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JPH0478036B2 - - Google Patents
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JPH0478036B2 - - Google Patents

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JPH0478036B2
JPH0478036B2 JP57190391A JP19039182A JPH0478036B2 JP H0478036 B2 JPH0478036 B2 JP H0478036B2 JP 57190391 A JP57190391 A JP 57190391A JP 19039182 A JP19039182 A JP 19039182A JP H0478036 B2 JPH0478036 B2 JP H0478036B2
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semiconductor
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light
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    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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    • 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
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
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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、特に発振モードが軸
方向及び横方向について単一化され、低閾値電
流、高効率であつて、出力の増大に適する面発光
半導体レーザに関する。
(b) 技術の背景 光フアイバ通信及び各種の産業分野或いは民生
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、半導体レーザはそ
の発振波長を制御することが可能であること、小
形で量産性があり、電流を流すだけで高効率が発
振するために容易に使用できることなどの特徴に
よつ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振、電流
−光出力特性の向上、光ビーム発散角の減少、出
力の増大などの諸特性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案されているが、その
多くはフアブリー−ペロー光共振器を半導体結晶
の劈開等によつて形成する構造である。
この劈開による端面形成はレーザチツプの形状
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
困難である。
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つて、フアブリー−
ペロー光共振器はエピタキシヤル成長させた結晶
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、光出力を増大し、光出射角を狭くする
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。(ニ)モノリシツク光集積回路の構成
に適する。な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な
構造に起因して、(イ)フアブリー−ペロー光共振器
の共振面がエピタキシヤル成長させた結晶表面で
あるために劈開面の如き鏡面にはなり難く、一様
な共振が実現し難いこと。(ロ)発振の横モードの安
定化が不可能であること。(ハ)電流が光共振器に平
行な方向に導入されるために、活性領域における
電流密度を効果的に高くすることが困難であつ
て、変換効率が低いこと。などの欠点が伴なつて
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あ
り、前記の欠点が改善されることは半導体レーザ
の応用分野に大きい効果を及ぼす。
(d) 発明の目的 本発明は半導体発光装置、特に面発光レーザに
ついて、フアブリー−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提
供することを目的とする。
(e) 発明の構成 本発明の前記目的は、禁制帯幅がEa、屈折率
がnaかつ厚さが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ncかつ厚さがdc
である第1導電型の第2の半導体層とが交互に積
層されてなり、該第一及び第二の半導体層の垂直
方向に光出力される発光領域と、該第1、第2の
半導体層の延在方向に隣接し、該発光領域とpn
接合を構成する第2導電型の半導体層とを有し、
前記発光領域における前記禁制帯幅及び屈折率が Ea<Ecかつna>nc であつて、出射光の真空中の波長λp、該発光領域
の積層構造の有効屈折率ne、正の整数lの関係
が、ほぼ da+dc=l・λp/(2ne) を満たすことにより達成され、及び 前記発光領域及び該発光領域とpn接合を構成
する半導体層は、第2導電型の半導体基板上に共
通に形成されてなり、該半導体基板を貫通して該
発光領域の一端を表出する開口と、該半導体基板
及び該発光領域の他端の表面に形成された電極と
を有することにより達成される。
(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。
図は本発明の実施例を2等分した1片を示す斜
視図である。
図において、1はn型ガリウム、砒素
(GaAs)基板、2はn型ガリウム・アルミニウ
ム・砒素(Ga0.7Al0.3As)クラツド層、3はn型
GaAs活性層であつて、後に詳細に説明する如く
クラツド層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は前記クラツド層2
と活性層3とよりなる積層構造に不純物を拡散す
ることによつて形成されたp型領域、5は絶縁
層、6はn側電極、7はp側電極を示す。
本実施例においては、活性層を構成するGaAs
層3は禁制帯幅Ea=1.42〔eV〕、フオトルミネセ
ンスのピーク波長λp=0.87〔μm〕に対する屈折率
na=3.60であり、クラツド層を構成するGa0.7
Al0.3As層2は禁制帯幅Ec=1.8〔eV〕、前記波長
0.87〔μm〕の光に対する屈折率nc=3.39であつて、
Ea<Ec、na>ncなる関係が満足されている。
また、GaAs活性層3は各層の厚さをda=0.15
〔μm〕、Ga0.7Al0.3Asクラツド層2は活性層3に
挟まれた各層の厚さをde=0.225〔μm〕に形成す
ることによつて、da+de=0.375〔μm〕とし、か
つ出射光の真空中の波長λp=λp=0.87〔μm〕に対
するGaAs活性層3とGa0.7Al0.3Asクラツド層2
とよりなる半導体積層構造の有効屈折率(半導体
積層構造内の伝播定数βと真空中の伝播定数kp
の比β/kO)ne=3.48ならしめて、Braggの反射
条件 da+de=lλp/2ne をl=3について満足させて、GaAs活性層3を
20層、Ga0.7Al0.3Asクラツド層2を最初と最後の
厚さが制約されない2層を含めて21層交互に分子
線エピタキシヤル成長法によつて形成している。
なお、GaAs活性層3の層数Nは10程度以上とす
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ツド層2と活性
層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に接するクラツド層2から絶縁層
5に接するクラツド層2を貫通する円筒状のp型
領域4を例えば亜鉛(Zn)の拡散によつて形成
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AuGe/Au膜及び基板1を貫通して最初
のクラツド層2を表出する開口を設け、また最後
のクラツド層2に接して選択的にp型領域4に表
出する絶縁膜5及び例えば金・亜鉛(AuZn)よ
りなる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
は、ビルトインポテンシヤルの低いGaAs層3に
おいてn型領域3からp型領域4に電子によつて
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λp
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つて縦モードが界面に整合す
る供振状態となり、基板1に設けられた前記開口
より、図中矢印をもつて模式的に示す如くレーザ
光として出射する。
特に本実施例のpn接合が無終端の環状をなす
構造において、例えばn型領域の電子濃度を5×
1018〔cm-3〕以上とし、p型領域の正孔濃度を8
×1018〔cm-3〕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つて、p型領域4の屈折
率をその周囲のn型領域の屈折率より大きくして
光の閉じ込めを行なうことが可能であつて、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
ースジヤンクシヨ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側半導
体積層構造にアクセプタ不純物を拡散せしめて1
×1020〔cm-3〕程度の高濃度のp+型領域を形成し
次いで不純物の再拡散を行なつて高屈折率のp型
領域を形成して屈折率ガイデイングを構成するこ
とによつても可能である。この種の屈折率ガイデ
イ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イングのためには不必要で
あるが、実用に適し更に光放出面の拡大及び集積
化に適する面発光レーザとしては、例えば前記実
施例の如く、pn接合が環状をなしてこの接合界
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
異なつて発光領域がBraggの反射条件を満たして
多層重畳されているために閾値電流が低減され、
かつ量子効率が向上する。
なお、前記実施例においてはpn接合はホモ接
合であるが、例えば前記半導体積層構造をその導
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ツチング後に、n型GaAlAs
層を選択成長させることによつて、活性層のpn
接合をヘテロ接合とすることができてキヤリア注
入効率が改善される。
また前記実施例においては、活性層の厚さda
クラツド層の厚さdcとの和をλ0/2ne整数倍に合
致させて共振条件を満足させているが、活性層の
厚さdaをクラツド層の厚さdcに比較して充分に薄
くし、クラツド層の厚さdeをλp/2neの整数倍に
合致させることによつても、ほぼ同様の効果を得
ることが可能である。
(g) 発明の効果 以上説明した如く本発明によれば、面発光レー
ザの軸モードの安定性が従来より更に向上し、光
放射面積を更に拡大して光出力を増大することが
容易となるのみならず、横モードの安定化、閾値
電流の低減、量子効率の向上がなされて、半導体
レーザに対する強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ツク光集積回路
の実現に大きい寄与を及ぼす。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例の半導体発光装置を2分
した1片の断面を含む斜視図である。 図において、1はn型GaAs基板、2はn型
GaAlAsクラツド層、3はn型GaAs活性層、4
はp型領域、5は絶縁層、6はn側電極、7はp
側電極を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 禁制帯幅がEa、屈折率がnaかつ厚さがda
    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ncかつ厚さがdcである第1導電型の
    第2の半導体層とが交互に積層されてなり、該第
    一及び第二の半導体層の垂直方向に光出力される
    発光領域と、 該第1、第2の半導体層の延在方向に隣接し、
    該発光領域とpn接合を構成する第2導電型の半
    導体層とを有し、 前記発光領域における前記禁制帯幅及び屈折率
    がEa<Ecかつna>ncであつて、出射光の真空中
    の波長λp、該発光領域の積層構造の有効屈折率
    ne、正の整数lの関係が、ほぼ da+dc=l・λp/(2ne) を満たすことを特徴とする半導体発光装置。 2 前記発光領域及び該発光領域とpn接合を構
    成する半導体層は、第2導電型の半導体基板上に
    共通に形成されてなり、 該半導体基板を貫通して該発光領域の一端を表
    出する開口と、 該半導体基板及び該発光領域の他端の表面に形
    成された電極とを有する特許請求の範囲第1項記
    載の半導体発光装置。
JP19039182A 1982-10-29 1982-10-29 半導体発光装置 Granted JPS5979591A (ja)

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