性層に平行方向に近い方向に
進む光に対しては単なる誘電体膜として働く。従って、
この上下誘電体多層膜の間隔を調節して、発光波長が上
下誘電体多層膜内のストップバンド中にあるようにすれ
ば、放射モードは禁止され、発光が導波モードのみを通
じて生じるようにすることができる。半導体発光素子に
おいて、このような放射モードへの発光を抑制すれば、
注入電流に対して発光効率を向上できることは明らかで
ある。
なお、上の議論では活性層に対して斜め方向に進む光
について述べなかったが、このような光に対しては誘電
体多層膜は鏡として作用せず、透過してしまう。従っ
て、上に述べた手段で抑制できる放射モード発光は、誘
電体多層膜のストップバンド幅によって決まる、ある角
度範囲にあるものに限られる。しかしながら、この角度
範囲は誘電体多層膜としてチャープした構造の多層膜を
用いることで広げることができる。チャープした構造の
多層膜は、各誘電体膜の膜厚を連続的に変化させること
によって、いろいろの角度で入射する光を全て全反射す
るようにしたものである。
について述べなかったが、このような光に対しては誘電
体多層膜は鏡として作用せず、透過してしまう。従っ
て、上に述べた手段で抑制できる放射モード発光は、誘
電体多層膜のストップバンド幅によって決まる、ある角
度範囲にあるものに限られる。しかしながら、この角度
範囲は誘電体多層膜としてチャープした構造の多層膜を
用いることで広げることができる。チャープした構造の
多層膜は、各誘電体膜の膜厚を連続的に変化させること
によって、いろいろの角度で入射する光を全て全反射す
るようにしたものである。
上の議論において、誘電体多層膜を分布ブラッグ反射
器と置き換えても議論は成り立つことは、もちろんのこ
とである。
器と置き換えても議論は成り立つことは、もちろんのこ
とである。
本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。
る。
第１図は、本発明を適用した半導体発光素子の一実施
例の構成図を示す。この実施例を本発明を利得導波型半
導体レーザに適用した例である。GaAs基板１上にAlxGs
1-xAs層２とAlyGa1-yAs層３を交互に数周期ないし数十
周期積層し、活性層であるGaAs−Al0.2Ga0.8As単一量子
井戸層４からの発光に対する反射体を形成する。この
際、AlxGs1-xAs層２とAlyGa1-yAs層３の厚みは、活性層
４から遠ざかるにつれて１層対あたりａ％ずつ膜厚が増
加するようにして、最下層のAlyGa1-yAs層３−AlxGs1-x
As層２対（電極７の真上）でちょうどそれぞれの光学長
が発光波長の1/4になるように設計し、チャープした多
層膜反射体を形成する。活性層４の上に再びAlxGs1-xAs
層２とAlyGa1-yAs層３を交互に数周期ないし数十周期積
層して、もう一方の反射体を形成する。このとき、AlxG
s1-xAs層２とAlyGa1-yAs層３の厚みは、活性層４から遠
ざかるにつれて１層対あたりａ％ずつ膜厚が増加するよ
うにして、最上層のAlxGs1-xAs層２−AlyGa1-yAs層３対
（SiO2層７の真下）でちょうどそれぞれの光学長が発光
波長の1/4になるように設計し、チャープした多層膜反
射体を形成する。５は電流注入をストライプ状にするた
めのSiO2絶縁層、６および７は電極である。
例の構成図を示す。この実施例を本発明を利得導波型半
導体レーザに適用した例である。GaAs基板１上にAlxGs
1-xAs層２とAlyGa1-yAs層３を交互に数周期ないし数十
周期積層し、活性層であるGaAs−Al0.2Ga0.8As単一量子
井戸層４からの発光に対する反射体を形成する。この
際、AlxGs1-xAs層２とAlyGa1-yAs層３の厚みは、活性層
４から遠ざかるにつれて１層対あたりａ％ずつ膜厚が増
加するようにして、最下層のAlyGa1-yAs層３−AlxGs1-x
As層２対（電極７の真上）でちょうどそれぞれの光学長
が発光波長の1/4になるように設計し、チャープした多
層膜反射体を形成する。活性層４の上に再びAlxGs1-xAs
層２とAlyGa1-yAs層３を交互に数周期ないし数十周期積
層して、もう一方の反射体を形成する。このとき、AlxG
s1-xAs層２とAlyGa1-yAs層３の厚みは、活性層４から遠
ざかるにつれて１層対あたりａ％ずつ膜厚が増加するよ
うにして、最上層のAlxGs1-xAs層２−AlyGa1-yAs層３対
（SiO2層７の真下）でちょうどそれぞれの光学長が発光
波長の1/4になるように設計し、チャープした多層膜反
射体を形成する。５は電流注入をストライプ状にするた
めのSiO2絶縁層、６および７は電極である。
実施例では、半導体の積層構造を形成するのに分子ビ
ームエピタキシー法（MBE）を用い、AlxGs1-xAs層２は
ｘ＝１すなわちAlAsの組成で、最も活性層から遠く最も
厚い層の膜厚を72nm、AlyGa1-yAs層３はｙ＝0.3すなわ
ちAl0.3Ga0.7Asの組成とし、最も活性層から遠く最も厚
い層の膜を63nmとした。多層膜反射体の周期数は、上下
とも20周期とし、１層毎の膜厚の変化率ａ＝１％とし
た。従って、ひとつの反射体の最下層対と最上層の膜厚
は20％異なる。電流注入のため、活性層上の多層膜反射
体はキャリア濃度1018/cm3にｎドープし、活性層下の多
層膜反射体及びGaAs基板はキャリア濃度1018/cm3にｐド
ープした。下方の電極９は金蒸着により形成し、上方の
電極８は金−亜鉛の透明電極とし、ウィンドウ部（SiO2
膜のない部分）から自然放出光が観測できるようにし
た。
ームエピタキシー法（MBE）を用い、AlxGs1-xAs層２は
ｘ＝１すなわちAlAsの組成で、最も活性層から遠く最も
厚い層の膜厚を72nm、AlyGa1-yAs層３はｙ＝0.3すなわ
ちAl0.3Ga0.7Asの組成とし、最も活性層から遠く最も厚
い層の膜を63nmとした。多層膜反射体の周期数は、上下
とも20周期とし、１層毎の膜厚の変化率ａ＝１％とし
た。従って、ひとつの反射体の最下層対と最上層の膜厚
は20％異なる。電流注入のため、活性層上の多層膜反射
体はキャリア濃度1018/cm3にｎドープし、活性層下の多
層膜反射体及びGaAs基板はキャリア濃度1018/cm3にｐド
ープした。下方の電極９は金蒸着により形成し、上方の
電極８は金−亜鉛の透明電極とし、ウィンドウ部（SiO2
膜のない部分）から自然放出光が観測できるようにし
た。
このようなサンプルを、活性層４の厚みが0.17ミクロ
ンの場合（Ａ）と0.16ミクロンの場合（Ｂ）の２種類作
製し、電流を注入したところ、活性層の端面から中心波
長860nm、波長幅約20nmのレーザ発光出力を取り出すこ
とができた。このとき、（Ａ）のサンプルでは発振しき
い値電流は10mA,（Ｂ）のサンプルでは発振しきい値は1
mAであった。多層膜反射体を形成しない通常の構造の半
導体レーザでは発振しきい値は3mAであった。ウィンド
ウ部からの発光を観測したところ、（Ａ）のサンプルで
は強い発光が観測され、多層膜反射体対がファブリ−ペ
ロー共振器として働いてこの方向にレーザ発振している
ことが推測された。これに対して（Ｂ）のサンプルでは
ウィンドウ部からの発光は観測されなかった。これらの
結果から、（Ｂ）のサンプルでは放射モードへの自然放
出発光が禁止され、その結果発振しきい値が低下してい
ることが確認された。
ンの場合（Ａ）と0.16ミクロンの場合（Ｂ）の２種類作
製し、電流を注入したところ、活性層の端面から中心波
長860nm、波長幅約20nmのレーザ発光出力を取り出すこ
とができた。このとき、（Ａ）のサンプルでは発振しき
い値電流は10mA,（Ｂ）のサンプルでは発振しきい値は1
mAであった。多層膜反射体を形成しない通常の構造の半
導体レーザでは発振しきい値は3mAであった。ウィンド
ウ部からの発光を観測したところ、（Ａ）のサンプルで
は強い発光が観測され、多層膜反射体対がファブリ−ペ
ロー共振器として働いてこの方向にレーザ発振している
ことが推測された。これに対して（Ｂ）のサンプルでは
ウィンドウ部からの発光は観測されなかった。これらの
結果から、（Ｂ）のサンプルでは放射モードへの自然放
出発光が禁止され、その結果発振しきい値が低下してい
ることが確認された。
本実施例では、0.8μｍ帯の発光波長を得るために材
料としてAlGaAs系半導体を用いたが、本発明は特定の材
料系に限定されるものでないことは明かである。使用す
る半導体材料からの発光波長に対応するサイズの周期構
造および積層構造を形成することで、InAlGaAs系、InAl
GaP系、InAlGaAb系等の多種多様な材料を用いて、同じ
原理に基づく発光素子を実現することが可能である。ま
た、本実施例では、利得導波型の半導体レーザを例に挙
げて説明したが、本発明は他の構造の半導体レーザ、例
えば屈折率導波型の半導体レーザや、LEDに適用可能で
ある。また、本発明は活性層として通常のバルク材料を
用いた場合にも有効である。さらに、多層膜反射体とし
てチャープしていない構造を用いた場合にも、ある程度
の効果は得られる。多層膜反射体の代わりに、ファセッ
ト面に溝を彫って形成した分布ブラッグ反射器を用いて
も同様の結果が得られることはもちろんのことである。
料としてAlGaAs系半導体を用いたが、本発明は特定の材
料系に限定されるものでないことは明かである。使用す
る半導体材料からの発光波長に対応するサイズの周期構
造および積層構造を形成することで、InAlGaAs系、InAl
GaP系、InAlGaAb系等の多種多様な材料を用いて、同じ
原理に基づく発光素子を実現することが可能である。ま
た、本実施例では、利得導波型の半導体レーザを例に挙
げて説明したが、本発明は他の構造の半導体レーザ、例
えば屈折率導波型の半導体レーザや、LEDに適用可能で
ある。また、本発明は活性層として通常のバルク材料を
用いた場合にも有効である。さらに、多層膜反射体とし
てチャープしていない構造を用いた場合にも、ある程度
の効果は得られる。多層膜反射体の代わりに、ファセッ
ト面に溝を彫って形成した分布ブラッグ反射器を用いて
も同様の結果が得られることはもちろんのことである。
以上に述べたように、本発明によれば、発光効率の高
い半導体発光素子を実現することが可能となる。
い半導体発光素子を実現することが可能となる。
第１図は本発明による半導体発光素子の一実施例の構成
を示す図である。 １……GaAs基板、２……AlxGs1-xAs、３……AlyGa1-yA
s、４……活性層（GaAs−Al0.2Ga0.8As単一量子井
戸）、５……SiO2、６……電極、７……電極。
を示す図である。 １……GaAs基板、２……AlxGs1-xAs、３……AlyGa1-yA
s、４……活性層（GaAs−Al0.2Ga0.8As単一量子井
戸）、５……SiO2、６……電極、７……電極。
Claims (3)
- 【請求項１】発光層に与える活性層を有し、活性層の面
に平行な方向（層方向）に光をガイドする構造を構造を
持つ半導体発光素子において、この活性層を上下にはさ
む誘電体多層膜からなる光反射鏡を具備する多層構造を
有し、前記誘電体多層膜は、前記活性層から遠ざかるに
つれて膜厚が厚くなるように構成されていることを特徴
とする半導体発光装置。 - 【請求項２】前記誘電体多層膜のうち前記活性層から最
も遠い層の膜厚を発光波長の1/4の厚さとすることを特
徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】発光層に与える活性層を有し、前記活性層
の面に平行な方向（層方向）に光をガイドする構造を持
つ半導体発光素子において、前記活性層の光軸に垂直な
活性層端面に溝を彫ることにより、前記端面と垂直な面
に分布ブラッグ反射器が形成されていることを特徴とす
る半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9340990A JP2973460B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9340990A JP2973460B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03291985A JPH03291985A (ja) | 1991-12-24 |
| JP2973460B2 true JP2973460B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=14081500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9340990A Expired - Lifetime JP2973460B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2973460B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3992027B2 (ja) * | 1994-12-22 | 2007-10-17 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP3593952B2 (ja) * | 1994-12-22 | 2004-11-24 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP4120698B2 (ja) * | 1994-12-22 | 2008-07-16 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JPH10229243A (ja) * | 1997-02-18 | 1998-08-25 | Hitachi Ltd | 有機発光素子 |
| JP2008235691A (ja) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Anritsu Corp | 半導体発光素子 |
| JP4928321B2 (ja) * | 2007-03-26 | 2012-05-09 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 発光素子 |
| JP7125720B2 (ja) * | 2017-03-28 | 2022-08-25 | 東芝マテリアル株式会社 | 半導体発光素子 |
-
1990
- 1990-04-09 JP JP9340990A patent/JP2973460B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03291985A (ja) | 1991-12-24 |
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