JPS5856489A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPS5856489A
JPS5856489A JP15498781A JP15498781A JPS5856489A JP S5856489 A JPS5856489 A JP S5856489A JP 15498781 A JP15498781 A JP 15498781A JP 15498781 A JP15498781 A JP 15498781A JP S5856489 A JPS5856489 A JP S5856489A
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JP
Japan
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fet
stripe
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layer
current
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JP15498781A
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English (en)
Inventor
Mitsuhiro Yano
矢野 光博
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5856489A publication Critical patent/JPS5856489A/ja
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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
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06209Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
    • 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
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06233Controlling other output parameters than intensity or frequency
    • H01S5/06243Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the position or direction of the emitted beam

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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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】 本発明は牛導体発光装置に係り、特に、光偏向機能を有
する複合装置に関するO 近年、半導体レーザと他の能動素子を組み合わせたり、
或いは、半導体レーザに発光装置以外の新たな機能を持
たせて複合装置を構成する試みがなされている。特番こ
、半導体レーザの様な発光装置と駆動回路、例えばトラ
ンジスタ、FET等の組み会わせによる複合装置では、
光強度の変調は可能であるが、光偏向機能を有していな
かった。
光強匿変調のみならず偏向ができる半導体発光装置では
、光信号を空間的に異なる場所に光検出器を配列し、°
゛         光1−ムを入射させるようにTれ
ば、光の多段スイッチ或いは光変調器を構成できる。
本発明の目的は、光偏向を起こさせるための駆動回路を
、半導体レーザが形成されている同一基板上に作成した
複合装置を提供するζこある。
本発明は、レーザ発振を起こす活性層と該活性層より大
きい禁制帯幅を有し、且つ該活性層を挾んだ第1及び第
2のクラッド層とを有するダブルへテロ構造の半導体層
上に半絶縁性層及びFET動作層を順次配置し、前記F
ET動作層にドレイン及びソースを設けてFETを構成
し、レーザ発光領域に電流を流す第1の電流路を画定す
るストライプ形状の不純物領域と該第1の不純物領域に
近接して第2の電流路を画定するストライプ形状の不純
物領域を設け、該第2の不純物領域をFETのソースま
たはドレインと接続した光偏向機能を備えた半導体発光
装置である。
一般壷こ、半導体レーザでは、作り付けの導波路或いは
電流注入領域をストライプ状に形成してあり、動作とし
ては、このストライプ状領域に沿う固定された方向に放
射ビームが存在し、一定の光強度分布を得るようにして
いるものである。
本発明では、光偏向を起こさせる駆動回路としてFBT
を設け、該FETのゲート電圧を制御する、即ち、FE
T動作層中に空乏層を広げるととlこより、活性層内の
キャリア分布を変化させ、ストライプfこ沿った光ビー
ムを偏向させるものである。
このような偏向を実現するには一1活性層のストライプ
幅付近に非対称なキャリア分布を作り出せば、その放射
ビームの方向はストライプに沿う方向からずれる旨の現
象を利用している。物理的には、非対称キャリア分布に
よって生じる非対称光強度分布と放射ビームの空間的な
フーリエ変換によって結ばれることから説明される。
光偏向の動作原理を簡単に説明すると次の通りである。
通常のストライプ形半導体レーザでは、例えば不純物拡
散、プロトン照射、I)n接合など何らかの技術1こ依
ってストライプ領域内に注入電流を絞り、このストライ
プ幅内ζこ於いてレーザ発振を起こさせるようにしてい
る。
第1図はその様子を説明する為の模式的説明図であり、
レーザ発振を起こす活性層である第1の半導体層1は、
それより禁制帯幅が広い第2及び第3の半導体層2及び
3で挾才れて二重へテロ接合が構成されている。岡、4
はストライプ電極、5は電極、S!はストライプ領域を
それぞれ指示している。
このような構成になっているので半導体層1内に注入さ
れたキャリアは厚み方向に有効に閉じ込められ、その結
果、キャリア濃度の横方向(ストライプ幅方向)の分布
は第2図に見られるようになる。即ち、キャリアはスト
ライプ中央部から対称形lこ分布する。
前記のような状態lこ於いて、半導体層1は横方向に於
ける屈折率分布を持っていないので、第3図に見られる
ような対称形の近視野像、頗ち、発光面fこ於ける光強
朋分布が得られ、また、同じく対称形の遠視野像、即ち
、光の放射方向の分布が得られている。
ところで、何らかの方法で、半、導体層l#こ於いて横
方向に屈折率差を持たせ、左右非対称にすることができ
れば光の偏向を行なうことができる。
例えば第4図或いは第5図に見られるようlこストライ
プ端近傍に屈折率変化を持たせると近視野像及び遠視野
像は同図ζこ見られるように非対称性を持つようにする
ことができ、特に遠視野像は偏向させることができる。
本発明では同一基板上に半導体レーザとFETを組み合
わせること憂こより、活性層のストライプ幅付近に非対
称なキャリア分布を作り出し、非対称屈折率分布を笑現
させるものである。尚、第4図及び第5図(こ見られる
θは偏向角を表わし、また島屈折率差Δnはストライプ
幅等に依存するものである。
以下、本発明の詳細な説明の実施例を用いて説明するこ
とにする。第6図は本実施例の半導体発光装置の斜視図
である。
図に於いて、6はn形ガリウム・ヒ素(GaAs )基
板、7は厚さ5〜10μmのn形ガリウム・アルミニウ
ムΦヒ素(Ga0.7AtO,3As) クラy ドN
、8は厚さ0.1〜0.3μmのGa O,97Ato
、03As活性層、9は厚さ1〜2μmのp形Ga O
,7Ato、3Asクラッド層、10は厚さ0.5〜1
μmのn′″形GaAs半絶縁層、11は厚さ0.2〜
1μm不純物濃度1011〜10 ” cm−”のn形
GaAs F E Tの動作層、12はFETのソース
電極、13はFgTのゲート電接、14はFETのドレ
イン電極、15はp側電極、16はn91tlt極、1
7は例えばカドミウム(Cd )又は亜鉛(Zn)を拡
散して形成したp形ストライブ生成用領域をそれぞれ示
している。本実施例では、p形ストライプ生成用ノン1
7に近接して第2のp形ストライプ生成用領域17’が
形成され、電極として、レーザ発振用の電流を流す為の
主電極、即ちp@電極15とキャリア分布を変化させる
為の電流を流す制御電極、即ち、FETのドレインを極
14が形成されていて、制御電極14に電流を流して光
偏向を行っている。尚、p形ストライプ生成用領域17
と17′の間をエツチングlこよって分離しているが、
活性層8のストライプ幅のキャリア分布の変化を大きく
シ、光偏向を有効に行なうためである。
第6図の装置の断面図である第7図に於いて、S、を領
域17のストライプ幅、S、を領域17′のストライプ
幅、領域17及Q17′と活性層8との距離をt1領域
17と領域17′との間の距離をkとすると、 Sl −3〜20〔μm〕 S、−1〜10〔μm〕 t −0,2〜0.5〔μm〕 k  −0,2〜2〔4m) が適当な範囲である。領域17と17′間距離にとして
は注入された活性層内のキャリアの拡散長より短力)〈
採り、ストライプ幅S、は大きくTると制御電流が増加
するので好ましくない。
尚、第6図からもわかるようIこ、本実施例の牛導体発
光装置では図面の右側に光偏向を起こさせる駆動回路、
即ち、FETが形成されている。
次に、本実施例に於ける動作を観明する。今、FBTを
動作させずに、p側電極15及びn11g電極16間に
電圧を印加して通常のレーザ発振を行なわせている状態
に於いては、光ビームがストライプと同方向、即ち、労
開面に垂直な方向に放射されている。この状態に於ける
活性層8内のキャリア分布は第8因に実線で示す通りで
ある。即ち、p側電極15から注入される電流に依り、
ストライプ幅S、付近に対称形にキャリアの分布を生じ
るものである。しかし、FgTのソース12・ドレイン
14間の電圧を1〜3V、ゲート13、ドレイン14間
の電圧を−0,5〜05vに印加すると、該領域17内
へ電流が流れ、第8図に破線で示しである通り、電流が
注入された方向に向ってすそを引くような分布をとる〇 これを屈折率分布で見た場合が第9図に示されている。
即ち、電流が注入されない場合は実線で示されている分
布になる@これは、活性層3が第8図に見られるように
中ヤリア濃度が2 X 101@Ccm−” )である
場合゛であって、一般にキャリア濃度が零であわば1点
鎖線で示すように平担であるが、前記した程度のキャリ
アが入りていると、10−”〜10−3程度低下し、そ
のときの屈折率n0は約3.52である。このように屈
折率がマイナスになっても、キャリアの利得があるので
光は通常の如く放射される。しかしながら、FETを動
作させることによってキャリアが注入された場合には屈
折率分布が破線に見らnるよう奢こ変化する。即ち、洩
れモードも非対称になる。
従って、FETからのキャリアの注入がある状態では、
ストライプの右側に於いて伝播する光の波面が進められ
ることになり、光の進行方向は曲げられる。この様子が
第10図に模式的な平面説明図として表わされている。
この結果、第11図に見られるようζこ、光強度分布は
、キャリアの注入がない実線の状態からキャリア注入の
ある破線の状態になり、方向のずれに対して非対称な分
布となる。
光が偏向される角度θは3°〜10’程度が可能であっ
て、電流注入量、即ち、FETゲート電圧に依存してい
る。
本実側例によれば、PETを動作させることにより、活
性層内のストライプ幅右端のキャリアが増加するため、
キャリア分布は非対称形となり、光ビームを右側に偏向
することができる。また、FETから注入される電流量
をFETのゲート電光を所望の角就に偏向することがで
きる。
前記冥雄側の変形例を2つ紹介することにする。
第6図番こ関して観明した部分と同部分を同記号で指示
しである。
第12図は、第6図の半導体レーザ装置のり2ラド層7
#こ段差を設けたことを特徴とする半導体レーザ装置の
斜視図である。クラッド層7の段差部曇こ電流が注入さ
れると、厚み方向に導波される光の伝播定数の変化に依
り活性層8内に笑効的に屈折率差を設けたことになり第
4図及び第5図に見られるような動作を実現できる。
第13図は、第12図の半導体レーザ装置の断面図であ
る。クラッド層7の薄くしである部分での厚さをmとす
るとm −0,2〜0.5(μm〕が適当更にでき、光
ビームの偏向を容易にできるという効果がある。
第14図は、光出力を制御Tる機能を設けた半導体レー
ザ装置の斜視図である。図に於いて、18は光出力制御
用のFBTンーソー極、19は光出力制御用FETゲー
ト電極、20は光出力制御用FITドレイン電極を示し
ている。図面では、左側に光出力制御用のPET、右側
に光偏向用のFgTを設けている。光出力制御用のFE
Tのゲート電圧を制御することにより、p形ストライプ
生成用領域17に訛れる電流量を変化することができる
為、光出力を制御できる。同、レーザを発振させる為に
は閾値以上の電流をNさなければならない。
本変形例によれば、光偏向を可能にするばかりです<、
光出力をも制御できるという効果かある。
本発明によnは、光偏向を起こさせるための駆動回路を
、半導体レーザが形成されている同一基板上着こ作成で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のIjA埋を説明する為の半導体レーザ
装置の断面図、第2図はキャリア濃度分布を表わす函、
第3−乃至第5図は屈折率分布と近視野像及び遠視野像
の関係を表ねTls図、第6@及。 び第7図は本実施例を表わす斜視図及び断面図1第8図
は活性層に於けるキャリア分布を表わす線図、第9図は
活性層lこ於ける屈折率分布を異わT線図、第10図は
光の進行方向を説明する為の装置の平面図、第11図は
光強度の分布を表わす線図、第12乃至第14図は本実
施例の変形例を表わす斜視図及び断面図である。 1.8 活性層 2.3,7.9  クラッド層 10 半絶縁性層 11  FHTa作層 12FB’l’ソース電極 13  FETゲート電極 14  pwTドレイン電極 15  P側電極 16 11側電極 17  P形ストライプ生成用領域 17’ 第2のp形ストライプ生成用領域第1図 1↓1↓↓i     〜3 一一一一一−−−−−−−−−−−−−−−フr1/2 第21¥] 第 6 図 f6 第 q 図 第8図 第 q 図 痢 10  図 第 12  図 稟!3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. レーザ発振を起こす活性層と、″該活性層より大きい禁
    制帯幅を有し、且つ該活性層を挾んだ第1及び第2のク
    ラッド層とを有するダブルへテロ構造の半導体層上に半
    絶縁性層及びFET動作層を順次配置し、前記FET動
    作層にドレイン及びソースを設けてFETを構成し、レ
    ーザ発光領域に電流を流す第1の電流路を画定するスト
    ライプ形状の不純物領域と該第1の不純物領域に近接し
    て第2の電流路を画定するストライプ形状の不純物領域
    を設け、該第2の不純物領域をFITのソースまたはド
    レインと接続したことを特徴とする半導体発光装置。
JP15498781A 1981-09-30 1981-09-30 半導体発光装置 Pending JPS5856489A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61236190A (ja) * 1985-04-12 1986-10-21 Agency Of Ind Science & Technol 半導体レ−ザ
US5202896A (en) * 1991-07-16 1993-04-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Bipolar inversion channel field effect transistor laser

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