JPH02230777A - 面発光型可変波長発光素子 - Google Patents
面発光型可変波長発光素子Info
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- JPH02230777A JPH02230777A JP1051124A JP5112489A JPH02230777A JP H02230777 A JPH02230777 A JP H02230777A JP 1051124 A JP1051124 A JP 1051124A JP 5112489 A JP5112489 A JP 5112489A JP H02230777 A JPH02230777 A JP H02230777A
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- semiconductor
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- Granted
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
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Landscapes
- Led Devices (AREA)
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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光通信や光情報処理に用いられ、面方向に光の
入出力が成され、発光時に発光波長のチューニングがで
きる面発光型可変波長発光素子に関する。
入出力が成され、発光時に発光波長のチューニングがで
きる面発光型可変波長発光素子に関する。
面発光型発光素子とは、例えば面発光ＬＥＤ（発光ダイ
オード）の様なものである。この様な素子に於いて、発
光波長のコントロールができると、波長多重を利用した
光並列伝送や、光プロセッシングが実現される。
オード）の様なものである。この様な素子に於いて、発
光波長のコントロールができると、波長多重を利用した
光並列伝送や、光プロセッシングが実現される。
発光波長をチューニングできる面発光型発光素子として
は、第２図のものが知られている。アイトゥルプルイー
・ジャーナル・オブ・クオンタムエレクトロニクス（Ｉ
ＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ）の第ＱＥ−２２巻，９号，１９８４
年の１６８２頁〜１６９５頁に報告されているもので、
通常ｎ−ｉ−ｐ−ｉ構造とよばれている。この構造では
、ｎ型，ｉ型，ｐ型の半導体層が順番に繰り返し積層さ
れている。この例では、光ボンビングで伝導帯，価電子
帯に電子と正孔が励起される。励起されたキャリアは発
光再結合過程を通じて光を発生し、再結合するのだが、
バンドの曲がり状態によって、ピークの発光波長が変化
する。
は、第２図のものが知られている。アイトゥルプルイー
・ジャーナル・オブ・クオンタムエレクトロニクス（Ｉ
ＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ）の第ＱＥ−２２巻，９号，１９８４
年の１６８２頁〜１６９５頁に報告されているもので、
通常ｎ−ｉ−ｐ−ｉ構造とよばれている。この構造では
、ｎ型，ｉ型，ｐ型の半導体層が順番に繰り返し積層さ
れている。この例では、光ボンビングで伝導帯，価電子
帯に電子と正孔が励起される。励起されたキャリアは発
光再結合過程を通じて光を発生し、再結合するのだが、
バンドの曲がり状態によって、ピークの発光波長が変化
する。
この素子の問題点は２つある。１つは励起キャリア数が
或るレベル以上になると、ピーク波長は殆んど動かなく
なってしまうこと、もう１つは発光強度が弱いことであ
る。実際の応用を考えると、電流注入によるキャリア励
起が望ましいが、その場合でも同様な問題が生ずる。電
流注入方式でｐ型とｎ型の半導体層に電圧を印加し、通
電してキャリアを注入していくと初めのうちは、印加電
圧に対応してバンドの曲がりも変わり発光波長も変化す
るが、発光強度は非常に弱い。この状態での注入キャリ
ア量は極めて少ないからである。
或るレベル以上になると、ピーク波長は殆んど動かなく
なってしまうこと、もう１つは発光強度が弱いことであ
る。実際の応用を考えると、電流注入によるキャリア励
起が望ましいが、その場合でも同様な問題が生ずる。電
流注入方式でｐ型とｎ型の半導体層に電圧を印加し、通
電してキャリアを注入していくと初めのうちは、印加電
圧に対応してバンドの曲がりも変わり発光波長も変化す
るが、発光強度は非常に弱い。この状態での注入キャリ
ア量は極めて少ないからである。
充分な発光を得るには、ビルト・イン電圧に対応する電
圧をかけて、キャリアを沢山、注入せねばならない。と
ころがこの状態では波長は殆んど変化しない。ビルト・
イン電圧に達すると、ｐｎ接合間の電圧は、そこにクラ
ンブされ、バンド構造は殆んど変化しなくなるためであ
る。つまり、充分な発光強度を確保し、その様な状態で
波長をチユーニングすることはできなかった。
圧をかけて、キャリアを沢山、注入せねばならない。と
ころがこの状態では波長は殆んど変化しない。ビルト・
イン電圧に達すると、ｐｎ接合間の電圧は、そこにクラ
ンブされ、バンド構造は殆んど変化しなくなるためであ
る。つまり、充分な発光強度を確保し、その様な状態で
波長をチユーニングすることはできなかった。
本発明の目的は、充分な発光強度を保った状態で波長チ
ューニングができる面発光型発光素子を提供することに
ある。
ューニングができる面発光型発光素子を提供することに
ある。
本発明になる面発光型可変波長発光素子は、ｐｎ接合を
含む第１の半導体積層構造体と、ピエゾ効果を有する材
料で成る層または第２の半導体績層構造体とが半導体基
板の上に積層されており、前記第１の半導体積層構造体
に電流注入用の電極が形成され、前記層または第２の半
導体積層構造体には電圧印加用の電極が形成されており
、半導体積層方向に光の出力が成されることを特徴とす
る構成になっている。
含む第１の半導体積層構造体と、ピエゾ効果を有する材
料で成る層または第２の半導体績層構造体とが半導体基
板の上に積層されており、前記第１の半導体積層構造体
に電流注入用の電極が形成され、前記層または第２の半
導体積層構造体には電圧印加用の電極が形成されており
、半導体積層方向に光の出力が成されることを特徴とす
る構成になっている。
２つの積Ｒ構造体のうち第１の半導体積層構造体は面発
光型発光ダイオードとして作用する。第２の積層横遣体
には電圧を印加し実効的な長さく層に垂直な方向）を変
化させる。第２の積層構造体の実効長を変えるメカニズ
ムとしてはピエゾ効果等を用いる。二つの積層構造体全
体で１つの可変波長発光素子が形成され、機能する。
光型発光ダイオードとして作用する。第２の積層横遣体
には電圧を印加し実効的な長さく層に垂直な方向）を変
化させる。第２の積層構造体の実効長を変えるメカニズ
ムとしてはピエゾ効果等を用いる。二つの積層構造体全
体で１つの可変波長発光素子が形成され、機能する。
次に発光波長を変化させる原理を説明する。面発光型発
光ダイオードでは、光の取り出し面と裏面との多重反射
によって光の共振器作用が生じ、レーザ・ダイオードの
発振直前と同様の強弱のパターンが自然発光スペクトル
に含まれていることが知られている。そして、この現象
は発光ダイオードの厚みが薄い程顕著になる。ピーク波
長＾。
光ダイオードでは、光の取り出し面と裏面との多重反射
によって光の共振器作用が生じ、レーザ・ダイオードの
発振直前と同様の強弱のパターンが自然発光スペクトル
に含まれていることが知られている。そして、この現象
は発光ダイオードの厚みが薄い程顕著になる。ピーク波
長＾。
は、光取り出し面と裏面との距離ｄ、実効屈折率ｎｒ、
整数Ｎを使って ２ｎ，λ．＝Ｎｄ −（１） より求められる。
整数Ｎを使って ２ｎ，λ．＝Ｎｄ −（１） より求められる。
本発明では、ピーク波長間隔を広げるため、可変波長発
光素子全体の厚さｄを半導体基板を含めて、通常に比べ
てかなり薄くしておく．通常面発光型ダイオードでは、
素子厚は殆んど半導体基板の厚さとなっていて、約１０
０μｍ位ある。本発明は、これに比べて基板の厚さを１
桁近く薄くしておく。又は、第１の半導体積層構造体、
電気的絶縁層、第２の半導体積層構造体をこの順に半導
体基板上に形成し、基板と第１の積層構造体との間に高
反射率の半導体多層膜を作り込む。この構造では半導体
基板を薄くする必要はなくなる。いずれにせよ、この様
にして素子厚を薄くしておくと、（１）式で決まるピー
ク波長の間隔を広げることがて；き、通常の発光スペク
トルの中に発光強度の強い発光スペクトルを１本だけ発
生させることができる。可変波長発光素子全体の両端面
のフィネスが或る程度あると、このフィネスで決まる狭
いスペクトル幅の自然放出光が得られる。ここで、第２
の積層構造体の実効長を変化させると、素子全体の実効
長も変わり、発光波長をチューニングさせることができ
る。第２の積層構造体の実効長を変化させるのにビエゾ
効果を使っている。
光素子全体の厚さｄを半導体基板を含めて、通常に比べ
てかなり薄くしておく．通常面発光型ダイオードでは、
素子厚は殆んど半導体基板の厚さとなっていて、約１０
０μｍ位ある。本発明は、これに比べて基板の厚さを１
桁近く薄くしておく。又は、第１の半導体積層構造体、
電気的絶縁層、第２の半導体積層構造体をこの順に半導
体基板上に形成し、基板と第１の積層構造体との間に高
反射率の半導体多層膜を作り込む。この構造では半導体
基板を薄くする必要はなくなる。いずれにせよ、この様
にして素子厚を薄くしておくと、（１）式で決まるピー
ク波長の間隔を広げることがて；き、通常の発光スペク
トルの中に発光強度の強い発光スペクトルを１本だけ発
生させることができる。可変波長発光素子全体の両端面
のフィネスが或る程度あると、このフィネスで決まる狭
いスペクトル幅の自然放出光が得られる。ここで、第２
の積層構造体の実効長を変化させると、素子全体の実効
長も変わり、発光波長をチューニングさせることができ
る。第２の積層構造体の実効長を変化させるのにビエゾ
効果を使っている。
この場合、Ａ １２ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ
ｓ系，ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の格子歪は１ ２
０ ｋ ｖ ／ ｃｍの電界で約１％となる。但し、ビ
エゾ効果を電界方向に出現させるには適当な面方位を選
ぶ必要がある。可変波長発光素子の厚さをｄ，第２の積
層構遺体の厚さをｄ２，そのピエゾ効果による変化分を
δｄ２，発光ピーク波長を＾エ，その変化をδλ，とす
ると Ｑ ｋ ｖ ／ ｃｍの電界はｄ２＝１μｍで、電圧に
換算すると１２ｖとなる。この時、波長変化は（２）式
材料系もＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に選び、発光波長を
１．５μｍとすると、その０．３％、即ち、４・５人シ
フトさせることができる。
ｓ系，ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の格子歪は１ ２
０ ｋ ｖ ／ ｃｍの電界で約１％となる。但し、ビ
エゾ効果を電界方向に出現させるには適当な面方位を選
ぶ必要がある。可変波長発光素子の厚さをｄ，第２の積
層構遺体の厚さをｄ２，そのピエゾ効果による変化分を
δｄ２，発光ピーク波長を＾エ，その変化をδλ，とす
ると Ｑ ｋ ｖ ／ ｃｍの電界はｄ２＝１μｍで、電圧に
換算すると１２ｖとなる。この時、波長変化は（２）式
材料系もＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に選び、発光波長を
１．５μｍとすると、その０．３％、即ち、４・５人シ
フトさせることができる。
第１図は本発明に係わる一実施例である。この実施例で
は面方位（１１１）の基板のｐ−ＩｎＰｌｌの上にスト
ップ・エッチ層兼ｐ−クラッド層となるｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ層１２（λ８１．１５μｍ，厚さｄ＝０．３μｍ，
キャリア濃度Ｎ＝２Ｘ １ ０１８ｃｍ−３） 、発光
層となるＩｎｏ４７Ｇ ａ ０．５３Ａ Ｓ層１ ３
（λｇ ＝１． ６７μｍ， ｄ１μｍ，アンド
ープ）、ｎ−クラッド層兼コンタクト層となるｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層１４くλよ−１．１５μｍ，ｄ＝１μｍ，
Ｎ＝２Ｘ１０１８ｃｍ−”）、アンドーブのＩ ｎ ０
． ５２Ａ ．１ ０． ４ＢＡ Ｓ層１５（ｄ＝１μ
ｍ）、コンタクト層となるｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１６（
λＲ＝１．１５，ｕｍ，ｄ＝０．２μ ｍ， Ｎ＝
２Ｘ１０ ｌ８ｃｍ− ３） 、 Ｓｉ （
ｄ＝８９０人）とＳｉ○２ （ｄ＝２１５５人）を交
互に繰り返して積層した多層膜１７を順次積層し、半導
体層１２，１３．１４で第１の半導体積層構造体を、半
導体１４，１５．１６で第２の半導体積層構造体を形成
している。多層膜１７は、Ｓｉ／Ｓｉ○２２周期で＾−
１〜１．６μｍの波長領域で反射率Ｒ＝９０％、４周期
でＲ−９５％とできる。基板は、第１図の如く、一部領
域を除去し、基板が除去された領域の第１，第２半導体
積層構造体部分を活性領域として、発光Ｎ１３で発光し
た光を多層膜とｐ−クラッド層１２間で反射・干渉させ
る素子構造としている。１８及び１つは電極でＡｕＧｅ
−Ｎｉより成る。２０はＡｕＺｎより成る電極である。
は面方位（１１１）の基板のｐ−ＩｎＰｌｌの上にスト
ップ・エッチ層兼ｐ−クラッド層となるｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ層１２（λ８１．１５μｍ，厚さｄ＝０．３μｍ，
キャリア濃度Ｎ＝２Ｘ １ ０１８ｃｍ−３） 、発光
層となるＩｎｏ４７Ｇ ａ ０．５３Ａ Ｓ層１ ３
（λｇ ＝１． ６７μｍ， ｄ１μｍ，アンド
ープ）、ｎ−クラッド層兼コンタクト層となるｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層１４くλよ−１．１５μｍ，ｄ＝１μｍ，
Ｎ＝２Ｘ１０１８ｃｍ−”）、アンドーブのＩ ｎ ０
． ５２Ａ ．１ ０． ４ＢＡ Ｓ層１５（ｄ＝１μ
ｍ）、コンタクト層となるｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１６（
λＲ＝１．１５，ｕｍ，ｄ＝０．２μ ｍ， Ｎ＝
２Ｘ１０ ｌ８ｃｍ− ３） 、 Ｓｉ （
ｄ＝８９０人）とＳｉ○２ （ｄ＝２１５５人）を交
互に繰り返して積層した多層膜１７を順次積層し、半導
体層１２，１３．１４で第１の半導体積層構造体を、半
導体１４，１５．１６で第２の半導体積層構造体を形成
している。多層膜１７は、Ｓｉ／Ｓｉ○２２周期で＾−
１〜１．６μｍの波長領域で反射率Ｒ＝９０％、４周期
でＲ−９５％とできる。基板は、第１図の如く、一部領
域を除去し、基板が除去された領域の第１，第２半導体
積層構造体部分を活性領域として、発光Ｎ１３で発光し
た光を多層膜とｐ−クラッド層１２間で反射・干渉させ
る素子構造としている。１８及び１つは電極でＡｕＧｅ
−Ｎｉより成る。２０はＡｕＺｎより成る電極である。
発光波長は約１．５μｍであり、Ｒ＝０．９５とすると
Ｆ＝１２２となる。
Ｆ＝１２２となる。
ピーク波長は（１）式より求まるが、この場合、ｎｒ＝
３−５、ｄ＝３．５μｍとなるので、λ．？ ３で＾。−１．５μｍ，Ｎ＝４で＾エー２μｍとなるの
でＩ ｎ （３． ４７Ｇ ａ ０． ９３Ａ Ｓ １
３の発光波長付近にピーク波長を設定することができ
る。発光スベクトルの幅Δνｌ７■はピーク波長間隔Δ
νとフΔレ イネスＦよりΔν１／■ヴ■となるので約４１人Ｆ となる．もっと狭いスペクトル幅でチューニングさせる
には吸収損失を減らすなりして面方向にレーザ発振させ
れば良い。基本的な構造は第１図の実施例と同じで良い
。
３−５、ｄ＝３．５μｍとなるので、λ．？ ３で＾。−１．５μｍ，Ｎ＝４で＾エー２μｍとなるの
でＩ ｎ （３． ４７Ｇ ａ ０． ９３Ａ Ｓ １
３の発光波長付近にピーク波長を設定することができ
る。発光スベクトルの幅Δνｌ７■はピーク波長間隔Δ
νとフΔレ イネスＦよりΔν１／■ヴ■となるので約４１人Ｆ となる．もっと狭いスペクトル幅でチューニングさせる
には吸収損失を減らすなりして面方向にレーザ発振させ
れば良い。基本的な構造は第１図の実施例と同じで良い
。
波長のチューニングは、第１図に示したように、電極２
０には正電源、電極１８には負電源をつなぎ電極１９は
グランドに接続し、Ｉｎｏ．４７Ｇ ａｏ．５３Ａ ｓ
１ ３にキャリア注入して発光させ、ｌ ｎｏ．５２
Ａ．１ ０．４８Ａ Ｓ １ ５に電界をかけてピエゾ
変調させて行う。Ｉ ｎｏ．ｓ２Ａｆｆｌｏ．４ＢＡｓ
１ ５はアンドーブの状態で高抵抗層となり、電界を
かけることができる。
０には正電源、電極１８には負電源をつなぎ電極１９は
グランドに接続し、Ｉｎｏ．４７Ｇ ａｏ．５３Ａ ｓ
１ ３にキャリア注入して発光させ、ｌ ｎｏ．５２
Ａ．１ ０．４８Ａ Ｓ １ ５に電界をかけてピエゾ
変調させて行う。Ｉ ｎｏ．ｓ２Ａｆｆｌｏ．４ＢＡｓ
１ ５はアンドーブの状態で高抵抗層となり、電界を
かけることができる。
第１図の実施例ではエッチングして基板のｐ１ｎＰ１１
を取っている。ｐ − Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ １２と基
板の間に半導体の多層膜を形成し、これを反射鏡として
作用させれば、この様な基板のエッチングは不要となる
。
を取っている。ｐ − Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ １２と基
板の間に半導体の多層膜を形成し、これを反射鏡として
作用させれば、この様な基板のエッチングは不要となる
。
本発明によって発光波長のチューニングが可能な面発光
型発光素子が得られる。本実施例で用いた材料系以外の
別の材料、例えばＧ ａ Ａ ｓ系を用いても良いこと
は言うまでもない。
型発光素子が得られる。本実施例で用いた材料系以外の
別の材料、例えばＧ ａ Ａ ｓ系を用いても良いこと
は言うまでもない。
第１図は本発明に係わる一実施例の図、第２図は従来例
を示す図である。 １１はｐ−ＩｎＰ、１４と１６はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ、
１３はＩ ｎ （３， ４７Ｇ ａ ０． ５３ＡＳ、
１２はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、１５はＩ ｎ ０． ５２
Ａ １ ０． ４８Ａｓ、１７は多層膜、１８と１９と
２０は電極である。
を示す図である。 １１はｐ−ＩｎＰ、１４と１６はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ、
１３はＩ ｎ （３， ４７Ｇ ａ ０． ５３ＡＳ、
１２はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、１５はＩ ｎ ０． ５２
Ａ １ ０． ４８Ａｓ、１７は多層膜、１８と１９と
２０は電極である。
Claims (1)
- ｐｎ接合を含む第１の半導体積層構造体と、ピエゾ効果
を有する材料で成る層または第２の半導体積層構造体と
が半導体基板の上に積層されており、前記第１の半導体
積層構造体に電流注入用の電極が形成され、前記層また
は第２の半導体積層構造体には電圧印加用の電極が形成
されており、半導体積層方向に光の出力が成されること
を特徴とする面発光型可変波長発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5112489A JPH088375B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 面発光型可変波長発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5112489A JPH088375B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 面発光型可変波長発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02230777A true JPH02230777A (ja) | 1990-09-13 |
| JPH088375B2 JPH088375B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=12878059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5112489A Expired - Fee Related JPH088375B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 面発光型可変波長発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088375B2 (ja) |
-
1989
- 1989-03-02 JP JP5112489A patent/JPH088375B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH088375B2 (ja) | 1996-01-29 |
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