JPS6034088A - 光半導体素子 - Google Patents

光半導体素子

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JPS6034088A
JPS6034088A JP58142921A JP14292183A JPS6034088A JP S6034088 A JPS6034088 A JP S6034088A JP 58142921 A JP58142921 A JP 58142921A JP 14292183 A JP14292183 A JP 14292183A JP S6034088 A JPS6034088 A JP S6034088A
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JP
Japan
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layer
type
light
optical
semiconductor
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Pending
Application number
JP58142921A
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English (en)
Inventor
Toshio Uji
俊男 宇治
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped 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
    • H01S5/04Processes 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
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    • 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
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    • H01S5/22Structure 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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    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光入力に対し、非線形な光出力特性をもつ光半
導体素子に関する。光信号により情報を伝達するシステ
ムにおいて、光変調、光演算といった機能を果すために
、光入力に応じて、非線形に光出力を制御する素子が、
今後増々重要となる。
従来、光入力に応じて、光出力を制御するために、光検
出素子、電気回路及び、発光素子といった個別の素子を
組合せ、光信号を電気信号に変換した後、再び、光信号
に変えるという手段が一般に用いられていた。しかし、
個別の素子を組合せる場つの光半導体素子で実現するこ
とを可能にするものである。即ち、化合物半導体から々
る光半導体素子l(おいて、少なくとも、バンドギャッ
プエネルギー(y下Egと呼ぶ)がEg−Eglの半導
体発光層と、この半導体発光層の積層面に平行な方向に
第1の導電型でEg−9g2(Blh >Eg+ )か
つ低キャリヤ濃度の半導体層と第1の導電型でB g−
E g3(Bgs >1!3g+)かつ低キャリヤ濃度
の半導体層と、第1の導電型で、Eg””Bg4(Bg
4>EI2+ )かつ低キャリヤ濃度の半導体層が順に
形成され上記Iうg−Egsの半導体層を主光吸収層と
した構造を備えていることを特徴さする光半導体素子で
ある。
以下に図面を用いて、本発明について詳細に説明する。
、第1図は、本発明の光半導体素子の動作原理を説明す
るための図で発光層に水平な方向のエネルギーバンドダ
イヤグラムを示している。バンドギャップエネルギーE
g−Eg1のp型半導体発光層11の横に、Eg=Eg
2(gg2.>Eg+)の低@度p型半導体層12 、
Eg==Egs (Eg3>Eg+ )の低濃度p型半
導体層】3、Eg=E ua (Hg< >Eg□)の
低濃度p型半導体層14が順に形成されている。
ここで半導体層11 のバンドギャップエネルギーEg
+は出力すべき光の波長λoutに合わせておくゎ又、
半導体N13のバンドギャップエネルギーEgsは、大
刀される光のエネルギーより小さくしておく。第1図(
a)及び+b+は、共に紫芋に順方同市流を流した状態
で、+a)け光入力のな−場合、(b)は光入力のある
場合をそれぞれ示している。
まず、光入力のない場合について述べる。X子に順方向
に電流を流すと、風子と正孔は半導体層1j で再結合
し、波長λoutの光を発する。電流をさらに増すと、
半導体層11の電子フェルミレベルが上昇し、次第に半
導体層12とのへテロバリヤーを越えて横方向へ流れ出
る電子リーク電流が増大する。このように発光層の横方
向のキャリヤ閉じ込めが不充分なため、第2図の破線で
示した様に、素子に流す電流を増しても、波長λout
の光出力の増加は小さい。
次に光入力のある場合について述べる。波長λin の
光を半導体層J3で吸収させ、正孔−電子対を生成する
。半導体ji13のp濃度は低くしであるので、光入力
G)ない場合、半導体層13の正孔フェルミレベルは、
価電子帯から、200〜300meV禁制帯内tv入っ
たところにある。ところが、光を入射することによシ半
導体層13の正孔濃度が増すと、正孔フェルミレベルが
価電子帯に近づき、その結果第1図tblに示した様に
、半導体層13の伝導帯が上昇する。そのために、半導
体層11の電子に対するバリヤが高くなる。入射する光
の強度によ)、バリヤの高さは100〜200meV変
化する。バリヤの高さが100〜200meV高くなる
と、リーク電流は1/】o〜1/100に減る。従って
、入射光強度が大きい場合、素子に流す電流を増しても
、発光層から横方向へ流れ出るリーク電流は著しく抑え
られるため、電流に対し、光出力は第2図の実線に示し
た様に増加してゆく。このように、光入力の有無で、素
子の電流−光出力特性は大きく異なる。従って電流値を
一定にして、光入力レベルを変えると、光出力は、第3
図に示した様に変化し、低大刀では低光出力、高光大刀
では高光出力となる。以上が、本発明の動作原理の概略
である。
酢、低キャリヤ濃度が1010l8’ 以上だと、上述
の作用、効果は期待できな込。10’♂ 台で効果が現
われ、10”cm”以下になると、それは、顕著になる
次に、実施例に沿って、本発明をさらに詳しく述べる。
第4図(alは、本発明の一実施例の光半導体素子の断
面構造を第4図(blけ、発光層の積層面に平行な方向
のエネルギーバンドダイヤグうJ−1示して−る。n型
1nP 基板21の上にn型Ink’層22 (n−2
X10I&c+x”、厚さ約2 it m )、p型I
nGaAsP発光m 23 、(Pg=0.95eV、
p〜5X]0”儂 、厚さoyzμm)、p型InPm
 24(p−8xlO’L3、厚さ〜1μm)を、液相
又は気相成長法で連続して形成する。半導体/1j22
.23及び24 を、重数μmのメチストライプ状に残
し、両側をエツチングにより除去する。次に液相又は気
相成長法によりp型I n G a A s 1層25
(Eg=1.、+5eV、p 〜6xlo’L ”)、
p型InGaAsp層26(Eg=1.]OeV、p〜
lX10’L”、)p型InGaAs l? R27(
Eg=1.15eV、p−6XIQ’3+n’ )を順
に形成する。
次にエツチングによ!1p−4nF層24表面を露出さ
せた後、液相又は気相成長法により、p型■r+P層2
8を形成する。p型Inp層28表面に、一部ばヱ に光入射口を設けたp型オーミック電極30を形成し、
n型InR基板21表面にn匹すオーミック電極31を
形成する。
この光半導体素子に順方向に電流を流すと、p型1nO
aAsP−発光層23で電子−正孔再結合が起こり波長
約13μmの光を発する。p型I n G a A s
 ?層25.26.27のp濃度が10cm オーダー
と低いため、p型I n G aA s P 発光層2
3の電子の横方向のリークに対するバリヤ&i、100
rneV で低く、そのため電流を増すと横方向のリー
ク電流が増大する。その結果、レーザ発振のしきい値電
流は高い。一方、波長]、、06μmの光を入射口29
 よシ入射すると、p型InGaAsP層26で吸収さ
れ正孔−電子対を生成する。入射光強度を増すとともに
、p型InGaAsp層26の正孔謎度が増し正孔フェ
ルミレベルが価m子帯に近づきp型f n G aA、
aR発光wI23の電子の横方向リークに対するバリヤ
が高くなル、リーク電流が減少し、発振しきい値電流が
低くなる。従っ゛〔、電流を一定にして、入力光強度を
変えると、第5図に示した様に出力光強度が大きく変化
する。本実施例により、光入力レベルに対し、非線形に
レーザ発振出力を直接制御することができた◇ 以上の実施例では、発光波長が13μm1人力波長が1
06μmの場合について示したが、他の波長の場合でも
、各層のEgやキャリヤ濃度、厚さを変えること釦より
、本発明を適用することができる。又% GaAs/A
/GaAsをはじめ他の化合物半導体を用いた素子にも
適用できる。さら(C各層の電気導電型が逆の場合でも
適用できる。
以上詳しく述べてきた様に、本発明にょシ単一の素子で
光入力に応じて、光出力を非線形に制御するこ七のでき
る光半導体素子を得ることができだ。
図、第4図(a)I)l及び第5図は本発明の実施例を
示す図である。
図中1】、23はEg=Egr の半導体発光層、12
.25はEg=Egz の第1導電型半導体層、13.
26は、Eg−Eg、の第1導電型半導体層、14.2
7はEg;8g4 の第1導電型半導体層をそれぞれ示
オ 1 図 (0) 一す−ク電流→ (b) 72 図 電流 (o 、u、) 73 図 光入力 (a、u、) 7t’4図 (0) 1 (b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 化合物半導体からなる光半導体素子において、少なくと
    もバンドギャップエネルギー(以下Egと呼ぶ)がB 
    g ’=E g+の半導体発光層と、この半導体発光層
    の積層面に平行な方向に、第1の導電型で、Bg−9g
    2(13g2>Bg、 )かつ低キャリヤ濃度電型てE
    g−1うg< (Bga >Eg+ ’)かつ低キャリ
    ヤ濃度の半導体層が順に形成され上記E g=B g 
    3の半導体層を主光吸収層とした構造を備えていること
    を特徴とする光半導体素子。
JP58142921A 1983-08-04 1983-08-04 光半導体素子 Pending JPS6034088A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4692206A (en) * 1985-02-19 1987-09-08 Sharp Kabushiki Kaisha Method for producing a semiconductor laser device having a buried heterostructure
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