JPH0812908B2 - 発光サイリスタ素子とその製造方法 - Google Patents
発光サイリスタ素子とその製造方法Info
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- JPH0812908B2 JPH0812908B2 JP1058489A JP1058489A JPH0812908B2 JP H0812908 B2 JPH0812908 B2 JP H0812908B2 JP 1058489 A JP1058489 A JP 1058489A JP 1058489 A JP1058489 A JP 1058489A JP H0812908 B2 JPH0812908 B2 JP H0812908B2
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- type semiconductor
- gate layer
- semiconductor
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- 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
- H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
- H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
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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る発光サイリ
スタ素子に関するものである。
スタ素子に関するものである。
光通信や光情報処理においては、発光素子は重要なキ
ーデバイスであるが、更に光の入力で制御できる光機能
発光素子の実現が期待されている。このような光機能発
光素子に要求される特性としては、光入力信号により光
出力のオン・オフが可能であること、その際できるだけ
小さな光入力高出力の光出力が得られること、高速に駆
動できることなどである。このような要求に対し、光入
力の有無により光出力のオン・オフができる素子を実現
する試みは、基本構造がpnpn形あるいはnpnp形の発光サ
イリスタ素子を用いてなされている。そのような素子は
例えば、ジャーナル・アプライド・フィジックス1986年
59巻596頁（G.W.Taylor et al.,J.Appl.Phys.59,596（1
986））に記載されている。この素子は、２つのｎ層の
間に、空乏化しているためチャージシート層と名付けら
れた薄い層を有するが、電流・電圧特性の振るまいはpn
pn形（又はnpnp形）サイリスタ素子のものと同じであ
る。従ってここではこの素子を発光サイリスタ素子とし
て議論する。また、アプライド・フィジックス・レター
ズ1988年52巻700頁（K.Kasahara et al.,Appl.Phys.Let
t.52,679（1988））に記載されたpnpn形の発光サイリス
タ素子においては、光入力信号により光出力をオン・オ
フできる機能の他に、光信号入力後一定時間に再びその
信号を電気出力ないし光出力の形で読み出すことができ
るダイナミックメモリー機能の検証がなされている。そ
して、これらの素子ユニットを半絶縁性基板の上にマト
リックス状に並べた集積素子も実現されつつある。
ーデバイスであるが、更に光の入力で制御できる光機能
発光素子の実現が期待されている。このような光機能発
光素子に要求される特性としては、光入力信号により光
出力のオン・オフが可能であること、その際できるだけ
小さな光入力高出力の光出力が得られること、高速に駆
動できることなどである。このような要求に対し、光入
力の有無により光出力のオン・オフができる素子を実現
する試みは、基本構造がpnpn形あるいはnpnp形の発光サ
イリスタ素子を用いてなされている。そのような素子は
例えば、ジャーナル・アプライド・フィジックス1986年
59巻596頁（G.W.Taylor et al.,J.Appl.Phys.59,596（1
986））に記載されている。この素子は、２つのｎ層の
間に、空乏化しているためチャージシート層と名付けら
れた薄い層を有するが、電流・電圧特性の振るまいはpn
pn形（又はnpnp形）サイリスタ素子のものと同じであ
る。従ってここではこの素子を発光サイリスタ素子とし
て議論する。また、アプライド・フィジックス・レター
ズ1988年52巻700頁（K.Kasahara et al.,Appl.Phys.Let
t.52,679（1988））に記載されたpnpn形の発光サイリス
タ素子においては、光入力信号により光出力をオン・オ
フできる機能の他に、光信号入力後一定時間に再びその
信号を電気出力ないし光出力の形で読み出すことができ
るダイナミックメモリー機能の検証がなされている。そ
して、これらの素子ユニットを半絶縁性基板の上にマト
リックス状に並べた集積素子も実現されつつある。
第２図は、このような従来素子ユニットの模式断面図
である。第２図において、10はカソード電極、11は半絶
縁性基板、12はｎ形半導体クラッド層、13はｐ形半導体
ゲート層、14はｎ形半導体ゲート層、15はｐ形半導体ク
ラッド層、16はアノード電極である。これらの素子ユニ
ットを多数集積する際には、発光面積減少に見合う検出
感度の増加と、素子全体の消費パワーの低減が必要であ
る。すなわち、ユニットあたりの検出感度の改善とユニ
ットあたりの消費パワーの低減が必要である。しかし、
従来の素子構造ではこれらの改善が容易でない問題点が
あった。
である。第２図において、10はカソード電極、11は半絶
縁性基板、12はｎ形半導体クラッド層、13はｐ形半導体
ゲート層、14はｎ形半導体ゲート層、15はｐ形半導体ク
ラッド層、16はアノード電極である。これらの素子ユニ
ットを多数集積する際には、発光面積減少に見合う検出
感度の増加と、素子全体の消費パワーの低減が必要であ
る。すなわち、ユニットあたりの検出感度の改善とユニ
ットあたりの消費パワーの低減が必要である。しかし、
従来の素子構造ではこれらの改善が容易でない問題点が
あった。
本発明は、上記の従来の問題点を改善し、入力信号を
効率よく検出し、かつ必要な光出力を保ちながら消費パ
ワーの少ない発光サイリスタ素子を提供することであ
る。
効率よく検出し、かつ必要な光出力を保ちながら消費パ
ワーの少ない発光サイリスタ素子を提供することであ
る。
本発明の発光サイリスタ素子は、ｎ形半導体ゲート層
とｐ形半導体ゲート層の２層からなる光吸収・発光層
を、前記光吸収・発光層より禁制帯幅の大きなｐ形半導
体クラッド層とｎ形半導体クラッド層とで挟み、導体形
がpnpnまたはnpnpのうちのいずれかの順で半導体基板上
に積層した発光サイリスタ素子において、前記光吸収・
発光層の少なくとも一部がメサ状構造を備え、メサの両
脇に前記光吸収・発光層よりも禁制帯幅の大きな半導体
電流阻止層を設けた構成からなる。
とｐ形半導体ゲート層の２層からなる光吸収・発光層
を、前記光吸収・発光層より禁制帯幅の大きなｐ形半導
体クラッド層とｎ形半導体クラッド層とで挟み、導体形
がpnpnまたはnpnpのうちのいずれかの順で半導体基板上
に積層した発光サイリスタ素子において、前記光吸収・
発光層の少なくとも一部がメサ状構造を備え、メサの両
脇に前記光吸収・発光層よりも禁制帯幅の大きな半導体
電流阻止層を設けた構成からなる。
また、もう一つの発明である発光サイリスタの製造方
法は、半導体基板上に第１導電形半導体クラッド層、第
２導電形半導体ゲート層、第１導電形半導体ゲート層を
順次積層し、光吸収・発光層である前記第１導電形半導
体ゲート層をメサ状に加工し、その上に、前記光吸収・
発光層より禁制帯幅の大きな半導体電流阻止層を形成す
る第１の工程と、前記第１導電形半導体ゲート層のメサ
上の前記半導体電流阻止層を反応性イオンビームエッチ
ングで除去した後、第２導電形半導体クラッド層でおお
う第２の工程とを少なくとも持つことが特徴である。
法は、半導体基板上に第１導電形半導体クラッド層、第
２導電形半導体ゲート層、第１導電形半導体ゲート層を
順次積層し、光吸収・発光層である前記第１導電形半導
体ゲート層をメサ状に加工し、その上に、前記光吸収・
発光層より禁制帯幅の大きな半導体電流阻止層を形成す
る第１の工程と、前記第１導電形半導体ゲート層のメサ
上の前記半導体電流阻止層を反応性イオンビームエッチ
ングで除去した後、第２導電形半導体クラッド層でおお
う第２の工程とを少なくとも持つことが特徴である。
本発明の作用原理について、図面を参照しながら以下
に説明する。第１図は本発明の素子断面図である。発光
サイリスタ素子においては、素子がオフ状態のときｎ形
ゲート層中のキャリア密度は低い状態にある。このとき
光を入力してやるとｎ形ゲート層中に電子・正孔キャリ
アが発生し、npnヘテロバイポーラ中の電流利得発生と
同じ機構で、効率よく大きな素子電流を流すことができ
る。このとき、ｎ形ゲート層の体積を小さくし、その小
さな部分に入力光のパワーを集中してやれば、入力信号
感度は上昇する。本発明は、このために、ｎ形ゲート層
中の体積をメサ部17に限定し、素子を流れる電流も、ｎ
形半導体電流阻止層18をメサ脇に設けることで、メサ部
17に狭搾するようにした。またメサ部の凸部をおおうよ
うにｐ形クラッド層15を成長することで、入力光をメサ
部17へ集光する構造を設けた。すなわち、本発明の構成
の作用は、従来構造に比べ入力信号感度が上昇するこ
と、一定光出力到達の電流値が低下すること、更に素子
ユニットサイズを十分小さくできることから、素子容量
も低減でき素子の高速化が可能であること等である。
に説明する。第１図は本発明の素子断面図である。発光
サイリスタ素子においては、素子がオフ状態のときｎ形
ゲート層中のキャリア密度は低い状態にある。このとき
光を入力してやるとｎ形ゲート層中に電子・正孔キャリ
アが発生し、npnヘテロバイポーラ中の電流利得発生と
同じ機構で、効率よく大きな素子電流を流すことができ
る。このとき、ｎ形ゲート層の体積を小さくし、その小
さな部分に入力光のパワーを集中してやれば、入力信号
感度は上昇する。本発明は、このために、ｎ形ゲート層
中の体積をメサ部17に限定し、素子を流れる電流も、ｎ
形半導体電流阻止層18をメサ脇に設けることで、メサ部
17に狭搾するようにした。またメサ部の凸部をおおうよ
うにｐ形クラッド層15を成長することで、入力光をメサ
部17へ集光する構造を設けた。すなわち、本発明の構成
の作用は、従来構造に比べ入力信号感度が上昇するこ
と、一定光出力到達の電流値が低下すること、更に素子
ユニットサイズを十分小さくできることから、素子容量
も低減でき素子の高速化が可能であること等である。
以下、本発明の実施例について更に詳しく説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す概略素子断面図であ
る。本実施例は、第１図のように先ず半絶縁性GaAs基板
11の上にｎ形AlGaAsクラッド層12、厚さ50オングストロ
ーム程度のｐ形GaAsゲート層13、厚さ約１ミクロンのｎ
形GaAsゲート層14、ｐ形AlGaAsクラッド層15、及び電極
10,16を備えている点は従来と同じであるが、ｎ形ゲー
ト層14の一部がメサ構造17を備えその両脇にｎ形AlGaAs
電流阻止層18を新たに設けてある点が従来と異なる点で
ある。この構造を設けることにより、素子内を流れる電
流は光吸収・発光層であるｎ形ゲート層14のメサ部17に
集中して流れるため、少量の電流をメサ部17に注入する
だけで従来より大きな光出力が得られるようになった。
また、第１図のようにメサ部17をおおうｐ形クラッド層
15の形状を凸状に成長できることから、この凸状ｐ形ク
ラッド層によるレンズ作用により入射光19を光吸収領域
であるｎ形ゲート層のメサ部17へ集中でき、従来より低
い入力光強度で信号を検出できるようになった。
る。本実施例は、第１図のように先ず半絶縁性GaAs基板
11の上にｎ形AlGaAsクラッド層12、厚さ50オングストロ
ーム程度のｐ形GaAsゲート層13、厚さ約１ミクロンのｎ
形GaAsゲート層14、ｐ形AlGaAsクラッド層15、及び電極
10,16を備えている点は従来と同じであるが、ｎ形ゲー
ト層14の一部がメサ構造17を備えその両脇にｎ形AlGaAs
電流阻止層18を新たに設けてある点が従来と異なる点で
ある。この構造を設けることにより、素子内を流れる電
流は光吸収・発光層であるｎ形ゲート層14のメサ部17に
集中して流れるため、少量の電流をメサ部17に注入する
だけで従来より大きな光出力が得られるようになった。
また、第１図のようにメサ部17をおおうｐ形クラッド層
15の形状を凸状に成長できることから、この凸状ｐ形ク
ラッド層によるレンズ作用により入射光19を光吸収領域
であるｎ形ゲート層のメサ部17へ集中でき、従来より低
い入力光強度で信号を検出できるようになった。
以下、本実施例素子の製造方法を図面を用い順に説明
する。
する。
第３図は本発明の製造方法の一実施例を示す概略工程
図である。先ず、第３図（ａ）のように、半絶縁GaAs基
板11上にｎ形AlGaAsクラッド層12、ｐ形GaAsゲート層1
3、厚さ１ミクロンのｎ形GaAsゲート層14を成長した
後、ｎ形GaAsゲート層14を加工し、幅が約２μｍのメサ
部17を形成した。次いで第３図（ｂ）のように、ｎ形Al
GaAs電流阻止層18を約0.2μｍ成長した。Alの組成比は
クラッド層の組成比と同じ0.4である。成長方法は分子
ビームエピタキシー（MBE）法を用いた。この後、メサ
部17の上部の電流阻止層18の除去は、次のような方法で
行った。先ず、フォトレジスト層31を第３図（ｂ）によ
うに電流阻止層上に塗布し、次いで第３図（ｃ）のよう
に反応性イオンビーム32、本実施例では塩素イオンを照
射してリアクティブイオンエッチング８を行なうこと
で、メサ部の上部の電流阻止層の除去を行った。
図である。先ず、第３図（ａ）のように、半絶縁GaAs基
板11上にｎ形AlGaAsクラッド層12、ｐ形GaAsゲート層1
3、厚さ１ミクロンのｎ形GaAsゲート層14を成長した
後、ｎ形GaAsゲート層14を加工し、幅が約２μｍのメサ
部17を形成した。次いで第３図（ｂ）のように、ｎ形Al
GaAs電流阻止層18を約0.2μｍ成長した。Alの組成比は
クラッド層の組成比と同じ0.4である。成長方法は分子
ビームエピタキシー（MBE）法を用いた。この後、メサ
部17の上部の電流阻止層18の除去は、次のような方法で
行った。先ず、フォトレジスト層31を第３図（ｂ）によ
うに電流阻止層上に塗布し、次いで第３図（ｃ）のよう
に反応性イオンビーム32、本実施例では塩素イオンを照
射してリアクティブイオンエッチング８を行なうこと
で、メサ部の上部の電流阻止層の除去を行った。
最後に、第３図（ｃ）に残るフォトレジスト層31を剥
離した後、ｐ形AlGaAsクラッド層を成長し、第１図のよ
うななめらかな凸状半導体構造を形成した。なお、電極
とのコンタクト層および電極パターンなどは通常の光デ
バイス形成工程に従って形成した。
離した後、ｐ形AlGaAsクラッド層を成長し、第１図のよ
うななめらかな凸状半導体構造を形成した。なお、電極
とのコンタクト層および電極パターンなどは通常の光デ
バイス形成工程に従って形成した。
上記の工程に従って形成した発光サイリスタ素子は、
光吸収・発光に与るメサ部の体積が従来素子の場合の数
10分の１に減少された。このため、この部分に光が集光
する分だけ光信号感度が改善され、更に光出力及びメモ
リー保持消費パワーを従来に比べ極めて減少させること
が出来た。また、素子の寄生容量の減少により高速駆動
特性のよい素子が得られた。
光吸収・発光に与るメサ部の体積が従来素子の場合の数
10分の１に減少された。このため、この部分に光が集光
する分だけ光信号感度が改善され、更に光出力及びメモ
リー保持消費パワーを従来に比べ極めて減少させること
が出来た。また、素子の寄生容量の減少により高速駆動
特性のよい素子が得られた。
尚、上記実施例で、光吸収・発光メサ部をおおった構
造の形状は、円筒レンズ状のものを形成したが、凸レン
ズ形状のものであればより高感度化と消費パワーの低減
が可能である。
造の形状は、円筒レンズ状のものを形成したが、凸レン
ズ形状のものであればより高感度化と消費パワーの低減
が可能である。
上記実施例では光吸収・発光層が厚膜のLED形の発光
素子について示したが、層中にウェルを設けたレーザ形
の発光素子についても同様に有効である。また、上記実
施例では、MBE法を用いたが、有機金属気相成長（MOCV
D）法などの他の方法を用いても構わない。また、GaAs/
AlGaAls系に限らずInP系の長波長レーザ素子に対しても
本発明は基本的に有効である。
素子について示したが、層中にウェルを設けたレーザ形
の発光素子についても同様に有効である。また、上記実
施例では、MBE法を用いたが、有機金属気相成長（MOCV
D）法などの他の方法を用いても構わない。また、GaAs/
AlGaAls系に限らずInP系の長波長レーザ素子に対しても
本発明は基本的に有効である。
以上に説明したように、本発明の発光サイリスタ素子
は、従来素子に比べ、入力信号に対する検出感度が高
く、かつ素子の消費電力が少ない特性を備え、光情報処
理素子への応用に適する。
は、従来素子に比べ、入力信号に対する検出感度が高
く、かつ素子の消費電力が少ない特性を備え、光情報処
理素子への応用に適する。
第１図は本発明の一実施例の概略断面図、第２図は従来
の発光サイリスタ素子の概略断面図、第３図は本発明の
発光サイリスタ製造方法の概略工程図である。 10……カソード電極、11……基板、ｎ……ｎ形半導体ク
ラッド層、13……ｐ形半導体ゲート層、14……ｎ形半導
体ゲート層、15……ｐ形クラッド層、16……アノード電
極、17……光吸収発光メサ部、18……電流阻止層、19…
…入射光、31……レジスト層、32……反応性イオンビー
ム。
の発光サイリスタ素子の概略断面図、第３図は本発明の
発光サイリスタ製造方法の概略工程図である。 10……カソード電極、11……基板、ｎ……ｎ形半導体ク
ラッド層、13……ｐ形半導体ゲート層、14……ｎ形半導
体ゲート層、15……ｐ形クラッド層、16……アノード電
極、17……光吸収発光メサ部、18……電流阻止層、19…
…入射光、31……レジスト層、32……反応性イオンビー
ム。
Claims (2)
- 【請求項１】ｎ形半導体ゲート層とｐ形半導体ゲート層
の２層からなる光吸収・発光層を、前記光吸収・発光層
より禁制帯幅の大きなｐ形半導体クラッド層とｎ形半導
体クラッド層とで挟み、導体形がpnpnまたはnpnpのうち
のいずれかの順で半導体基板上に積層した発光サイリス
タ素子において、前記光吸収・発光層の少なくとも一部
がメサ状構造を備え、メサの両脇に前記光吸収・発光層
よりも禁制帯幅の大きな半導体電流阻止層を設けたこと
を特徴とする発光サイリスタ素子。 - 【請求項２】半導体基板の上に第１導電形半導体クラッ
ド層、第２導電形半導体ゲート層、第１導電形半導体ゲ
ート層を順次積層し、光吸収・発光層である前記第１導
電形半導体ゲート層をメサ状に加工し、その上に、前記
光吸収・発光層より禁制帯幅の大きな半導体電流阻止層
を形成する第１の工程と、前記第１導電形半導体ゲート
層のメサ部の上部の前記半導体電流阻止層を反応性イオ
ンビームエッチングで除去した後、第２導電形半導体ク
ラッド層でおおう第２の工程とを少なくとも備えたこと
を特徴とする発光サイリスタ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058489A JPH0812908B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | 発光サイリスタ素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058489A JPH0812908B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | 発光サイリスタ素子とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02189975A JPH02189975A (ja) | 1990-07-25 |
| JPH0812908B2 true JPH0812908B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=11754297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1058489A Expired - Lifetime JPH0812908B2 (ja) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | 発光サイリスタ素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812908B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4140358B2 (ja) * | 2002-11-27 | 2008-08-27 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光サイリスタ、発光サイリスタの製造方法および発光素子アレイチップ |
-
1989
- 1989-01-18 JP JP1058489A patent/JPH0812908B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02189975A (ja) | 1990-07-25 |
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