JPS5979591A - 半導体発光装置 - Google Patents

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】 （ａ）　　発明の技術分野 本発明は半導体発光装置、竹に発振モードが軸方向及び
横方向について単一化され、低閾値電流。

高効率でおって、出力の増大に２菌する一発光半募体レ
ーザに関する。

（ｂ）　　技術の背景 光ファイバ通信及び各種の産呆分野或いは民生機器を対
象としてレーザ光の応用が進められている。これらの分
野において目的に応じて各種のレーザが選択使用されて
いるが、半ｌ！参体レーザばその発振波長を一］御する
ことが用油であること、小形で足厘性があり、′電流を
流すだけで高効率で発振するために容易に使用できるこ
となどの特徴によって最も将来性を有し、要求される波
長帯域の実現、安定した単一の横及び軸モード発＆＋　
Ｔ乱流−光用力特性の向上、光ビーム発散角の減少、出
力の増大などの諸物件の向上について多くの努力が重ね
られている。

（Ｃ）　　従来技術と問題点 前記の目的を達成するために現在までに数多くの半導体
レーザの構造が提某されているが、その多くはファプリ
ー−ペロー光共振器を半導体結晶の臂開等によって形成
する構造である。

この襞間による端面形成はレーザチップの形状寸法を制
約し、共振器長の短縮、軸モード制御が困難であり、ま
たレーザを含む集積回路の形成も固締である。

これらの問題点に対処する半導体レーザの一つとして、
面発光レーザが知られている。面発光レーザはレーザ光
を半導体基体の主面に垂直な方向に出射する半導体レー
ザであって、ファプリ−ペロー光共振器はエピタキシャ
ル成長させた結晶の表面を反射面として構成される。

面発光レーザはこの様な構造であるために、（イ）光共
振器長を短くすることが容易で軸モードの単一化が可能
となる。（ロ）光放射面積を広くすることが容易で、光
出力含増大し、光用射角を狭くすることが可能となる。

（ハ）２次元レーザアレイの構成が容易である。に）モ
ノリシック光集積回路の構成に適する。ｌどの優れた特
徴を有している。

しかしながら従来の面発光レーザではこの様々構造に起
因して、（イ）ファプリー−ペロー光共振器の共振面が
エピタキシャル成長させた結晶表面であるために襞間面
の如き鏡面にはなり算１１＜、一様な共振が実現し難い
こと。（ロ）発売の横モードの安定化が不可能であるこ
と。（ハ）′磁流が光共振器に平行な方向に導入される
ために、活性萌域における・電流密度を効果的に高くす
る乙とが困難であって、変換効率が低いこと。などの欠
点が伴なっている。

面発光レーザの先に述べた優れた特徴は、将来の半導体
レーザとして要望されている特徴でちり、前記の欠点が
改嵜されることは半導体レーザの応用分野に犬さい効果
を及ぼす。

（ｄ）　　発明の口重 本発明は半導体発光装置、特に面発光レーザについて、
ファプリー−ペロー共振面を必要とせず、かつ閾値電流
の低減、量子効率の向上、並びに軸及び横モードの単一
化が達成される構造を軛供することを目的とする。

（ｅ）　　発明のｇ成 本発明の前記目的は、禁制帯幅がＥ　ａ　１屈折率がＨ
ａかつ厚さがｄａである第１４延型の第１の半導体層と
、禁制帯幅がＥｃ、屈折率ｎ０かつ厚さがｄｃである第
１梼、電型の第２の半導体層とが交互に積層され、該複
数の第１の半導体層と複数の第２の半導体層とに共通に
接して第２導電型の半導体層が配設され、前記禁制帯幅
及び屈折率がＥ　ａ　（Ｅ　Ｃかつｎ　ｈ　＞ｎ　ｃで
ろって、出射光の真空中の波長λ０．前記半導体積層構
逅の有効屈折率ｎ＠、　　正の整数ｔの関係が、はぼ を満たすことによって達成される。

（ｆ）　　発明の実施例 以下、本発明を実施例により図面を参照して具体的に説
明する。

図は本弁明の実施例を２等分した１片を示す斜視図でめ
る。

図において、１はｎ型ガリウム・砒素（ＧａＡ８）基板
、２はｎ型ガリウム・アルミニウム・砒素（Ｇａ　６．
７　Ｎ、　０，３　Ａ　８　）クラッド層、３はｎ型Ｇ
ａＡｓ活性層であって、彼に詳細に説明する如くクラッ
ド層２と活性層３とは交互に積層して形成されている。

斜線で示した４は前記クラッド層２と活性層３とよりな
る抗層荷造に不純物を拡散することによって形成された
ｐ型領域、５は絶縁層、６はｎ側電極、７はｐ旧ｊ１電
極を示す。

不芙力出例においては、活性層ｒ５溝成するＧａＡｓ層
３は禁制帯幅Ｅａ＝１．４２ＣｅＶ’ｌ、ノオトルミイ
・センスのピーク波長λｐ＝０．８７Ｃμｍ〕に対する
屈折率ｎａ＝３．６０であり、クラッド層を構成するＧ
ａｏ、ｖＡｌ！ｏ、　ｓ　Ａｓ　）曽２は禁制帯幅Ｅｃ
＝１．８ＣｅＶ）、前記波長０、’８７（μＪの光に対
するＭＩ」）〒率ｎ　ｃ　＝　３．３９であって・Ｅａ
＜Ｅｃ・ｎａ）ｎｃなる関係がＷＪａ足され丁いる０ また、ＧａＡＳ活性ノ脅３は各層の厚さ’ｚｄａ＝０．
１５〔μｍ　）、　Ｇａ　０．７　ＡＣ，ｏ、　ａ　Ａ
ｓクラッド）ｆＪ　２は活性層３に挾まれた各層の厚さ
をｄｃ−０，２２５［：μｍ〕に形成することによって
、ｄａ＋ｄａ＝０．３７５（μＪとし、かつ出射光の真
空中の波長λ。＝λｐ＝０．８７（μｍ〕に対するＧａ
Ａｓ活性層３とＧａａ７成ｏ、ａＡｓクラッドＪ曽２と
よりなる半導体し層Ｍ造の有効屈折率（半導体積層構造
内の伝播定数βと真空中の伝播定数ｋＯとの比β／ｋｏ
）ｎ　＠＝３．４８　ｉもしめて、Ｂｒａｇｇの反射灸
件 λＯ ｄ　ａ　＋　ｄ・−’２ｎａ をｔ＝３について満足させて、ＧａＡｓ活性層３を２０
層、Ｇａｏ７Ａｌ！ｏ、ａＡｓクラッド層２を最初と最
後の厚さが制約されない２層を含めて２１／＃交互に分
子線エピタキシャル成長法によって形成している。なお
、ＧａＡｓ活性Ｎ３の層数Ｎは１層杵度以上とすること
が望ましく、これらの層の成長方法は金属有機化学気相
成長法などを採用してもよい。

以上説明した構成よりなるクラッド層２と活性）ｆｌｉ
３との積層構造体に、本実施例においては図に示す如く
基板１に接するクラッド層２がら杷緑層５に接するクラ
ッド層２を貫通する円筒状のｐ型領域４を例えば亜鉛（
Ｚｎ　）の拡散によって形成する。

次いで基板１上にｎ側電極６とする例えば金・ゲルマニ
ウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）膜を被着した後に該Ａ　ｕ
　Ｇ　ｅ　／Ａ　ｕ膜及び基板１を貫通して最初のクラ
ッド層２を表出する開口を設け、また最後のクラッド層
２（（接して選択的にｐ型領域４を表出する絶縁膜５及
び例えば金・亜鉛（ＡｕＺｎ’）　　よυ々るｐ側電極
７を形成する。

以上説明した構造を有する本実施例のレーザにおいては
、ｐ側電極７よりｎ側電極６に到る電流ば、ビルトイン
ポテンシャルの低いＧａＡｓ層３においてｎ型領域３か
らｐ型領域４に電子によって注入されて、電子の拡散幅
（数μｍ程度）の範囲において発光再結合が行なわれる
。

ここで発生した光のうち、真空中の波長がλ。

であるピーク成分は、Ｂｒａｇｇの反射条件を満足する
半導体積層構造によって縦モードが界面に接合する共振
状態となシ、基板１洸設けられた前記開口よ泥図中矢印
をもって模式的に示す如くレーザ光として出射する。

％に本実施例のｐｎ接合が無終端の環状をなす構造にお
いて、例えばｎ型領域の磁子濃度を５×１０”（ｃｒｎ
−り以上とし、ｐ型領域の正孔良度を８Ｘ　１０１８（
ｚ−”）以下とするなど、両領域の不純物濃度を選択す
ることによって、ｐ型領域４の屈折率をその周囲のｎ型
領域の屈折率、ｌニジ大きくして光の閉じ込め不：行な
うことが可能であって、横モードについても安定化が実
現され、単一モードも可能である。

ただし横モードの安定化は、例えばトランスバースジャ
ンクシぢンストライプ構造の半導体レーザ等について既
に行なわれている如く、ｎ型半導体積層構造にアクセプ
タ不純物を拡散せしめてＩＸ　１０２ｏ（ｃｍ　’）程
度の高濃度のｐ＋型領領域形成し次いで不純物の再拡散
を行なって高屈折率のｐ型領域を形成して屈折率ガイデ
ィングを構成することによっても可能である。この種の
屈折率ガイディングを設けるならばｐｎ接合が無終端の
環状をなすことは光のガイディングのためには不必要で
あるが、実用に適し更に充放出面の拡大及び集積化に通
ずる面発光レーザとしては、例えば前記実施例の如く、
ｐｎ接合が環状をカ、シてこの接合界面内に光が閉じ込
められる構造が有利である。

本発明の面発光レーザは従来の面発光レーザと異なって
発光領域がＢｒａｇｇの反射条件を溝たして多層重畳さ
れているために閾値電流が低減され、かつ量子効率が［
ｉ］上する。

なお、前記実施例においてはｐｎ接合はホモ接合である
が、例えば前記半導体＜Ｒ層構造をその導電型をｐ型と
して成長形成させ、所要のｐ型領域を残置する選択的エ
ノナング後に、ｎ型Ｇ　ａ　Ｍ　Ａ　ｓ屑を選択成長さ
せることによって、活性層のｐｎ接合をペテロ接合とす
ることができてキャリア注入効率が改善される。

また前記実施例において（づ１、活性層の厚さｄ８とク
ラッド層の厚さｄＩ、との和をλ。／　２　ｎ　ｅの整
数倍に合致させて共振条件を満足させているが、活性）
蛤の厚さｄ８をクランド層の厚さｄ。に比較して充分に
薄くシ、クラッド層のＪｆさｄｃをλ。／　２　ｎ　ａ
の整数倍に合致させることによっても、はぼ同様の効果
を得るととが可能である。

（ｇ）　　発明の詳細 な説明した如く本発明によれは、面発光レ−ザの軸モー
ドの安定性が従来よシ更に同上し、光放射面積を更に拡
大して光出力を稿・犬することが容易となるのみｉらず
、横モードの安定化、閾値′電流の低減、拓子効率のｊ
ｌコ］上がなされて、半導体レーザに対する硬い要求に
応えるのみならず、２次元レーザアレイは勿論モノリシ
ック光集積回路の実現に犬合い寄Ｊ−ｊを及ばず。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例の半尋体発元装置４．嫁Ｖげあを
２分した１片の断面を官む斜視図でめる。 図において、１けｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＧａＭＡ
ｓクラッド崩、３はｎ　型Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ　ｒ６性層、
４はｐ型仙域、５は絶縁層、６はｎ　ｉｆ！ｉｌ電極、
７はｐ更１］域極を示す。 ４１４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 禁制帯幅がＥａ、屈折率がｎａかつ腔、さがｄａである
   第１導電型の第１の半導体層と、禁制帯幅がＥｃ＋屈折
   率がｊｌｅかつ厚さがｄａである第１２＃電型の第２の
   半纏体層とが父方に積層され、該複数の第１の半導体層
   と複数の第２の半導体層とに共通に接して第２．４’［
   ４１：型の半導体層が配設され、前記禁制帯幅及び屈折
   率がＥ　ａ　＜　Ｅ　ｃかつｎａ）　ｎｃでめって、出
   射光の真空中の波長λ。、前記半導体積層構造の有効ル
   （折率ｎ６．正の整数ｔ−の関係が、はぼλＯ ｄ　ａ　＋ｄ　ｅ　＝　ｔ□ ｎｅ を湾たすことを特徴とする半導体発光装置。