JPH06112589A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH06112589A JPH06112589A JP25503092A JP25503092A JPH06112589A JP H06112589 A JPH06112589 A JP H06112589A JP 25503092 A JP25503092 A JP 25503092A JP 25503092 A JP25503092 A JP 25503092A JP H06112589 A JPH06112589 A JP H06112589A
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、特定のふたつ以上の波長の光を任意
の強度で出力できることを主要な目的とする。 【構成】化合物半導体により導伝型の層列としてｐ型／
ｎ型／ｐ型またはｎ型／ｐ型／ｎ型の層構造を形成し、
この層構造内のふたつのｐｎ接合近傍にそれぞれ近接す
る層よりバンドギャップエネルギの小さい組成のふたつ
の活性層を備え、前記ふたつの活性層に伝導帯と価電子
帯の間の遷移波長を互いに異なる大きさに形成し、前記
ふたつの活性層を独立に発光させる電流注入手段が設け
られていることを特徴とする半導体発光素子。
の強度で出力できることを主要な目的とする。 【構成】化合物半導体により導伝型の層列としてｐ型／
ｎ型／ｐ型またはｎ型／ｐ型／ｎ型の層構造を形成し、
この層構造内のふたつのｐｎ接合近傍にそれぞれ近接す
る層よりバンドギャップエネルギの小さい組成のふたつ
の活性層を備え、前記ふたつの活性層に伝導帯と価電子
帯の間の遷移波長を互いに異なる大きさに形成し、前記
ふたつの活性層を独立に発光させる電流注入手段が設け
られていることを特徴とする半導体発光素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関し、
特に多波長のレーザ光またはＬＥＤ光の発生に利用し、
更に詳しくは光通信システムにおける波長の多重化光源
の提供や、化学・医療分野における多波長レーザを利用
した光吸収・反射スペクトル測定に利用されるものであ
る。
特に多波長のレーザ光またはＬＥＤ光の発生に利用し、
更に詳しくは光通信システムにおける波長の多重化光源
の提供や、化学・医療分野における多波長レーザを利用
した光吸収・反射スペクトル測定に利用されるものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】波長の切り換えが可能で、しかも、波長
の切り換え幅が２０ｎｍを越える半導体レーザの構成と
して、ＡＤＱＷ（Ａsymmetric dual quantum well）
レーザが知られている。図６はこのレーザの活性層のバ
ンド構造図を、図７，図８はこのレーザの波長の切り替
え特性を示している。基底準位間の遷移波長が異なるふ
たつの量子井戸をｐｎ接合の近傍に形成し、接合に注入
する電流の大きさにより発振波長の切り換えを行うもの
である。注入電流が小さいときは、伝導帯の電子も価電
子帯の正孔も量子井戸の最も低エネルギの準位から状態
を占有するので、小さな遷移エネルギをもつ量子井戸の
光利得が相対的に大きく、これに対応して、長波長で発
振する。しかし、キャリアがふたつの量子井戸に注入さ
れる状態は、キャリアがふたつの井戸の間のバリアを越
えて輸送される速度にも依存する。この輸送速度はバリ
アの高さと幅（厚さ）により決まる制限値をもつので、
注入電流を大きくすると有効質量の大きい正孔がバリア
層を越えて輸送される割合が低下する。従って、図６の
場合は、遷移エネルギの小さい量子井戸（ＱＷ−１）に
正孔が注入されにくくなり、相対的に、遷移エネルギの
大きい量子井戸（ＱＷ−２）によるレーザ発振が支配的
になる。このようなメカニズムにより注入電流の大小に
よりレーザ発振に寄与する量子井戸が移り変わることに
より、レーザの発振波長を切り換えることができる。
の切り換え幅が２０ｎｍを越える半導体レーザの構成と
して、ＡＤＱＷ（Ａsymmetric dual quantum well）
レーザが知られている。図６はこのレーザの活性層のバ
ンド構造図を、図７，図８はこのレーザの波長の切り替
え特性を示している。基底準位間の遷移波長が異なるふ
たつの量子井戸をｐｎ接合の近傍に形成し、接合に注入
する電流の大きさにより発振波長の切り換えを行うもの
である。注入電流が小さいときは、伝導帯の電子も価電
子帯の正孔も量子井戸の最も低エネルギの準位から状態
を占有するので、小さな遷移エネルギをもつ量子井戸の
光利得が相対的に大きく、これに対応して、長波長で発
振する。しかし、キャリアがふたつの量子井戸に注入さ
れる状態は、キャリアがふたつの井戸の間のバリアを越
えて輸送される速度にも依存する。この輸送速度はバリ
アの高さと幅（厚さ）により決まる制限値をもつので、
注入電流を大きくすると有効質量の大きい正孔がバリア
層を越えて輸送される割合が低下する。従って、図６の
場合は、遷移エネルギの小さい量子井戸（ＱＷ−１）に
正孔が注入されにくくなり、相対的に、遷移エネルギの
大きい量子井戸（ＱＷ−２）によるレーザ発振が支配的
になる。このようなメカニズムにより注入電流の大小に
よりレーザ発振に寄与する量子井戸が移り変わることに
より、レーザの発振波長を切り換えることができる。
【０００３】これに対して、本発明者は、ふたつの活性
層を積層し、さらに、これらをふたつのｐｎ接合により
電気的に分離し、各々の活性層に注入する電流の相対的
な大きさを変えることにより、導波路全体の屈折率を変
化させ、発振波長を掃引することのできるＣomplementa
ry Ｔwin −Ａctive −Ｇuide（ＣＴＡＧ）レーザを提
案している。図９にこのレーザの構造を示す。
層を積層し、さらに、これらをふたつのｐｎ接合により
電気的に分離し、各々の活性層に注入する電流の相対的
な大きさを変えることにより、導波路全体の屈折率を変
化させ、発振波長を掃引することのできるＣomplementa
ry Ｔwin −Ａctive −Ｇuide（ＣＴＡＧ）レーザを提
案している。図９にこのレーザの構造を示す。
【０００４】図中の１はｐ型電極、２はｎ型電極、３は
ＳｉＯ2 等による絶縁膜である。４，５は、各々、電極
のコンタクト抵抗を小さくするためのｐ型コンタクト
層、ｎ型コンタクト層である。６，７，８は、各々、第
１活性層、ｎ型分離層、第２活性層であり、９，10は、
各々、ｐ型クラッド層、ｎ型埋め込み層である。11はレ
ーザ発振波長を決める回折格子を形成したガイド層であ
る。
ＳｉＯ2 等による絶縁膜である。４，５は、各々、電極
のコンタクト抵抗を小さくするためのｐ型コンタクト
層、ｎ型コンタクト層である。６，７，８は、各々、第
１活性層、ｎ型分離層、第２活性層であり、９，10は、
各々、ｐ型クラッド層、ｎ型埋め込み層である。11はレ
ーザ発振波長を決める回折格子を形成したガイド層であ
る。
【０００５】前記第１活性層６に注入する電流Ｉ1 は、
上部のｐ型電極１、ｐ型コンタクト層４、ｐ型クラッド
層９、ガイド層11、第１活性層６、ｎ型分離層７、ｎ型
埋め込み層10、ｎ型コンタクト層５、ｎ型電極２の経路
により注入される。前記第２活性層８に注入する電流Ｉ
2 は、下部のｐ型電極１、ｐ型クラッド層９、第２活性
層８、ｎ型分離層７、ｎ型埋め込み層10、ｎ型コンタク
ト層５、ｎ型電極２の経路により注入される。
上部のｐ型電極１、ｐ型コンタクト層４、ｐ型クラッド
層９、ガイド層11、第１活性層６、ｎ型分離層７、ｎ型
埋め込み層10、ｎ型コンタクト層５、ｎ型電極２の経路
により注入される。前記第２活性層８に注入する電流Ｉ
2 は、下部のｐ型電極１、ｐ型クラッド層９、第２活性
層８、ｎ型分離層７、ｎ型埋め込み層10、ｎ型コンタク
ト層５、ｎ型電極２の経路により注入される。
【０００６】ＣＴＡＧレーザでは、ふたつの活性層に注
入する電流Ｉ1 ，Ｉ2 の相対的な大きさを変化させるこ
とにより、各々の活性層のキャリア密度が変化し、これ
が、活性層の屈折率を変化させる効果（プラズマ効果や
バンドフィリング効果）を介して、ガイド層上に作り付
けた回折格子の光学的なピッチを変化させて、発振波長
を変化させることができる。
入する電流Ｉ1 ，Ｉ2 の相対的な大きさを変化させるこ
とにより、各々の活性層のキャリア密度が変化し、これ
が、活性層の屈折率を変化させる効果（プラズマ効果や
バンドフィリング効果）を介して、ガイド層上に作り付
けた回折格子の光学的なピッチを変化させて、発振波長
を変化させることができる。
【０００７】上述のＡＤＱＷレーザは、例えば、文献
（１）シミズ他、アプライド・フィジクス・レターズ、
第59巻、第504 頁、1991年（Ａ．Ｓhimizu et al ．，
Ａppl．Ｐhys ．Ｌett ．，vol ．59，ｐ．504 ，199
1）に詳しく説明されている。また、上記のＣＴＡＧレ
ーザについては、文献（２）ヤマモト他、ジャパニーズ
・ジャ−ナル・オブ・アプライド・フィジクス、第30
巻、第Ｌ1884頁、1991年（Ｅ．Ｙamamoto et al．，
Ｊpn．Ｊ．Ａppl ．Ｐhys ．，vol ．30，ｐ．Ｌ1884，
1991）に詳しく説明されている。
（１）シミズ他、アプライド・フィジクス・レターズ、
第59巻、第504 頁、1991年（Ａ．Ｓhimizu et al ．，
Ａppl．Ｐhys ．Ｌett ．，vol ．59，ｐ．504 ，199
1）に詳しく説明されている。また、上記のＣＴＡＧレ
ーザについては、文献（２）ヤマモト他、ジャパニーズ
・ジャ−ナル・オブ・アプライド・フィジクス、第30
巻、第Ｌ1884頁、1991年（Ｅ．Ｙamamoto et al．，
Ｊpn．Ｊ．Ａppl ．Ｐhys ．，vol ．30，ｐ．Ｌ1884，
1991）に詳しく説明されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ＡＤＱＷレーザに関しては、以下の問題があった。 （ａ）ふたつの活性層を電気的に独立に制御できない。 （ｂ）波長の切り換えは特定の注入電流においてのみ可
能である。 （ｃ）上記（ａ），（ｂ）により長波長側の光出力が制
限される。 （ｄ）ふたつの波長を同時に、かつ、安定に発振させる
ことができない。 このように、上述のＡＤＱＷレーザでは、ふたつ以上の
特定の光波長をもつレーザ光を任意の光強度で出力させ
ることができない。一方、上述のＣＴＡＧレーザでは、
数ｎｍ以下の波長可変を前提としており、多波長レーザ
としては、波長の切り換え幅が小さい。
ＡＤＱＷレーザに関しては、以下の問題があった。 （ａ）ふたつの活性層を電気的に独立に制御できない。 （ｂ）波長の切り換えは特定の注入電流においてのみ可
能である。 （ｃ）上記（ａ），（ｂ）により長波長側の光出力が制
限される。 （ｄ）ふたつの波長を同時に、かつ、安定に発振させる
ことができない。 このように、上述のＡＤＱＷレーザでは、ふたつ以上の
特定の光波長をもつレーザ光を任意の光強度で出力させ
ることができない。一方、上述のＣＴＡＧレーザでは、
数ｎｍ以下の波長可変を前提としており、多波長レーザ
としては、波長の切り換え幅が小さい。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、光波長として数十ｎｍあるいは数百ｎｍの広い帯域
をカバーして、特定のふたつ以上の波長の光を任意の強
度で出力できる半導体発光素子を提供することを目的と
する。
で、光波長として数十ｎｍあるいは数百ｎｍの広い帯域
をカバーして、特定のふたつ以上の波長の光を任意の強
度で出力できる半導体発光素子を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、化合物半導体
により導伝型の層列としてｐ型／ｎ型／ｐ型またはｎ型
／ｐ型／ｎ型の層構造を形成し、この層構造内のふたつ
のｐｎ接合近傍にそれぞれ近接する層よりバンドギャッ
プエネルギの小さい組成のふたつの活性層を備え、前記
ふたつの活性層に伝導帯と価電子帯の間の遷移波長を互
いに異なる大きさに形成し、前記ふたつの活性層を独立
に発光させる電流注入手段が設けられていることを特徴
とする半導体発光素子である。本発明において、下記の
具体的な手段が挙げられる。
により導伝型の層列としてｐ型／ｎ型／ｐ型またはｎ型
／ｐ型／ｎ型の層構造を形成し、この層構造内のふたつ
のｐｎ接合近傍にそれぞれ近接する層よりバンドギャッ
プエネルギの小さい組成のふたつの活性層を備え、前記
ふたつの活性層に伝導帯と価電子帯の間の遷移波長を互
いに異なる大きさに形成し、前記ふたつの活性層を独立
に発光させる電流注入手段が設けられていることを特徴
とする半導体発光素子である。本発明において、下記の
具体的な手段が挙げられる。
【００１１】(1) ふたつの活性層により形成する導波路
の間隔を近づけてふたつの導波路が光学的に互いに強結
合し、光学的にはひとつの導波路を形成し、放射光が前
記のひとつの導波路より出射すること。
の間隔を近づけてふたつの導波路が光学的に互いに強結
合し、光学的にはひとつの導波路を形成し、放射光が前
記のひとつの導波路より出射すること。
【００１２】(2) ふたつの活性層により形成する導波路
の間隔を広げてふたつの導波路が実質的に光学的結合を
しない状態とし、放射光が前記のふたつの導波路よりそ
れぞれ別々に出射すること。
の間隔を広げてふたつの導波路が実質的に光学的結合を
しない状態とし、放射光が前記のふたつの導波路よりそ
れぞれ別々に出射すること。
【００１３】(3) ふたつの活性層がバンドギャップエネ
ルギの小さい層とこれの両側または片側にこれよりバン
ドギャップエネルギの大きい層を形成した分離閉じ込め
ヘテロ構造（ＳＣＨ）よりなること。 (4) 半導体レーザの共振器端面に反射率を制御する光学
膜を形成し、放出される光のコヒーレンス長を制御する
こと。 ここで、上記(3) の具体的な手段は、以下の通りであ
る。 (5) ふたつの活性層をバルク結晶により形成すること。 (6) ふたつの活性層の片方または両方が単一量子井戸ま
たは多重量子井戸により形成されること。
ルギの小さい層とこれの両側または片側にこれよりバン
ドギャップエネルギの大きい層を形成した分離閉じ込め
ヘテロ構造（ＳＣＨ）よりなること。 (4) 半導体レーザの共振器端面に反射率を制御する光学
膜を形成し、放出される光のコヒーレンス長を制御する
こと。 ここで、上記(3) の具体的な手段は、以下の通りであ
る。 (5) ふたつの活性層をバルク結晶により形成すること。 (6) ふたつの活性層の片方または両方が単一量子井戸ま
たは多重量子井戸により形成されること。
【００１４】(7) ふたつの活性層のうち片方または両方
の活性層の構造に関して、ふたつ以上の互いに遷移波長
の異なる層をこれらよりバンドギャップエネルギの大き
な層で挟む層構造を形成し、注入する電流の大きさによ
りひとつの活性層より放射する光波長の切り換えが可能
なこと。
の活性層の構造に関して、ふたつ以上の互いに遷移波長
の異なる層をこれらよりバンドギャップエネルギの大き
な層で挟む層構造を形成し、注入する電流の大きさによ
りひとつの活性層より放射する光波長の切り換えが可能
なこと。
【００１５】また、上記(5) の具体的な手段としては、
量子井戸活性層に注入する電流の大きさを変化させるこ
とにより、光利得が最大となる波長を量子井戸における
基底準位間の遷移によるものからより高い準位の遷移に
よるものに変え、これによりひとつの活性層から放射す
る光波長の切り換えが可能なことが挙げられる。
量子井戸活性層に注入する電流の大きさを変化させるこ
とにより、光利得が最大となる波長を量子井戸における
基底準位間の遷移によるものからより高い準位の遷移に
よるものに変え、これによりひとつの活性層から放射す
る光波長の切り換えが可能なことが挙げられる。
【００１６】
【作用】本発明によれば、ふたつの波長を切り換えが可
能で、しかも、各波長の光を任意の光パワーで出力する
ことができる。
能で、しかも、各波長の光を任意の光パワーで出力する
ことができる。
【００１７】また、「課題を解決するための手段」の欄
の上記(7) 又は(6) により、ひとつの活性層より光利得
を得て出射される光波長を切り換えることができるの
で、本発明の機能と併せて、３種以上の波長の切り換え
が可能となる。しかしながら、ひとつの活性層より光利
得を得て出力される光の波長を切り換える場合は、図７
の場合と同様に光パワーを自由に設定することは難し
い。
の上記(7) 又は(6) により、ひとつの活性層より光利得
を得て出射される光波長を切り換えることができるの
で、本発明の機能と併せて、３種以上の波長の切り換え
が可能となる。しかしながら、ひとつの活性層より光利
得を得て出力される光の波長を切り換える場合は、図７
の場合と同様に光パワーを自由に設定することは難し
い。
【００１８】上記(1) により、ふたつの活性層が近接し
て光学的に強結合した構造を有する場合は、各々の活性
層より光利得を得た光が実質的にひとつの導波路より出
射されることになり、ビームの精密な絞り込みを必要と
する用途に適している。しかしながら、ひとつの活性層
が光利得を有する波長の半値幅は１５０ｎｍ程度である
ので、これ以上の波長幅で光を切り換えると短波長側の
光は基底準位間の遷移波長の長い（バンドギャップエネ
ルギが小さい）方の活性層により光吸収され、レーザ発
振や大きなパワーの発光が難しい。
て光学的に強結合した構造を有する場合は、各々の活性
層より光利得を得た光が実質的にひとつの導波路より出
射されることになり、ビームの精密な絞り込みを必要と
する用途に適している。しかしながら、ひとつの活性層
が光利得を有する波長の半値幅は１５０ｎｍ程度である
ので、これ以上の波長幅で光を切り換えると短波長側の
光は基底準位間の遷移波長の長い（バンドギャップエネ
ルギが小さい）方の活性層により光吸収され、レーザ発
振や大きなパワーの発光が難しい。
【００１９】これに対して、上記(2) によると、ふたつ
の活性層が光学的に結合しないように、間隔を広げて形
成される場合は、一方の活性層より出射した光が他方の
活性層により吸収されないので、各々の活性層から出射
される光の波長差を大きくすることができる。しかし、
光は各々の活性層が形成する導波路より出射されるの
で、ビームの精密な絞り込みを必要とする用途には適さ
ない。
の活性層が光学的に結合しないように、間隔を広げて形
成される場合は、一方の活性層より出射した光が他方の
活性層により吸収されないので、各々の活性層から出射
される光の波長差を大きくすることができる。しかし、
光は各々の活性層が形成する導波路より出射されるの
で、ビームの精密な絞り込みを必要とする用途には適さ
ない。
【００２０】上記(4) によると、上述の作用効果を有す
る素子に対して、共振器端面の反射率を下げることによ
り半導体発光素子内部の光の共振状態を制御できるの
で、出力光のスペクトル線幅を広げることができ、光の
コヒーレンス長を短くすることが可能となる。これによ
り、光計測分野で多波長の光を使用する場合に戻り光な
どによる光の干渉の効果を軽減することが可能となる。
る素子に対して、共振器端面の反射率を下げることによ
り半導体発光素子内部の光の共振状態を制御できるの
で、出力光のスペクトル線幅を広げることができ、光の
コヒーレンス長を短くすることが可能となる。これによ
り、光計測分野で多波長の光を使用する場合に戻り光な
どによる光の干渉の効果を軽減することが可能となる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明に係る半導体発光素子の基本的
な構成例を示す。
明する。図１は、本発明に係る半導体発光素子の基本的
な構成例を示す。
【００２２】図中の21は、ｐ型の半導体基板である。こ
の基板21上には、ｐ型のバッファ層22、ｎ型のブロック
層23が順次形成されている。前記ブロック層23及びバッ
ファ層22の所定の位置には、ｐ型の拡散層24が前記バッ
ファ層22の底部にまで達しないように形成されている。
の基板21上には、ｐ型のバッファ層22、ｎ型のブロック
層23が順次形成されている。前記ブロック層23及びバッ
ファ層22の所定の位置には、ｐ型の拡散層24が前記バッ
ファ層22の底部にまで達しないように形成されている。
【００２３】前記ブロック層23上には、ｐ型の第１クラ
ッド層25、第１活性層26、ｎ型の分離層27、第２活性層
28、ｐ型の第２クラッド層29が順次形成されている。こ
れらの各層はメサ状に除去され、この除去された部分及
びこの上部にｎ型の埋込み層30が形成されている。
ッド層25、第１活性層26、ｎ型の分離層27、第２活性層
28、ｐ型の第２クラッド層29が順次形成されている。こ
れらの各層はメサ状に除去され、この除去された部分及
びこの上部にｎ型の埋込み層30が形成されている。
【００２４】前記第２クラッド層29の上方には、ｐ型の
拡散層31が両脇から前記埋込み層30で挟さまれるように
形成されている。前記基板21の下面には、ｐ型電極32が
形成されている。前記埋込み層30及び拡散層31上には、
これら埋込み層30及び拡散層31に対応する部分に開口部
を有した絶縁膜33が形成されている。これらの開口部に
は、それぞれｐ型電極34、ｎ型電極35が形成されてい
る。
拡散層31が両脇から前記埋込み層30で挟さまれるように
形成されている。前記基板21の下面には、ｐ型電極32が
形成されている。前記埋込み層30及び拡散層31上には、
これら埋込み層30及び拡散層31に対応する部分に開口部
を有した絶縁膜33が形成されている。これらの開口部に
は、それぞれｐ型電極34、ｎ型電極35が形成されてい
る。
【００２５】こうした構成の半導体発光素素子におい
て、前記第１活性層26及び第２活性層28はふたつの互い
に遷移波長の異なる活性層であり、これらが第１クラッ
ド層25、分離層28及び第２クラッド層29により電気的に
分離されている。上部のｐ型電極34より注入された電流
は、ｐ型の拡散層31、ｐ型の第２クラッド層29、第２活
性層28、ｎ型の分離層27及びｎ型の埋め込み層30を通っ
て、接地電極に引き出される。同様に、下部のｐ型電極
32に注入された電流は、ｐ型の半導体基板21、ｐ型のバ
ッファ層22、ｐ型の拡散層24、ｐ型の第１クラッド層2
5、第１活性層26、ｎ型の分離層27及びｎ型の埋込み層3
0を通って、接地電極に引き出される。また、ｎ型のブ
ロック層23は、下側の第１活性層26に電流注入する際の
無効成分を阻止するためのものである。次に、上記半導
体発光素子の作製方法の一例を導波路ストライプに垂直
な断面に切断した状態の図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照して
説明する。
て、前記第１活性層26及び第２活性層28はふたつの互い
に遷移波長の異なる活性層であり、これらが第１クラッ
ド層25、分離層28及び第２クラッド層29により電気的に
分離されている。上部のｐ型電極34より注入された電流
は、ｐ型の拡散層31、ｐ型の第２クラッド層29、第２活
性層28、ｎ型の分離層27及びｎ型の埋め込み層30を通っ
て、接地電極に引き出される。同様に、下部のｐ型電極
32に注入された電流は、ｐ型の半導体基板21、ｐ型のバ
ッファ層22、ｐ型の拡散層24、ｐ型の第１クラッド層2
5、第１活性層26、ｎ型の分離層27及びｎ型の埋込み層3
0を通って、接地電極に引き出される。また、ｎ型のブ
ロック層23は、下側の第１活性層26に電流注入する際の
無効成分を阻止するためのものである。次に、上記半導
体発光素子の作製方法の一例を導波路ストライプに垂直
な断面に切断した状態の図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照して
説明する。
【００２６】まず、ｐ型半導体基板21上にｐ型のバッフ
ァ層22、ｎ型のブロック層23を順次成長し、第１活性層
26に電流注入する経路部分にのみＳｉＯ2 等の拡散マス
ク36を用いてｐ型不純物例えば亜鉛（Ｚｎ）を拡散し、
ｐ型の拡散層24を形成する（図２（Ａ）参照）。
ァ層22、ｎ型のブロック層23を順次成長し、第１活性層
26に電流注入する経路部分にのみＳｉＯ2 等の拡散マス
ク36を用いてｐ型不純物例えば亜鉛（Ｚｎ）を拡散し、
ｐ型の拡散層24を形成する（図２（Ａ）参照）。
【００２７】次に、前記拡散マスク36を除去した後、ｐ
型の第１クラッド層25、第１活性層26、ｎ型の分離層2
7、第２活性層28、ｐ型の第２クラッド層29の順に同様
に結晶成長を行なう（図２（Ｂ）参照）。
型の第１クラッド層25、第１活性層26、ｎ型の分離層2
7、第２活性層28、ｐ型の第２クラッド層29の順に同様
に結晶成長を行なう（図２（Ｂ）参照）。
【００２８】次に、ＳｉＯ2 等のマスク37を用いて、第
２クラッド層29、第２活性層28、分離層27、第１活性層
26に達する深さまでメサ状にエッチングし、導波路スト
ライプを形成する。つづいて、このマスク37を用いて、
エッチングした部分をｎ型の半導体層38で選択的に埋め
込む（図２（ｃ）参照）。
２クラッド層29、第２活性層28、分離層27、第１活性層
26に達する深さまでメサ状にエッチングし、導波路スト
ライプを形成する。つづいて、このマスク37を用いて、
エッチングした部分をｎ型の半導体層38で選択的に埋め
込む（図２（ｃ）参照）。
【００２９】次に、前記マスク37を除去した後、さらに
ｎ型の半導体層39を成長する。ここで、前記ｎ型の半導
体層38，39を総称して埋込み層30と呼ぶ。つづいて、前
記ストライプを除く埋込み層30上にＳｉＯ2 などのマス
ク40を形成した後、これを用いて前記第２活性層28に電
流を注入する経路に相当する部分にｐ型不純物を拡散
し、ｐ型の拡散層31を形成する（図２（Ｄ）参照）。
ｎ型の半導体層39を成長する。ここで、前記ｎ型の半導
体層38，39を総称して埋込み層30と呼ぶ。つづいて、前
記ストライプを除く埋込み層30上にＳｉＯ2 などのマス
ク40を形成した後、これを用いて前記第２活性層28に電
流を注入する経路に相当する部分にｐ型不純物を拡散
し、ｐ型の拡散層31を形成する（図２（Ｄ）参照）。
【００３０】次に、前記マスク40を除去した後、ＳｉＯ
2 等の絶縁膜33をスパッタ法等により堆積し、上部の電
極コンタクトに相当する部分の窓明けを行い、上部のｐ
型電極34、ｎ型電極35を各々、リフトオフ法などにより
形成する。つづいて、基板の厚さを素子の劈開が容易と
なる厚さまで基板の裏面をエッチングし、下部のｐ型電
極32を形成する（図２（Ｅ）参照）。ひきつづき、アロ
イングのための熱処理を施してから、素子を劈開等によ
り切り出し、半導体発光素子を製造する。
2 等の絶縁膜33をスパッタ法等により堆積し、上部の電
極コンタクトに相当する部分の窓明けを行い、上部のｐ
型電極34、ｎ型電極35を各々、リフトオフ法などにより
形成する。つづいて、基板の厚さを素子の劈開が容易と
なる厚さまで基板の裏面をエッチングし、下部のｐ型電
極32を形成する（図２（Ｅ）参照）。ひきつづき、アロ
イングのための熱処理を施してから、素子を劈開等によ
り切り出し、半導体発光素子を製造する。
【００３１】なお、半導体レーザとして使用するとき
は、このままでよいが、光のコヒーレンス長の短い発光
ダイオードとして利用する時は、さらに、導波路ストラ
イプの端面に端面の反射率を下げるための誘電体膜を形
成する。また、上記の半導体結晶の成長方法としては、
有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や液相成長（ＬＰ
Ｅ）法等を用いることができる。
は、このままでよいが、光のコヒーレンス長の短い発光
ダイオードとして利用する時は、さらに、導波路ストラ
イプの端面に端面の反射率を下げるための誘電体膜を形
成する。また、上記の半導体結晶の成長方法としては、
有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や液相成長（ＬＰ
Ｅ）法等を用いることができる。
【００３２】ここで、図９に示すＣＴＡＧレーザの概観
図は、回折格子形成層を除けば、本発明による素子構造
と同様である。しかしながら、ＣＴＡＧレーザでは図10
のバンド構造図に示すように、ふたつの活性層の遷移波
長がともに等しく設計されている点が本発明と大きく異
なる。ＣＴＡＧレーザにおいては、ふたつの活性層への
注入電流の相対的な大きさにより、活性層内のキャリア
密度が変化し、同時に作りつけた回折格子の光学的なピ
ッチを変化することを利用して発振波長を変化させる。
従って、原理的には、ＣＴＡＧレーザが導波路の屈折率
を変化させてレーザ発振波長を連続的に制御するのに対
して、本発明では各々の活性層のもつ遷移波長に応じた
特定の波長の光を発光または発振させる点が異なる。次
に、図３（Ａ）〜（Ｄ）の活性層の組み合せ例に対して
その動作を説明する。
図は、回折格子形成層を除けば、本発明による素子構造
と同様である。しかしながら、ＣＴＡＧレーザでは図10
のバンド構造図に示すように、ふたつの活性層の遷移波
長がともに等しく設計されている点が本発明と大きく異
なる。ＣＴＡＧレーザにおいては、ふたつの活性層への
注入電流の相対的な大きさにより、活性層内のキャリア
密度が変化し、同時に作りつけた回折格子の光学的なピ
ッチを変化することを利用して発振波長を変化させる。
従って、原理的には、ＣＴＡＧレーザが導波路の屈折率
を変化させてレーザ発振波長を連続的に制御するのに対
して、本発明では各々の活性層のもつ遷移波長に応じた
特定の波長の光を発光または発振させる点が異なる。次
に、図３（Ａ）〜（Ｄ）の活性層の組み合せ例に対して
その動作を説明する。
【００３３】図３（Ａ）はふたつの活性層にＳＣＨ構造
を採用し、さらに光利得を有する層をバルク結晶により
形成した場合を示す。任意の光出力をもつ２種の波長の
切り換えが可能である。第２活性層28に注入する電流の
大きさＩ1 により波長λ1 の光の出力が制御され、ま
た、第１活性層26に注入する電流の大きさＩ2 により波
長λ2 の光の出力が制御される。
を採用し、さらに光利得を有する層をバルク結晶により
形成した場合を示す。任意の光出力をもつ２種の波長の
切り換えが可能である。第２活性層28に注入する電流の
大きさＩ1 により波長λ1 の光の出力が制御され、ま
た、第１活性層26に注入する電流の大きさＩ2 により波
長λ2 の光の出力が制御される。
【００３４】図３（Ｂ）は第１活性層26，第２活性層28
の内部にふたつ以上のバンドギャップエネルギの異なる
光利得を有する層を形成した場合を示す。第２活性層28
に注入する電流の大きさＩ1 により波長λ1 ，λ2 を選
択し、また、第１活性層26に注入する電流の大きさＩ2
により波長λ3 ，λ4 を選択することが可能である。こ
の場合は、λ1 〜λ4 の波長は任意に設定できる。
の内部にふたつ以上のバンドギャップエネルギの異なる
光利得を有する層を形成した場合を示す。第２活性層28
に注入する電流の大きさＩ1 により波長λ1 ，λ2 を選
択し、また、第１活性層26に注入する電流の大きさＩ2
により波長λ3 ，λ4 を選択することが可能である。こ
の場合は、λ1 〜λ4 の波長は任意に設定できる。
【００３５】図３（Ｃ）は第１活性層26，第２活性層28
の厚さを異なる量子井戸で形成し、第２活性層28に注入
する電流の大きさＩ1 により波長λ1 ，λ2 を選択し、
また、第１活性層26に注入する電流の大きさＩ2 により
波長λ2 ，λ4 を選択することが可能である。但し、λ
1 とλ2 を波長は自由に設定できるが、「λ1 とλ2」
や「λ3 とλ4 」の間隔は量子井戸の構造によりλ1 と
λ2 に対して従属的に決まる。
の厚さを異なる量子井戸で形成し、第２活性層28に注入
する電流の大きさＩ1 により波長λ1 ，λ2 を選択し、
また、第１活性層26に注入する電流の大きさＩ2 により
波長λ2 ，λ4 を選択することが可能である。但し、λ
1 とλ2 を波長は自由に設定できるが、「λ1 とλ2」
や「λ3 とλ4 」の間隔は量子井戸の構造によりλ1 と
λ2 に対して従属的に決まる。
【００３６】図３（Ｄ）は第１活性層26，第２活性層28
内にふたつ以上の厚さの異なる量子井戸を形成した場合
を示し第２活性層28に注入する電流の大きさＩ1 により
波長λ1 ，λ2 を選択し、また、第１活性層26に注入す
る電流の大きさＩ2 により波長λ3 ，λ4 を選択するこ
とが可能である。この場合は、λ1 〜λ4 の波長は任意
に設定できる。
内にふたつ以上の厚さの異なる量子井戸を形成した場合
を示し第２活性層28に注入する電流の大きさＩ1 により
波長λ1 ，λ2 を選択し、また、第１活性層26に注入す
る電流の大きさＩ2 により波長λ3 ，λ4 を選択するこ
とが可能である。この場合は、λ1 〜λ4 の波長は任意
に設定できる。
【００３７】図４はふたつの活性層の間隔を変えたとき
の違いを示す。図４（Ａ）は活性層による光導波路が光
学的に強結合している場合で、レーザ光は実質的にひと
つの導波路から出射するものと見なせる。なお、ＧａＡ
ｓ系（あるいはＩｎＰ系）レーザにおいては、共振器の
長さが３００μｍの場合、２つの活性層の厚さ方向の中
心間の距離はおよを０．５μｍ以下となる。図４（Ｂ）
は活性層による導波路が互いに光学的に結合しない様に
離れて形成された場合で、レーザ光はふたつの導波路よ
り別々に出射される。なお、図４（Ｂ）の場合は、図４
（Ａ）の場合と同じケースで３μｍ以上が望ましい。
の違いを示す。図４（Ａ）は活性層による光導波路が光
学的に強結合している場合で、レーザ光は実質的にひと
つの導波路から出射するものと見なせる。なお、ＧａＡ
ｓ系（あるいはＩｎＰ系）レーザにおいては、共振器の
長さが３００μｍの場合、２つの活性層の厚さ方向の中
心間の距離はおよを０．５μｍ以下となる。図４（Ｂ）
は活性層による導波路が互いに光学的に結合しない様に
離れて形成された場合で、レーザ光はふたつの導波路よ
り別々に出射される。なお、図４（Ｂ）の場合は、図４
（Ａ）の場合と同じケースで３μｍ以上が望ましい。
【００３８】図５は上記に示したレーザをＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ系の化合物半導体を用いて、メサ型に形成し
た構成例である。図１の構成では、導波路ストライプ部
分以外を半導体結晶で選択的に埋め込む技術が必要であ
るので、例えば、ｌｎＰ系の素子ではｌｎＧａＡｓＰに
より構成された活性層導波路をｌｎＰで埋め込む場合に
は作製が容易であるが、ＧａＡｓ系の素子ではＧａＡｓ
により構成された活性層をＡｌＧａＡｓ層で埋め込む場
合には、選択的な成長が難しい。図４は、この埋め込み
層を形成しないで、ｎ型の分離層27に直接電極のコンタ
クトをとる場合を示している。この構造は選択埋め込み
成長の難しい材料系でも作製が容易であるが、図１の構
造に較べると下部の第１活性層をストライプ状に加工で
きないので第１活性層への電流注入効率が劣ると考えら
れる。図５の実施例における各部の構成を以下に示す。
ｌＧａＡｓ系の化合物半導体を用いて、メサ型に形成し
た構成例である。図１の構成では、導波路ストライプ部
分以外を半導体結晶で選択的に埋め込む技術が必要であ
るので、例えば、ｌｎＰ系の素子ではｌｎＧａＡｓＰに
より構成された活性層導波路をｌｎＰで埋め込む場合に
は作製が容易であるが、ＧａＡｓ系の素子ではＧａＡｓ
により構成された活性層をＡｌＧａＡｓ層で埋め込む場
合には、選択的な成長が難しい。図４は、この埋め込み
層を形成しないで、ｎ型の分離層27に直接電極のコンタ
クトをとる場合を示している。この構造は選択埋め込み
成長の難しい材料系でも作製が容易であるが、図１の構
造に較べると下部の第１活性層をストライプ状に加工で
きないので第１活性層への電流注入効率が劣ると考えら
れる。図５の実施例における各部の構成を以下に示す。
【００３９】ｐ型ＧａＡｓ基板41上にｐ型ＧａＡｓバッ
ファ層42、ｎ型ＧａＡｓブロック層43が積層され、電流
注入部分にのみｐ型不純物の拡散層44が形成されてい
る。また、前記ブロック層43上には、ｐ型ＧａＡｓバッ
ファ層45、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層46、第１活性層
26、ｎ型の分離層27、第２活性層28、ｐ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層47、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層48が形成さ
れ、上部表面から分離層27の中間の深さまで、メサ状に
エッチングされ、分離層27からの電流引出しを可能にし
ている。更に、、電流注入部分を狭窄するために前記コ
ンタクト層48、上部の前記クラッド層47をメサ状にエッ
チングする。
ファ層42、ｎ型ＧａＡｓブロック層43が積層され、電流
注入部分にのみｐ型不純物の拡散層44が形成されてい
る。また、前記ブロック層43上には、ｐ型ＧａＡｓバッ
ファ層45、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層46、第１活性層
26、ｎ型の分離層27、第２活性層28、ｐ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層47、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層48が形成さ
れ、上部表面から分離層27の中間の深さまで、メサ状に
エッチングされ、分離層27からの電流引出しを可能にし
ている。更に、、電流注入部分を狭窄するために前記コ
ンタクト層48、上部の前記クラッド層47をメサ状にエッ
チングする。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明の半導体発光素
子によれば、光利得を有する遷移波長の異なる活性層を
それぞれ独立に電流により駆動できるので、第１活性層
と第２活性層で利得を得た特定波長の光の強度をそれぞ
れ独立に制御できる。また、第１活性層と第２活性層で
利得を得た光を同時に出力することも可能となる。
子によれば、光利得を有する遷移波長の異なる活性層を
それぞれ独立に電流により駆動できるので、第１活性層
と第２活性層で利得を得た特定波長の光の強度をそれぞ
れ独立に制御できる。また、第１活性層と第２活性層で
利得を得た光を同時に出力することも可能となる。
【図１】本発明に係る半導体発光素子の基本的な構成例
を示す概略斜視図。
を示す概略斜視図。
【図２】本発明による半導体発光素子の作製方法を工程
順に示す断面図。
順に示す断面図。
【図３】本発明による半導体発光素子の活性層の構成の
具体例の説明図。
具体例の説明図。
【図４】本発明による光半導体発光素子における光導波
路の構成の具体例を導波路ストライプに平行な断面で示
す説明図。
路の構成の具体例を導波路ストライプに平行な断面で示
す説明図。
【図５】本発明による半導体発光素子をＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ系の化合物半導体で作製した実施例を導波路ス
トライプに垂直な断面で示す説明図。
ＧａＡｓ系の化合物半導体で作製した実施例を導波路ス
トライプに垂直な断面で示す説明図。
【図６】従来の多波長レーザの例として、ＡＤＱＷレー
ザの活性層のバンド構造の構成例を示す説明図。
ザの活性層のバンド構造の構成例を示す説明図。
【図７】従来のＡＤＱＷレーザの光出力と電流との関係
を示す特性図。
を示す特性図。
【図８】従来のＡＤＱＷレーザの光出力と波長との関係
を示す特性図。
を示す特性図。
【図９】従来のＴＧレーザの例として、ＣＴＡＧレーザ
の構成例を示す概略斜視図。
の構成例を示す概略斜視図。
【図１０】従来のＴＧレーザの例として、ＣＴＡＧレー
ザにおける活性層の構成を示す説明図。
ザにおける活性層の構成を示す説明図。
21…半導体基板、 22，42，45…バッファ層、
23，43…ブロック層、24，31，44…拡散層、 25，29，
46，47…クラッド層、 26，28…活性層、30…埋込み
層、 32，34…ｐ型電極、 33…絶縁
膜、35…ｎ型電極、 36，37，40…マスク、
38，39…半導体層、41…ＧａＡｓ基板、 48…コ
ンタクト層。
23，43…ブロック層、24，31，44…拡散層、 25，29，
46，47…クラッド層、 26，28…活性層、30…埋込み
層、 32，34…ｐ型電極、 33…絶縁
膜、35…ｎ型電極、 36，37，40…マスク、
38，39…半導体層、41…ＧａＡｓ基板、 48…コ
ンタクト層。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年９月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】図４はふたつの活性層の間隔を変えたとき
の違いを示す。図４（Ａ）は活性層による光導波路が光
学的に強結合している場合で、レーザ光は実質的にひと
つの導波路から出射するものと見なせる。なお、ＧａＡ
ｓ系（あるいはＩｎＰ系）レーザにおいては、共振器の
長さが３００μｍの場合、２つの活性層の厚さ方向の中
心間の距離はおよそ０．５μｍ以下となる。図４（Ｂ）
は活性層による導波路が互いに光学的に結合しない様に
離れて形成された場合で、レーザ光はふたつの導波路よ
り別々に出射される。なお、図４（Ｂ）の場合は、図４
（Ａ）の場合と同じケースで３μｍ以上が望ましい。
の違いを示す。図４（Ａ）は活性層による光導波路が光
学的に強結合している場合で、レーザ光は実質的にひと
つの導波路から出射するものと見なせる。なお、ＧａＡ
ｓ系（あるいはＩｎＰ系）レーザにおいては、共振器の
長さが３００μｍの場合、２つの活性層の厚さ方向の中
心間の距離はおよそ０．５μｍ以下となる。図４（Ｂ）
は活性層による導波路が互いに光学的に結合しない様に
離れて形成された場合で、レーザ光はふたつの導波路よ
り別々に出射される。なお、図４（Ｂ）の場合は、図４
（Ａ）の場合と同じケースで３μｍ以上が望ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】ｐ型ＧａＡｓ基板41上にｐ型ＧａＡｓバッ
ファ層42、ｎ型ＧａＡｓブロック層43が積層され、電流
注入部分にのみｐ型不純物の拡散層44が形成されてい
る。また、前記ブロック層43上には、ｐ型ＡｌＧａＡｓ
バッファ層45、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層46、第１活
性層26、ｎ型の分離層27、第２活性層28、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層47、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層48が形成
され、上部表面から分離層27の中間の深さまで、メサ状
にエッチングされ、分離層27からの電流引出しを可能に
している。更に、、電流注入部分を狭窄するために前記
コンタクト層48、上部の前記クラッド層47をメサ状にエ
ッチングする。
ファ層42、ｎ型ＧａＡｓブロック層43が積層され、電流
注入部分にのみｐ型不純物の拡散層44が形成されてい
る。また、前記ブロック層43上には、ｐ型ＡｌＧａＡｓ
バッファ層45、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層46、第１活
性層26、ｎ型の分離層27、第２活性層28、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層47、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層48が形成
され、上部表面から分離層27の中間の深さまで、メサ状
にエッチングされ、分離層27からの電流引出しを可能に
している。更に、、電流注入部分を狭窄するために前記
コンタクト層48、上部の前記クラッド層47をメサ状にエ
ッチングする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】本発明に係る半導体発光素子の基本的な構成例
を示す説明図で、図１（Ａ）は概略斜視図、図１（Ｂ）
は典型的な導波路断面のバンド構成図。
を示す説明図で、図１（Ａ）は概略斜視図、図１（Ｂ）
は典型的な導波路断面のバンド構成図。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
Claims (1)
- 【請求項１】 化合物半導体により導伝型の層列として
ｐ型／ｎ型／ｐ型またはｎ型／ｐ型／ｎ型の層構造を形
成し、 この層構造内のふたつのｐｎ接合近傍にそれぞれ近接す
る層よりバンドギャップエネルギの小さい組成のふたつ
の活性層を備え、 前記ふたつの活性層に伝導帯と価電子帯の間の遷移波長
を互いに異なる大きさに形成し、 前記ふたつの活性層を独立に発光させる電流注入手段が
設けら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 |
|---|---|---|---|
| JP25503092A JPH06112589A (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25503092A JPH06112589A (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112589A true JPH06112589A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17273207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25503092A Withdrawn JPH06112589A (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06112589A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005168520A (ja) * | 2003-12-05 | 2005-06-30 | Morita Mfg Co Ltd | 診断用撮影器 |
-
1992
- 1992-09-24 JP JP25503092A patent/JPH06112589A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005168520A (ja) * | 2003-12-05 | 2005-06-30 | Morita Mfg Co Ltd | 診断用撮影器 |
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