JPH04317384A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPH04317384A JPH04317384A JP3112539A JP11253991A JPH04317384A JP H04317384 A JPH04317384 A JP H04317384A JP 3112539 A JP3112539 A JP 3112539A JP 11253991 A JP11253991 A JP 11253991A JP H04317384 A JPH04317384 A JP H04317384A
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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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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 having a ridge or stripe structure
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体発光装置に関
し、特に、高速応答性と高光出力の両立が可能で、かつ
ガウス分布の遠視野像を持つ光を出力できる半導体発光
装置に関するものである。
し、特に、高速応答性と高光出力の両立が可能で、かつ
ガウス分布の遠視野像を持つ光を出力できる半導体発光
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は例えば第２９回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集（１９８２年），１５５頁に示され
た従来の半導体発光装置を示す断面図で、図において１
はｎ型ＩｎＰ基板である。ＩｎＧａＡｓＰ層２，２′は
基板１上に配置され、ｐ型ＩｎＰ層３，３′はそれぞれ
層２，２′上に配置される。ｐ型ＩｎＰ層３，３′及び
ＩｎＧａＡｓＰ層２，２′を貫通し基板１まで達する２
本のストライプ状溝はエッチングにより形成され、この
２本の溝に挟まれた、基板１の一部，ＩｎＧａＡｓＰ層
２，及びｐ型ＩｎＰ層３からなるメサ構造が形成されて
いる。ｐ型ＩｎＰ層４は上記２本のストライプ状溝中及
びｐ型ＩｎＰ層３′上に配置され、ｎ型ＩｎＰ層５はｐ
型ＩｎＰ層４上に配置される。ｐ型ＩｎＰ層６はｎ型Ｉ
ｎＰ層５上及びｐ型ＩｎＰ層３上に配置され、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層７はｐ型ＩｎＰ層６上に配置さ
れる。また、ｎ側電極３１は基板１裏面に、ｐ側電極３
２はコンタクト層７上にそれぞれ配置される。
合講演会講演予稿集（１９８２年），１５５頁に示され
た従来の半導体発光装置を示す断面図で、図において１
はｎ型ＩｎＰ基板である。ＩｎＧａＡｓＰ層２，２′は
基板１上に配置され、ｐ型ＩｎＰ層３，３′はそれぞれ
層２，２′上に配置される。ｐ型ＩｎＰ層３，３′及び
ＩｎＧａＡｓＰ層２，２′を貫通し基板１まで達する２
本のストライプ状溝はエッチングにより形成され、この
２本の溝に挟まれた、基板１の一部，ＩｎＧａＡｓＰ層
２，及びｐ型ＩｎＰ層３からなるメサ構造が形成されて
いる。ｐ型ＩｎＰ層４は上記２本のストライプ状溝中及
びｐ型ＩｎＰ層３′上に配置され、ｎ型ＩｎＰ層５はｐ
型ＩｎＰ層４上に配置される。ｐ型ＩｎＰ層６はｎ型Ｉ
ｎＰ層５上及びｐ型ＩｎＰ層３上に配置され、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層７はｐ型ＩｎＰ層６上に配置さ
れる。また、ｎ側電極３１は基板１裏面に、ｐ側電極３
２はコンタクト層７上にそれぞれ配置される。
【０００３】層３，３′，４，５，６はすべて基板１と
おなじＩｎＰで構成され、同一の禁制帯幅を有し、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層２，２′は基板１よりも小さな禁制帯幅を
有する。
おなじＩｎＰで構成され、同一の禁制帯幅を有し、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層２，２′は基板１よりも小さな禁制帯幅を
有する。
【０００４】次に動作について説明する。ｎ側電極３１
，ｐ側電極３２より基板１，コンタクト層７間にｐｎ接
合に対して順方向のバイアス電圧をかけると、それぞれ
のキャリアである電子と正孔は、基板１よりも禁制帯幅
の小さな半導体からなる活性領域２に注入され発光再結
合により発光する。このような半導体発光装置では、電
子と正孔を効率よく活性領域２に注入するために、ｐ型
半導体６，ｎ型半導体５，ｐ型半導体３，４及びｎ型半
導体１で構成されるｐ−ｎ−ｐ−ｎサイリスタ構造によ
り、電流ブロック層を形成している。しかし、このサイ
リスタ構造は、光出力をあげるために発光装置に印加す
る電圧をあげると、サイリスタ構造にかかる電圧が上昇
し、またゲート電流に相当する電流が増加し、サイリス
タ構造部を流れる電流が急激に増加し、光出力があまり
大きくとれないという問題が生ずる。一方、図４に示す
構造では、サイリスタ構造の一部に、禁制帯幅の小さな
半導体層２′が存在するため、サイリスタを構成してい
るｎ−ｐ−ｎ構造のトランジスタの利得が下がり、半導
体層２′がない場合と比較してサイリスタ構造部を流れ
る電流が少なくなる。従って、光出力を大きくとること
ができる。
，ｐ側電極３２より基板１，コンタクト層７間にｐｎ接
合に対して順方向のバイアス電圧をかけると、それぞれ
のキャリアである電子と正孔は、基板１よりも禁制帯幅
の小さな半導体からなる活性領域２に注入され発光再結
合により発光する。このような半導体発光装置では、電
子と正孔を効率よく活性領域２に注入するために、ｐ型
半導体６，ｎ型半導体５，ｐ型半導体３，４及びｎ型半
導体１で構成されるｐ−ｎ−ｐ−ｎサイリスタ構造によ
り、電流ブロック層を形成している。しかし、このサイ
リスタ構造は、光出力をあげるために発光装置に印加す
る電圧をあげると、サイリスタ構造にかかる電圧が上昇
し、またゲート電流に相当する電流が増加し、サイリス
タ構造部を流れる電流が急激に増加し、光出力があまり
大きくとれないという問題が生ずる。一方、図４に示す
構造では、サイリスタ構造の一部に、禁制帯幅の小さな
半導体層２′が存在するため、サイリスタを構成してい
るｎ−ｐ−ｎ構造のトランジスタの利得が下がり、半導
体層２′がない場合と比較してサイリスタ構造部を流れ
る電流が少なくなる。従って、光出力を大きくとること
ができる。
【０００５】しかし、この構造では、活性層２と半導体
層２′を同時に形成するためサイリスタ構造部を流れる
電流が最小になるように半導体層２′の禁制帯幅を自由
に選ぶことができないという問題点があった。また、通
常、半導体発光装置を高速変調させる場合は、素子の寄
生容量を減らすため、図５に示すように、活性領域の両
側にコンタクト層表面からのエッチングにより基板１ま
で達するストライプ状溝を形成して、レーザ素子全体を
メサ構造とする方法を採用するが、メサ幅を狭くしすぎ
ると、半導体層２′がこのメサ構造の外部に配置される
こととなり、上述の電流低減効果が得られなくなるため
、高速応答と高光出力を両立することが困難であった。
層２′を同時に形成するためサイリスタ構造部を流れる
電流が最小になるように半導体層２′の禁制帯幅を自由
に選ぶことができないという問題点があった。また、通
常、半導体発光装置を高速変調させる場合は、素子の寄
生容量を減らすため、図５に示すように、活性領域の両
側にコンタクト層表面からのエッチングにより基板１ま
で達するストライプ状溝を形成して、レーザ素子全体を
メサ構造とする方法を採用するが、メサ幅を狭くしすぎ
ると、半導体層２′がこのメサ構造の外部に配置される
こととなり、上述の電流低減効果が得られなくなるため
、高速応答と高光出力を両立することが困難であった。
【０００６】これに対し、図６は例えば第３３回応用物
理学関係連合講演会講演予稿集（１９８６年），１５８
頁に示された従来の半導体発光装置を示す断面図で、図
において５１はｎ型ＩｎＰ基板である。活性層５２は基
板１上に配置され、ｐ型ＩｎＰ層５３は活性層５２上に
配置される。活性層５２，ｐ型ＩｎＰ層５３，及び基板
５１をエッチングすることにより形成されたメサ構造の
両サイド上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５８が配置され
る。このｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５８の禁制帯幅は基板１
のそれよりも小さい。ｐ型ＩｎＰ層５４はｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ層５８上に配置され、ｎ型ＩｎＰ層５５はｐ型Ｉ
ｎＰ層５４上に配置される。また、ｐ型ＩｎＰ層５６は
ｎ型ＩｎＰ層５５上及びｐ型ＩｎＰ層５３上に配置され
、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５７はｐ型ＩｎＰ層
５６上に配置される。さらに、ｎ側電極２１は基板５１
裏面に、ｐ側電極２２はコンタクト層５７上にそれぞれ
配置される。
理学関係連合講演会講演予稿集（１９８６年），１５８
頁に示された従来の半導体発光装置を示す断面図で、図
において５１はｎ型ＩｎＰ基板である。活性層５２は基
板１上に配置され、ｐ型ＩｎＰ層５３は活性層５２上に
配置される。活性層５２，ｐ型ＩｎＰ層５３，及び基板
５１をエッチングすることにより形成されたメサ構造の
両サイド上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５８が配置され
る。このｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層５８の禁制帯幅は基板１
のそれよりも小さい。ｐ型ＩｎＰ層５４はｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ層５８上に配置され、ｎ型ＩｎＰ層５５はｐ型Ｉ
ｎＰ層５４上に配置される。また、ｐ型ＩｎＰ層５６は
ｎ型ＩｎＰ層５５上及びｐ型ＩｎＰ層５３上に配置され
、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５７はｐ型ＩｎＰ層
５６上に配置される。さらに、ｎ側電極２１は基板５１
裏面に、ｐ側電極２２はコンタクト層５７上にそれぞれ
配置される。
【０００７】この半導体発光装置においては、半導体層
５８は図４の従来例の半導体２′と原理的に同じ効果を
有し、サイリスタ構造を流れる電流を大幅に減らすこと
ができる。またこの半導体層５８は、活性層５２と別工
程で形成するために最適の禁制帯幅を有する組成とする
ことができ、さらに、活性層５２に隣接して配置されて
いるため、寄生容量低減のために図６に示すようにエッ
チングにより溝６０を形成して、メサ構造とした場合に
おいても、メサ内に半導体層５８が存在するのでサイリ
スタ構造を流れる電流を低減する効果を維持できる。
５８は図４の従来例の半導体２′と原理的に同じ効果を
有し、サイリスタ構造を流れる電流を大幅に減らすこと
ができる。またこの半導体層５８は、活性層５２と別工
程で形成するために最適の禁制帯幅を有する組成とする
ことができ、さらに、活性層５２に隣接して配置されて
いるため、寄生容量低減のために図６に示すようにエッ
チングにより溝６０を形成して、メサ構造とした場合に
おいても、メサ内に半導体層５８が存在するのでサイリ
スタ構造を流れる電流を低減する効果を維持できる。
【０００８】また、図８は特開平２−１４３４８３号公
報に記載された、従来の半導体発光装置を示す断面図で
あり、図において、１０１はｐ型ＩｎＰ基板であり、ｐ
型ＩｎＰ第１クラッド層１０２は基板１０１上に配置さ
れ、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０３は第１クラッド層１０
２上に配置され、ｎ型ＩｎＰ第２クラッド層１０４は活
性層１０３上に配置される。第２クラッド層１０４，活
性層１０３，第１クラッド層１０２をエッチングするこ
とにより形成されたメサ構造の両サイド上には、ｐ型Ｉ
ｎＰ第１埋め込み層１０５が配置され、ｎ型ＩｎＰ第２
埋め込み層１０６は第１埋め込み層１０５上に配置され
る。高不純物濃度のｐ型ＩｎＰ第３埋め込み層１０７は
第２埋め込み層１０６上に配置され、ｐ型ＩｎＰ第４埋
め込み層１０８は第３埋め込み層１０７上に配置される
。ｎ型ＩｎＰ第３クラッド層１０９は第２クラッド層１
０４，及び第４埋め込み層１０８上に配置され、ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰコンタクト層１１０は第３クラッド層１０
９上に配置される。また、ｐ側電極１１１は基板１０１
裏面に、ｎ側電極１１２はコンタクト層１１０上にそれ
ぞれ配置される。
報に記載された、従来の半導体発光装置を示す断面図で
あり、図において、１０１はｐ型ＩｎＰ基板であり、ｐ
型ＩｎＰ第１クラッド層１０２は基板１０１上に配置さ
れ、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０３は第１クラッド層１０
２上に配置され、ｎ型ＩｎＰ第２クラッド層１０４は活
性層１０３上に配置される。第２クラッド層１０４，活
性層１０３，第１クラッド層１０２をエッチングするこ
とにより形成されたメサ構造の両サイド上には、ｐ型Ｉ
ｎＰ第１埋め込み層１０５が配置され、ｎ型ＩｎＰ第２
埋め込み層１０６は第１埋め込み層１０５上に配置され
る。高不純物濃度のｐ型ＩｎＰ第３埋め込み層１０７は
第２埋め込み層１０６上に配置され、ｐ型ＩｎＰ第４埋
め込み層１０８は第３埋め込み層１０７上に配置される
。ｎ型ＩｎＰ第３クラッド層１０９は第２クラッド層１
０４，及び第４埋め込み層１０８上に配置され、ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰコンタクト層１１０は第３クラッド層１０
９上に配置される。また、ｐ側電極１１１は基板１０１
裏面に、ｎ側電極１１２はコンタクト層１１０上にそれ
ぞれ配置される。
【０００９】また、図９は同じく特開平２−１４３４８
３号公報に記載された、従来の半導体発光装置を示す断
面図であり、この装置は、図８に示す装置のｐ型第４埋
め込み層１０８上に、高濃度不純物ｐ型ＩｎＰ第５埋め
込み層１１３を備えたものである。
３号公報に記載された、従来の半導体発光装置を示す断
面図であり、この装置は、図８に示す装置のｐ型第４埋
め込み層１０８上に、高濃度不純物ｐ型ＩｎＰ第５埋め
込み層１１３を備えたものである。
【００１０】これらの装置においては、高濃度不純物埋
め込み層１０７，１１３の挿入により、埋め込み層部分
がｐｎｐ＋ ｐｎもしくはｐｎｐ＋ ｐｐ＋ ｎのサイ
リスタ構造となっている。このためレーザ動作時におい
て、サイリスタ構造に注入される電子は高濃度不純物埋
め込み層により形成された電子に対するバリアにより移
動が阻止され、サイリスタはオンしにくくなる。これら
の構造においても、高濃度不純物埋め込み層が活性層に
近接して設けられているため、寄生容量低減のためにメ
サ構造とすることができる。
め込み層１０７，１１３の挿入により、埋め込み層部分
がｐｎｐ＋ ｐｎもしくはｐｎｐ＋ ｐｐ＋ ｎのサイ
リスタ構造となっている。このためレーザ動作時におい
て、サイリスタ構造に注入される電子は高濃度不純物埋
め込み層により形成された電子に対するバリアにより移
動が阻止され、サイリスタはオンしにくくなる。これら
の構造においても、高濃度不純物埋め込み層が活性層に
近接して設けられているため、寄生容量低減のためにメ
サ構造とすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す従来の高速
応答と高光出力を両立できる半導体発光装置は以上のよ
うに構成されており、半導体層５８は、半導体層５１，
５３，５４，５５，５６とは異なる屈折率を有しており
、活性層５２、半導体層５８およびその周囲の半導体層
で構成される導波路構造では、活性領域の幅方向の光の
閉じこめが不十分で、光の遠視野像が理想的なガウス分
布にならないという問題があった。
応答と高光出力を両立できる半導体発光装置は以上のよ
うに構成されており、半導体層５８は、半導体層５１，
５３，５４，５５，５６とは異なる屈折率を有しており
、活性層５２、半導体層５８およびその周囲の半導体層
で構成される導波路構造では、活性領域の幅方向の光の
閉じこめが不十分で、光の遠視野像が理想的なガウス分
布にならないという問題があった。
【００１２】また、図８，図９に示す従来の半導体発光
装置では、サイリスタをオンしにくくするために高濃度
不純物層を設けているが、キャリア濃度の高い良質の膜
を形成することは技術的に難しく、またこの構造を有効
なものとするためには、高濃度不純物層を約０．５ミク
ロン以上とある程度厚くすることが必要であり、デバイ
ス設計上の制限が生じ、良好な特性を示す最適構造とす
るための障害となるといった問題点があった。
装置では、サイリスタをオンしにくくするために高濃度
不純物層を設けているが、キャリア濃度の高い良質の膜
を形成することは技術的に難しく、またこの構造を有効
なものとするためには、高濃度不純物層を約０．５ミク
ロン以上とある程度厚くすることが必要であり、デバイ
ス設計上の制限が生じ、良好な特性を示す最適構造とす
るための障害となるといった問題点があった。
【００１３】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、寄生容量低減のためにメサ構造
とした場合においてもサイリスタ構造部を流れる電流の
低減効果を失うことなく高光出力を実現でき、かつその
出力光の遠視野像がガウス分布となる半導体発光装置を
得ることを目的とする。
ためになされたもので、寄生容量低減のためにメサ構造
とした場合においてもサイリスタ構造部を流れる電流の
低減効果を失うことなく高光出力を実現でき、かつその
出力光の遠視野像がガウス分布となる半導体発光装置を
得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体発
光装置は、ｐ型半導体上に順次形成された、該ｐ型半導
体より禁制帯幅の小さな半導体からなる活性層，及び該
活性層より禁制帯幅の大きなｎ型半導体層と、上記活性
層，及びｎ型半導体層をこれらをストライプ状に残すよ
うに上記ｐ型半導体に達するまでエッチング除去して形
成したメサの両サイド上に該メサを埋め込むように順次
形成された、上記活性層より禁制帯幅の大きなｐｎｐ埋
め込み層と、該埋め込み層上に形成された上記ｐ型半導
体より禁制帯幅の小さな半導体からなる小禁制帯幅層と
、該小禁制帯幅層及びメサ上に形成されたｎ型半導体層
とを備えたものである。
光装置は、ｐ型半導体上に順次形成された、該ｐ型半導
体より禁制帯幅の小さな半導体からなる活性層，及び該
活性層より禁制帯幅の大きなｎ型半導体層と、上記活性
層，及びｎ型半導体層をこれらをストライプ状に残すよ
うに上記ｐ型半導体に達するまでエッチング除去して形
成したメサの両サイド上に該メサを埋め込むように順次
形成された、上記活性層より禁制帯幅の大きなｐｎｐ埋
め込み層と、該埋め込み層上に形成された上記ｐ型半導
体より禁制帯幅の小さな半導体からなる小禁制帯幅層と
、該小禁制帯幅層及びメサ上に形成されたｎ型半導体層
とを備えたものである。
【００１５】
【作用】この発明においては、ｐ型半導体上に順次形成
された、該ｐ型半導体より禁制帯幅の小さな半導体から
なる活性層，及び該活性層より禁制帯幅の大きなｎ型半
導体層と、上記活性層，及びｎ型半導体層をこれらをス
トライプ状に残すように上記ｐ型半導体に達するまでエ
ッチング除去して形成したメサの両サイド上に該メサを
埋め込むように順次形成された、上記活性層より禁制帯
幅の大きなｐｎｐ埋め込み層と、該埋め込み層上に形成
された上記ｐ型半導体より禁制帯幅の小さな半導体から
なる小禁制帯幅層と、該小禁制帯幅層及びメサ上に形成
されたｎ型半導体層とを備えた構成としたから、サイリ
スタ構造部を流れる電流を減らすための小禁制帯幅層を
活性層と別工程で活性領域に近接して形成でき、しかも
活性層を禁制帯幅の大きな半導体層で囲んだ導波路構造
を実現できる。
された、該ｐ型半導体より禁制帯幅の小さな半導体から
なる活性層，及び該活性層より禁制帯幅の大きなｎ型半
導体層と、上記活性層，及びｎ型半導体層をこれらをス
トライプ状に残すように上記ｐ型半導体に達するまでエ
ッチング除去して形成したメサの両サイド上に該メサを
埋め込むように順次形成された、上記活性層より禁制帯
幅の大きなｐｎｐ埋め込み層と、該埋め込み層上に形成
された上記ｐ型半導体より禁制帯幅の小さな半導体から
なる小禁制帯幅層と、該小禁制帯幅層及びメサ上に形成
されたｎ型半導体層とを備えた構成としたから、サイリ
スタ構造部を流れる電流を減らすための小禁制帯幅層を
活性層と別工程で活性領域に近接して形成でき、しかも
活性層を禁制帯幅の大きな半導体層で囲んだ導波路構造
を実現できる。
【００１６】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１（ａ） は本発明の一実施例による半導体発
光装置の構造を示す断面図であり、図において１０はｐ
型のＩｎＰ基板である。基板１０より禁制帯幅の小さい
半導体Ｉｎ０．７１Ｇａ０．２９Ａｓ０．６２Ｐ０．３
８からなる活性層１１は基板１上に配置され、ｎ型Ｉｎ
Ｐ層１２は活性層１１上に配置される。これらｎ型Ｉｎ
Ｐ層１２，活性層１１，及び基板１０はメサ形にエッチ
ング成形されており、ｐ型ＩｎＰ層１３，ｎ型ＩｎＰ層
１４，ｐ型ＩｎＰ層１５，及びＩｎ０．８２Ｇａ０．１
８Ａｓ０．４ Ｐ０．６ 層１６はメサの両側に順次積
層配置される。ｎ型ＩｎＰ層１７はメサ上およびＩｎ０
．８２Ｇａ０．１８Ａｓ０．４Ｐ０．６ 層１６上に配
置され、ｎ型Ｉｎ０．８２Ｇａ０．１８Ａｓ０．４ Ｐ
０．６ コンタクト層１８はｎ型ＩｎＰ層１７上に配置
される。ｐ側電極１９は基板１０裏面に、ｎ側電極２０
はコンタクト層１８上にそれぞれ設けられる。
する。図１（ａ） は本発明の一実施例による半導体発
光装置の構造を示す断面図であり、図において１０はｐ
型のＩｎＰ基板である。基板１０より禁制帯幅の小さい
半導体Ｉｎ０．７１Ｇａ０．２９Ａｓ０．６２Ｐ０．３
８からなる活性層１１は基板１上に配置され、ｎ型Ｉｎ
Ｐ層１２は活性層１１上に配置される。これらｎ型Ｉｎ
Ｐ層１２，活性層１１，及び基板１０はメサ形にエッチ
ング成形されており、ｐ型ＩｎＰ層１３，ｎ型ＩｎＰ層
１４，ｐ型ＩｎＰ層１５，及びＩｎ０．８２Ｇａ０．１
８Ａｓ０．４ Ｐ０．６ 層１６はメサの両側に順次積
層配置される。ｎ型ＩｎＰ層１７はメサ上およびＩｎ０
．８２Ｇａ０．１８Ａｓ０．４Ｐ０．６ 層１６上に配
置され、ｎ型Ｉｎ０．８２Ｇａ０．１８Ａｓ０．４ Ｐ
０．６ コンタクト層１８はｎ型ＩｎＰ層１７上に配置
される。ｐ側電極１９は基板１０裏面に、ｎ側電極２０
はコンタクト層１８上にそれぞれ設けられる。
【００１７】また、図２は図１（ａ） の半導体発光装
置を示す斜視図であり、図において、２１，２２は劈開
端面である。
置を示す斜視図であり、図において、２１，２２は劈開
端面である。
【００１８】次に、本実施例の製造工程について説明す
る。図３は図１，図２に示す半導体発光装置の製造フロ
ーを示す断面工程図であり、図において図１，図２と同
一符号は同一又は相当部分である。
る。図３は図１，図２に示す半導体発光装置の製造フロ
ーを示す断面工程図であり、図において図１，図２と同
一符号は同一又は相当部分である。
【００１９】まず、図３（ａ） に示すように、ｐ型Ｉ
ｎＰ基板１０上に、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ
）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等により
、厚さ０．１ミクロンのＩｎ０．７１Ｇａ０．２９Ａｓ
０．６２Ｐ０．３８活性層１１，及び厚さ１ミクロンの
ｎ型ＩｎＰ層を順次形成する。次に、図３（ｂ） に示
すように写真製版とケミカルエッチングの技術を用いて
ウエハにメサを形成する。 ここでエッチングの深さは約４ミクロンである。この後
、図３（ｃ） に示すようにＬＰＥにより厚さ１ミクロ
ンのｐ型ＩｎＰ層１３，厚さ１．５ミクロンのｎ型Ｉｎ
Ｐ層１４，厚さ１．５ミクロンのｐ型ＩｎＰ層１５，及
び厚さ０．１ミクロンのＩｎ０．８２Ｇａ０．１８Ａｓ
０．４ Ｐ０．６ 層１６をメサの両側を埋め込むよう
に順次結晶成長する。そして、さらにメサ上およびＩｎ
０．８２Ｇａ０．１８Ａｓ０．４ Ｐ０．６ 層１６上
に、厚さ２ミクロンのｎ型ＩｎＰ層１７，及び厚さ１ミ
クロンのｎ型Ｉｎ０．８２Ｇａ０．１８Ａｓ０．４ Ｐ
０．６ コンタクト層１８を順次結晶成長して結晶成長
工程を終了する。この後、スパッタ等により、基板１０
裏面にｐ側電極１９を、コンタクト層１８上にｎ側電極
２０をそれぞれ形成し、劈開により共振器端面２１，２
２を形成して図１（ａ），図２に示すレーザ装置が完成
する。
ｎＰ基板１０上に、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ
）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等により
、厚さ０．１ミクロンのＩｎ０．７１Ｇａ０．２９Ａｓ
０．６２Ｐ０．３８活性層１１，及び厚さ１ミクロンの
ｎ型ＩｎＰ層を順次形成する。次に、図３（ｂ） に示
すように写真製版とケミカルエッチングの技術を用いて
ウエハにメサを形成する。 ここでエッチングの深さは約４ミクロンである。この後
、図３（ｃ） に示すようにＬＰＥにより厚さ１ミクロ
ンのｐ型ＩｎＰ層１３，厚さ１．５ミクロンのｎ型Ｉｎ
Ｐ層１４，厚さ１．５ミクロンのｐ型ＩｎＰ層１５，及
び厚さ０．１ミクロンのＩｎ０．８２Ｇａ０．１８Ａｓ
０．４ Ｐ０．６ 層１６をメサの両側を埋め込むよう
に順次結晶成長する。そして、さらにメサ上およびＩｎ
０．８２Ｇａ０．１８Ａｓ０．４ Ｐ０．６ 層１６上
に、厚さ２ミクロンのｎ型ＩｎＰ層１７，及び厚さ１ミ
クロンのｎ型Ｉｎ０．８２Ｇａ０．１８Ａｓ０．４ Ｐ
０．６ コンタクト層１８を順次結晶成長して結晶成長
工程を終了する。この後、スパッタ等により、基板１０
裏面にｐ側電極１９を、コンタクト層１８上にｎ側電極
２０をそれぞれ形成し、劈開により共振器端面２１，２
２を形成して図１（ａ），図２に示すレーザ装置が完成
する。
【００２０】次に動作について説明する。ｐ型半導体基
板１０とｎ型コンタクト層１８に電圧をかけると、キャ
リアである正孔と電子は、活性領域１１に注入され、発
光再結合により発光する。
板１０とｎ型コンタクト層１８に電圧をかけると、キャ
リアである正孔と電子は、活性領域１１に注入され、発
光再結合により発光する。
【００２１】半導体層１３，１４，１５，１６，１７は
ｐｎｐｎ構造となっており、低電圧印加時には、電流阻
止層の役目をはたして、電流を効率よく活性領域に流す
ことができる。光出力を増すために高電圧を印加すると
、ｐｎｐｎ構造は一般にオン状態となり電流素子効果が
なくなり、光出力が上がらなくなるが、本実施例では基
板１０よりも禁制帯幅の小さな小禁制帯幅層１６がある
ため、このｐｎｐｎサイリスタ構造が比較的高電圧印加
時までオン状態にならず、高光出力を得ることができる
。
ｐｎｐｎ構造となっており、低電圧印加時には、電流阻
止層の役目をはたして、電流を効率よく活性領域に流す
ことができる。光出力を増すために高電圧を印加すると
、ｐｎｐｎ構造は一般にオン状態となり電流素子効果が
なくなり、光出力が上がらなくなるが、本実施例では基
板１０よりも禁制帯幅の小さな小禁制帯幅層１６がある
ため、このｐｎｐｎサイリスタ構造が比較的高電圧印加
時までオン状態にならず、高光出力を得ることができる
。
【００２２】次に本実施例において高出力動作が可能な
理由を、等価回路図を用いて説明する。図１（ｂ） は
図１（ａ） の半導体レーザ装置の等価回路を示す図で
ある。図において、Ｄ１ はｐ型基板１０，活性層１１
，及びｎ型半導体層１２で構成されるダイオード、Ｄ２
はｐ型半導体層１５，基板よりも小さい禁制帯幅を有
する半導体からなる層１６，及びｎ型半導体層１７で構
成されるダイオード、Ｑ１ はｐ型半導体層１３，ｎ型
半導体層１４，及びｐ型半導体１５で構成されるＰＮＰ
トランジスタ、Ｑ２はｎ型半導体層１４，ｐ型半導体１
５，基板よりも小さい禁制帯幅を有する半導体からなる
層１６，及びｎ型半導体層１７で構成されるＮＰＮトラ
ンジスタである。また、Ｒ１ 〜Ｒ５ はダイオードＤ
１ ，Ｄ２ ，及びトランジスタＱ１ ，Ｑ２ に接続
している抵抗である。本実施例では、基板１０よりも小
さい禁制帯幅を有する半導体からなる小禁制帯幅層１６
を導入することにより、ダイオードＤ２ 及びトランジ
スタＱ１ の特性が変わり、ダイオードＤ１ を流れる
電流が増え、他の経路を流れる電流が減るため、高出力
動作が可能となる。
理由を、等価回路図を用いて説明する。図１（ｂ） は
図１（ａ） の半導体レーザ装置の等価回路を示す図で
ある。図において、Ｄ１ はｐ型基板１０，活性層１１
，及びｎ型半導体層１２で構成されるダイオード、Ｄ２
はｐ型半導体層１５，基板よりも小さい禁制帯幅を有
する半導体からなる層１６，及びｎ型半導体層１７で構
成されるダイオード、Ｑ１ はｐ型半導体層１３，ｎ型
半導体層１４，及びｐ型半導体１５で構成されるＰＮＰ
トランジスタ、Ｑ２はｎ型半導体層１４，ｐ型半導体１
５，基板よりも小さい禁制帯幅を有する半導体からなる
層１６，及びｎ型半導体層１７で構成されるＮＰＮトラ
ンジスタである。また、Ｒ１ 〜Ｒ５ はダイオードＤ
１ ，Ｄ２ ，及びトランジスタＱ１ ，Ｑ２ に接続
している抵抗である。本実施例では、基板１０よりも小
さい禁制帯幅を有する半導体からなる小禁制帯幅層１６
を導入することにより、ダイオードＤ２ 及びトランジ
スタＱ１ の特性が変わり、ダイオードＤ１ を流れる
電流が増え、他の経路を流れる電流が減るため、高出力
動作が可能となる。
【００２３】本構造では、活性領域１２とは別工程で禁
制帯幅の小さな層１６を形成するため、最も高い光出力
を得られるように層１６の禁制帯幅を選ぶことができる
。また、禁制帯幅の小さな層１６は活性領域１１の幅と
同程度の位置まで形成しているので、寄生容量を減らす
ため、図８に示すようにエッチングにより溝２５を形成
し、メサ構造とした場合においても、メサの内部に必ず
禁制帯幅の小さな層１６を残すことができるため、高出
力を維持しつつ、高速応答特性を同時に満足することが
できる。また、禁制帯幅の小さな層１６は活性領域１１
から離れた位置にあり、活性層の周囲は禁制帯幅の大き
な半導体で囲まれた構造となっているので活性領域１１
内の光の閉じ込めが十分にでき、理想的なガウス分布の
遠視野像が得ることができる。さらに、禁制帯幅の小さ
な層１６は、図８，図９に示す従来例の高キャリア濃度
層に比して成膜が容易であり、かつ０．１ミクロン以下
の層厚で十分その効果を示すため、製造面，設計面にお
いても大きなメリットがある。
制帯幅の小さな層１６を形成するため、最も高い光出力
を得られるように層１６の禁制帯幅を選ぶことができる
。また、禁制帯幅の小さな層１６は活性領域１１の幅と
同程度の位置まで形成しているので、寄生容量を減らす
ため、図８に示すようにエッチングにより溝２５を形成
し、メサ構造とした場合においても、メサの内部に必ず
禁制帯幅の小さな層１６を残すことができるため、高出
力を維持しつつ、高速応答特性を同時に満足することが
できる。また、禁制帯幅の小さな層１６は活性領域１１
から離れた位置にあり、活性層の周囲は禁制帯幅の大き
な半導体で囲まれた構造となっているので活性領域１１
内の光の閉じ込めが十分にでき、理想的なガウス分布の
遠視野像が得ることができる。さらに、禁制帯幅の小さ
な層１６は、図８，図９に示す従来例の高キャリア濃度
層に比して成膜が容易であり、かつ０．１ミクロン以下
の層厚で十分その効果を示すため、製造面，設計面にお
いても大きなメリットがある。
【００２４】なお上記実施例ではｐ型半導体基板１０上
に直接、活性層である禁制帯幅の小さな半導体層１１を
形成したが、両者の間に基板１０と同じあるいは違う禁
制帯幅の層をバッファ層として設けてもかまわない。こ
の場合、禁制帯幅の基準は、基板１１ではなく、バッフ
ァ層となることはいうまでもない。
に直接、活性層である禁制帯幅の小さな半導体層１１を
形成したが、両者の間に基板１０と同じあるいは違う禁
制帯幅の層をバッファ層として設けてもかまわない。こ
の場合、禁制帯幅の基準は、基板１１ではなく、バッフ
ァ層となることはいうまでもない。
【００２５】また、分布帰還型半導体レーザのように、
活性層１２の上または下側に、基板１１とは異なる禁制
帯幅を有する層を有していてもかまわない。
活性層１２の上または下側に、基板１１とは異なる禁制
帯幅を有する層を有していてもかまわない。
【００２６】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ｐ型半
導体上に順次形成された、該ｐ型半導体より禁制帯幅の
小さな半導体からなる活性層，及び該活性層より禁制帯
幅の大きなｎ型半導体層と、上記活性層，及びｎ型半導
体層をこれらをストライプ状に残すように上記ｐ型半導
体に達するまでエッチング除去して形成したメサの両サ
イド上に該メサを埋め込むように順次形成された、上記
活性層より禁制帯幅の大きなｐｎｐ埋め込み層と、該埋
め込み層上に形成された上記ｐ型半導体より禁制帯幅の
小さな半導体からなる小禁制帯幅層と、該小禁制帯幅層
及びメサ上に形成されたｎ型半導体層とを備えた構成と
したから、サイリスタ構造部を流れる電流を減らすため
の小禁制帯幅層を活性層と別工程で活性領域に近接して
形成でき、しかも活性層を禁制帯幅の大きな半導体層で
囲んだ導波路構造を実現でき、これにより高速応答性と
高光出力の両立が可能で、かつガウス分布の遠視野像を
持つ光を出力できる半導体発光装置を実現できる効果が
ある。
導体上に順次形成された、該ｐ型半導体より禁制帯幅の
小さな半導体からなる活性層，及び該活性層より禁制帯
幅の大きなｎ型半導体層と、上記活性層，及びｎ型半導
体層をこれらをストライプ状に残すように上記ｐ型半導
体に達するまでエッチング除去して形成したメサの両サ
イド上に該メサを埋め込むように順次形成された、上記
活性層より禁制帯幅の大きなｐｎｐ埋め込み層と、該埋
め込み層上に形成された上記ｐ型半導体より禁制帯幅の
小さな半導体からなる小禁制帯幅層と、該小禁制帯幅層
及びメサ上に形成されたｎ型半導体層とを備えた構成と
したから、サイリスタ構造部を流れる電流を減らすため
の小禁制帯幅層を活性層と別工程で活性領域に近接して
形成でき、しかも活性層を禁制帯幅の大きな半導体層で
囲んだ導波路構造を実現でき、これにより高速応答性と
高光出力の両立が可能で、かつガウス分布の遠視野像を
持つ光を出力できる半導体発光装置を実現できる効果が
ある。
【図１】この発明の一実施例による半導体発光装置の構
造を示す断面図及びその等価回路図である。
造を示す断面図及びその等価回路図である。
【図２】この発明の一実施例による半導体発光装置を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図３】図１，図２に示す実施例の製造工程を示す図で
ある。
ある。
【図４】従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【図５】図４に示す半導体発光装置を寄生容量低減のた
めにメサ構造としたものを示す断面図である。
めにメサ構造としたものを示す断面図である。
【図６】従来の他の半導体発光装置を示す断面図である
。
。
【図７】図６に示す半導体発光装置を寄生容量低減のた
めにメサ構造としたものを示す断面図である。
めにメサ構造としたものを示す断面図である。
【図８】従来のさらに他の半導体発光装置を示す断面図
である。
である。
【図９】従来のさらに他の半導体発光装置を示す断面図
である。
である。
【図１０】図１，図２に示す実施例を寄生容量低減のた
めにメサ構造とした本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。
めにメサ構造とした本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。
１０ ｐ型半導体基板
１１ 基板よりも禁制帯幅の小さな半導体層
１２ ｎ型半導体層 １３ ｐ型半導体層 １４ ｎ型半導体層 １５ ｐ型半導体層 １６ 基板よりも禁制帯幅の小さな半導体層
１７ ｎ型半導体層 １８ ｎ型コンタクト層 １９ ｐ側電極 ２０ ｎ側電極
１２ ｎ型半導体層 １３ ｐ型半導体層 １４ ｎ型半導体層 １５ ｐ型半導体層 １６ 基板よりも禁制帯幅の小さな半導体層
１７ ｎ型半導体層 １８ ｎ型コンタクト層 １９ ｐ側電極 ２０ ｎ側電極
Claims (1)
- 【請求項１】 ｐ型半導体上に順次形成された、該ｐ
型半導体より禁制帯幅の小さな半導体からなる活性層，
及び該活性層より禁制帯幅の大きな第１のｎ型半導体層
と、上記活性層，及び第１のｎ型半導体層をこれらをス
トライプ状に残すように上記ｐ型半導体に達するまでエ
ッチング除去して形成したメサの両サイド上に該メサを
埋め込むように順次形成された、上記活性層より禁制帯
幅の大きな第１のｐ型半導体層，第２のｎ型半導体層，
第２のｐ型半導体層と、上記第２のｐ型半導体層上に形
成された上記ｐ型半導体より禁制帯幅の小さな半導体か
らなる小禁制帯幅層と、該小禁制帯幅層及び上記第１の
ｎ型半導体層上に形成された第３のｎ型半導体層とを備
えたことを特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3112539A JPH04317384A (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 半導体発光装置 |
| US07/830,848 US5228048A (en) | 1991-04-16 | 1992-02-04 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3112539A JPH04317384A (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04317384A true JPH04317384A (ja) | 1992-11-09 |
Family
ID=14589180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3112539A Pending JPH04317384A (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 半導体発光装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5228048A (ja) |
| JP (1) | JPH04317384A (ja) |
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| JPH09167874A (ja) * | 1995-12-15 | 1997-06-24 | Nec Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US6350629B1 (en) | 1998-09-02 | 2002-02-26 | Nec Corporation | Optical semiconductor device having active layer and carrier recombination layer different from each other |
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| US6256331B1 (en) * | 1997-08-08 | 2001-07-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device, optical communication system using the same, and method for producing compound semiconductor |
| JPH11121860A (ja) | 1997-10-20 | 1999-04-30 | Oki Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体発光素子およびその形成方法 |
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1991
- 1991-04-16 JP JP3112539A patent/JPH04317384A/ja active Pending
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- 1992-02-04 US US07/830,848 patent/US5228048A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| US5228048A (en) | 1993-07-13 |
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