JP3152461B2 - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JP3152461B2 JP3152461B2 JP26898391A JP26898391A JP3152461B2 JP 3152461 B2 JP3152461 B2 JP 3152461B2 JP 26898391 A JP26898391 A JP 26898391A JP 26898391 A JP26898391 A JP 26898391A JP 3152461 B2 JP3152461 B2 JP 3152461B2
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- light
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信に用いる 1.5μ
ｍ帯の発光素子に関する。
ｍ帯の発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信に用いる 1.5μｍ帯の発光素子
は、InＰ基板上に禁制帯幅の狭いInGaAs層を禁制帯幅が
より広いInＰ層ではさんだダブルへテロ構造を形成して
得られる。この発光素子の発振波長を安定させるには、
回折格子を設けた構造のDFB,DBRレーザが適している
が、この構造には回折格子として導波路に周期的な凹凸
を形成する工程が必要である。
は、InＰ基板上に禁制帯幅の狭いInGaAs層を禁制帯幅が
より広いInＰ層ではさんだダブルへテロ構造を形成して
得られる。この発光素子の発振波長を安定させるには、
回折格子を設けた構造のDFB,DBRレーザが適している
が、この構造には回折格子として導波路に周期的な凹凸
を形成する工程が必要である。
【０００３】一方、光ファイバの分野では、希土類の殻
内準位遷移による発光波長が、光通信に用いる石英系光
ファイバの最低損失波長領域の 1.5μｍに一致すること
を利用した希土類ドープ光ファイバ増幅器の研究が盛ん
である（「Erドープファイバ光増幅器」鈴木他：pp.7〜
12, 日本学術振興会光電相互変換第125 委員会第134回
研究会資料，1991.9.14 ）。
内準位遷移による発光波長が、光通信に用いる石英系光
ファイバの最低損失波長領域の 1.5μｍに一致すること
を利用した希土類ドープ光ファイバ増幅器の研究が盛ん
である（「Erドープファイバ光増幅器」鈴木他：pp.7〜
12, 日本学術振興会光電相互変換第125 委員会第134回
研究会資料，1991.9.14 ）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
発光素子では発振波長を安定させようとすると回折格子
を形成する工程が必要となって製造コストが高くなる。
発光素子では発振波長を安定させようとすると回折格子
を形成する工程が必要となって製造コストが高くなる。
【０００５】また、現在、波長帯 1.5μｍの光を得る発
光素子にはInGaAsＰ系材料が用いられているが、この材
料に含まれるＶ族元素のAs, Ｐは蒸気圧が高いため、 I
II族に比べて結晶成長に大量のソース化合物（ＰＨ3 ，
AsＨ3 ）が必要である。なかでもＰＨ3 はAsＨ3 に比べ
て分解効率が約１桁悪いため、より大量のソース化合物
が必要である。
光素子にはInGaAsＰ系材料が用いられているが、この材
料に含まれるＶ族元素のAs, Ｐは蒸気圧が高いため、 I
II族に比べて結晶成長に大量のソース化合物（ＰＨ3 ，
AsＨ3 ）が必要である。なかでもＰＨ3 はAsＨ3 に比べ
て分解効率が約１桁悪いため、より大量のソース化合物
が必要である。
【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであって、共振器にErをドープすること
により、回折格子を設ける工程を必要とせず、燐を含ま
ない材料で波長安定な 1.5μｍの発光が得られる安価な
発光素子の提供を目的とする。
になされたものであって、共振器にErをドープすること
により、回折格子を設ける工程を必要とせず、燐を含ま
ない材料で波長安定な 1.5μｍの発光が得られる安価な
発光素子の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光素子
は、燐を含まない基板上に、活性層を有するメサ部と、
前記活性層の光導波方向端部に位置し、前記活性層を形
成する半導体層とは異なる材料よりなる複数の層が積層
されてなる光導波路とが形成され、前記メサ部と前記光
導波路とによって光共振器が構成されている発光素子に
おいて、前記光導波路に希土類元素がドープされている
ことを特徴とする。
は、燐を含まない基板上に、活性層を有するメサ部と、
前記活性層の光導波方向端部に位置し、前記活性層を形
成する半導体層とは異なる材料よりなる複数の層が積層
されてなる光導波路とが形成され、前記メサ部と前記光
導波路とによって光共振器が構成されている発光素子に
おいて、前記光導波路に希土類元素がドープされている
ことを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明に係る発光素子は、動作電流が印加され
ると、光共振器にドープされた希土類元素が光励起さ
れ、希土類元素の準位遷移によって放出された光を誘導
放出を介して増幅し、活性領域の端面で反射を繰り返し
て往復させて波長安定の光を発する。
ると、光共振器にドープされた希土類元素が光励起さ
れ、希土類元素の準位遷移によって放出された光を誘導
放出を介して増幅し、活性領域の端面で反射を繰り返し
て往復させて波長安定の光を発する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図に基づい
て説明する。図１は本発明に係るメサ型の発光素子の断
面図である。発光素子は、GaAs基板上にGaAsバッファ
層、AlGaAsクラッド層、AlGaAs活性層、AlGaAsクラッド
層、GaAsキャップ層をこの順に積層したダブルヘテロ構
造のメサ部と、AlGaAs活性層の光導波方向端部にSi
Ｏ2 , TiＯ2 , SiＯ2 をこの順に積層して光導波路の一
部を形成するErドープ光導波路とによって共振器を構成
する。
て説明する。図１は本発明に係るメサ型の発光素子の断
面図である。発光素子は、GaAs基板上にGaAsバッファ
層、AlGaAsクラッド層、AlGaAs活性層、AlGaAsクラッド
層、GaAsキャップ層をこの順に積層したダブルヘテロ構
造のメサ部と、AlGaAs活性層の光導波方向端部にSi
Ｏ2 , TiＯ2 , SiＯ2 をこの順に積層して光導波路の一
部を形成するErドープ光導波路とによって共振器を構成
する。
【００１０】次に、本発明に係る発光素子の製造方法に
ついて説明する。結晶成長方法はＭＢＥ法を用い、n-Ga
As基板( (100) 面) の基板温度 650℃，成長速度 1.3μ
ｍ／ｈの条件で、以下の層を成長させてダブルヘテロ構
造を形成する。 (1) n-GaAsバッファ層を注入キャリア密度１×1018cm-3
(Si)で0.5 μｍ (2) n-Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層を注入キャリア密度２
×1017cm-3(Si)で 1.0μｍ (3) Al0.12Ga0.88As活性層をアンドープで0.05μｍ (4) p-Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層を注入キャリア密度５
×1017cm-3(Be)で1.0 μｍ (5) p-GaAsキャップ層を注入キャリア密度１×1019cm-3
(Be)で 0.5μｍ
ついて説明する。結晶成長方法はＭＢＥ法を用い、n-Ga
As基板( (100) 面) の基板温度 650℃，成長速度 1.3μ
ｍ／ｈの条件で、以下の層を成長させてダブルヘテロ構
造を形成する。 (1) n-GaAsバッファ層を注入キャリア密度１×1018cm-3
(Si)で0.5 μｍ (2) n-Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層を注入キャリア密度２
×1017cm-3(Si)で 1.0μｍ (3) Al0.12Ga0.88As活性層をアンドープで0.05μｍ (4) p-Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層を注入キャリア密度５
×1017cm-3(Be)で1.0 μｍ (5) p-GaAsキャップ層を注入キャリア密度１×1019cm-3
(Be)で 0.5μｍ
【００１１】この後、AlGaAs活性層の光導波方向におけ
るダブルヘテロ構造の端部を表面より1.8 μｍのn-AlGa
Asクラッド層の途中まで化学エッチングで除去する。こ
の時のエッチング液は（Ｈ3 PO4 ＋２Ｈ2 Ｏ2 ＋10Ｈ2
Ｏ）、エッチング時間は200sec. 、温度は30℃である。
るダブルヘテロ構造の端部を表面より1.8 μｍのn-AlGa
Asクラッド層の途中まで化学エッチングで除去する。こ
の時のエッチング液は（Ｈ3 PO4 ＋２Ｈ2 Ｏ2 ＋10Ｈ2
Ｏ）、エッチング時間は200sec. 、温度は30℃である。
【００１２】このエッチング除去した部分に電子ビーム
蒸着法によりSiＯ2 を 0.2μｍ、TiＯ2 を 0.1μｍ、Si
Ｏ2 を 0.2μｍ積層し、この時各層にErを約１×1018cm
-3ドーピングして半導体レーザ共振器の一部を構成する
Erドープ光導波路を形成する。
蒸着法によりSiＯ2 を 0.2μｍ、TiＯ2 を 0.1μｍ、Si
Ｏ2 を 0.2μｍ積層し、この時各層にErを約１×1018cm
-3ドーピングして半導体レーザ共振器の一部を構成する
Erドープ光導波路を形成する。
【００１３】この発光素子は、４μｍ幅のメサ構造を有
し、Erドープ光導波路（長さ 200μｍ）を含めた共振器
長が 500μｍである。共振器の端面は 0.8μｍのレーザ
光に対する反射率が80％以上になるようにコーティング
されている。
し、Erドープ光導波路（長さ 200μｍ）を含めた共振器
長が 500μｍである。共振器の端面は 0.8μｍのレーザ
光に対する反射率が80％以上になるようにコーティング
されている。
【００１４】図２は、本発明に係る発光素子の電流対光
出力特性を示すグラフであって、図から明らかなよう
に、この素子は閾値電流35mAで発振して0.8μｍの光強
度が動作電流に比例して安定的に増大してくる。
出力特性を示すグラフであって、図から明らかなよう
に、この素子は閾値電流35mAで発振して0.8μｍの光強
度が動作電流に比例して安定的に増大してくる。
【００１５】また、Erの殻内遷移で生じる 1.5μｍの光
は準位間遷移であるため波長安定性に優れるので、動作
電流70mA以上では明確に 1.5μｍの光強度が動作電流に
比例して安定的に増大してくる。
は準位間遷移であるため波長安定性に優れるので、動作
電流70mA以上では明確に 1.5μｍの光強度が動作電流に
比例して安定的に増大してくる。
【００１６】一方、Erを効率良く励起する光の波長 0.8
μｍ，0.98μｍ，1.48μｍのうち、0.8 μｍ，0.98μｍ
の波長の光は燐を含まない材料で実現できる。この場
合、電子デバイスで既に技術が確立しているGaAs系素子
を同一基板上に形成すればよいので、光通信用OEIC(opt
o-electronic integrated circuits) もGaAs基板上で実
現できることになる。
μｍ，0.98μｍ，1.48μｍのうち、0.8 μｍ，0.98μｍ
の波長の光は燐を含まない材料で実現できる。この場
合、電子デバイスで既に技術が確立しているGaAs系素子
を同一基板上に形成すればよいので、光通信用OEIC(opt
o-electronic integrated circuits) もGaAs基板上で実
現できることになる。
【００１７】なお、本実施例ではレーザ共振器の一部に
Erをドープする場合について説明したが、共振器の全部
にErをドープしてもよい。
Erをドープする場合について説明したが、共振器の全部
にErをドープしてもよい。
【００１８】また、本実施例ではドープする希土類元素
がErの場合について説明したが、Erに限らず他の希土類
元素であってもよい。
がErの場合について説明したが、Erに限らず他の希土類
元素であってもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る発光素子
は、回折格子を設けなくても波長安定な発光が得られ、
またソース化合物を大量に要する燐を含まない基板を用
いた素子で波長安定な発光が得られるため、製造コスト
が安いという優れた効果を奏する。
は、回折格子を設けなくても波長安定な発光が得られ、
またソース化合物を大量に要する燐を含まない基板を用
いた素子で波長安定な発光が得られるため、製造コスト
が安いという優れた効果を奏する。
【図１】本発明に係る発光素子の断面図である。
【図２】本発明に係る発光素子の電流対光出力特性を示
すグラフである。
すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01S 3/00 - 3/30
Claims (1)
- 【請求項１】 燐を含まない基板上に、活性層を有する
メサ部と、前記活性層の光導波方向端部に位置し、前記
活性層を形成する半導体層とは異なる材料よりなる複数
の層が積層されてなる光導波路とが形成され、前記メサ
部と前記光導波路とによって光共振器が構成されている
発光素子において、前記光導波路に希土類元素がドープ
されていることを特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26898391A JP3152461B2 (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26898391A JP3152461B2 (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582895A JPH0582895A (ja) | 1993-04-02 |
| JP3152461B2 true JP3152461B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17466028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26898391A Expired - Fee Related JP3152461B2 (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3152461B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004055717A (ja) | 2002-07-18 | 2004-02-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | 可変光利得制御器 |
-
1991
- 1991-09-19 JP JP26898391A patent/JP3152461B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0582895A (ja) | 1993-04-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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