JP2658883B2 - 面発光素子 - Google Patents
面発光素子Info
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- JP2658883B2 JP2658883B2 JP17560794A JP17560794A JP2658883B2 JP 2658883 B2 JP2658883 B2 JP 2658883B2 JP 17560794 A JP17560794 A JP 17560794A JP 17560794 A JP17560794 A JP 17560794A JP 2658883 B2 JP2658883 B2 JP 2658883B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は温度特性の向上すなわち
耐環境性を具備した面発光素子に関する。
耐環境性を具備した面発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光のもつ並列性および空間伝播性を情報
処理に応用するためには、面方向に素子を二次元に集積
化することが望ましい。この面発光素子については、伊
賀らによって先駆的な研究が行われ、彼らの一連の研究
成果は１９８８年発行の伊賀他著のジャーナル・オブ・
カンタム・エレクトロニクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＱ
ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）第２４巻１８
４５〜１８５５ページ記載の論文に歴史的な経緯を含め
てまとめられている。上記面発光素子の高密度集積には
素子の熱特性の向上が必要となる。熱特性の向上は、す
なわち環境に左右されることのない素子を提供すること
につながり、応用上きわめて重要である。
処理に応用するためには、面方向に素子を二次元に集積
化することが望ましい。この面発光素子については、伊
賀らによって先駆的な研究が行われ、彼らの一連の研究
成果は１９８８年発行の伊賀他著のジャーナル・オブ・
カンタム・エレクトロニクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＱ
ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）第２４巻１８
４５〜１８５５ページ記載の論文に歴史的な経緯を含め
てまとめられている。上記面発光素子の高密度集積には
素子の熱特性の向上が必要となる。熱特性の向上は、す
なわち環境に左右されることのない素子を提供すること
につながり、応用上きわめて重要である。
【０００３】上記、熱特性の向上のための方法として、
活性層の利得の波長帯域を広げることが考えられる。素
子発熱にともなう温度上昇とともに、共振ピークは長波
長側にシフトしていくが、利得の波長帯域が広く、かつ
フラットな形状のものであれば、温度上昇に対して、つ
ねに一定の利得を得ることができることになる。つま
り、温度上昇に影響されない素子特性が期待できること
になる。
活性層の利得の波長帯域を広げることが考えられる。素
子発熱にともなう温度上昇とともに、共振ピークは長波
長側にシフトしていくが、利得の波長帯域が広く、かつ
フラットな形状のものであれば、温度上昇に対して、つ
ねに一定の利得を得ることができることになる。つま
り、温度上昇に影響されない素子特性が期待できること
になる。
【０００４】しかしながら、従来の活性層の組成が単一
の面発光素子では、利得の幅はせいぜい２０nm程度であ
り、素子温度あるいは周囲温度の上昇に伴う共振ピーク
のシフトに対して一定の利得を与えるものではなかっ
た。その結果、温度が高くなると、共振ピークは利得の
領域から外れてしまい、素子特性の著しい劣化が観測さ
れた。これは素子の高密度集積化の上でも、様々な環境
下での使用を行う上でも不利であった。
の面発光素子では、利得の幅はせいぜい２０nm程度であ
り、素子温度あるいは周囲温度の上昇に伴う共振ピーク
のシフトに対して一定の利得を与えるものではなかっ
た。その結果、温度が高くなると、共振ピークは利得の
領域から外れてしまい、素子特性の著しい劣化が観測さ
れた。これは素子の高密度集積化の上でも、様々な環境
下での使用を行う上でも不利であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、上記に鑑み
て、本発明においては熱特性の向上かつ耐環境性の向上
を図るべく、従来実現されていなかった、利得の幅が共
振ピークの動きに対して十分に広い形状を有する面発光
素子を提供することを目的とする。
て、本発明においては熱特性の向上かつ耐環境性の向上
を図るべく、従来実現されていなかった、利得の幅が共
振ピークの動きに対して十分に広い形状を有する面発光
素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明が提供する手段は、二つの多層反射膜で構成
された共振器とそれに挟まれた多重量子井戸活性層を含
む中間層から成る面発光素子において、前記多重量子井
戸活性層は二つ以上のバンドギャップの異なる量子井戸
層を有し、前記各量子井戸層は面方向の光電界分布を利
用して利得帯域幅が広くなるように配置したことを特徴
とする面発光素子である。
めに本発明が提供する手段は、二つの多層反射膜で構成
された共振器とそれに挟まれた多重量子井戸活性層を含
む中間層から成る面発光素子において、前記多重量子井
戸活性層は二つ以上のバンドギャップの異なる量子井戸
層を有し、前記各量子井戸層は面方向の光電界分布を利
用して利得帯域幅が広くなるように配置したことを特徴
とする面発光素子である。
【０００７】また、該面発光素子において、前記多重量
子井戸活性層の一量子井戸層と面方向の光電界分布の高
い部分とをほぼ一致させたことを特徴とする面発光素子
である。
子井戸活性層の一量子井戸層と面方向の光電界分布の高
い部分とをほぼ一致させたことを特徴とする面発光素子
である。
【０００８】
【作用】本発明によれば、活性層がバンドギャップの異
なる材料で構成されているため、各利得の中心波長が異
なっており、各々のバンドギャップを適当に選択するこ
とで、総利得としては幅が広いものとなり、形状も平坦
なものにすることが可能となる。また、活性層を構成す
る各量子井戸の位置を面方向の光電界分布を考慮して決
めることで、利得の形状に対する設計の任意性が増すこ
とになる。これらにより、温度上昇に対して常に一定の
利得を得ることができるので、安定した素子特性を高い
温度のもとでも実現できる。
なる材料で構成されているため、各利得の中心波長が異
なっており、各々のバンドギャップを適当に選択するこ
とで、総利得としては幅が広いものとなり、形状も平坦
なものにすることが可能となる。また、活性層を構成す
る各量子井戸の位置を面方向の光電界分布を考慮して決
めることで、利得の形状に対する設計の任意性が増すこ
とになる。これらにより、温度上昇に対して常に一定の
利得を得ることができるので、安定した素子特性を高い
温度のもとでも実現できる。
【０００９】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を説明す
るために示す面発光素子の断面図である。本発明の面発
光素子は、発振波長０．９８μm の場合、ｎ型ＧａＡｓ
基板１上にｎ型ＡｌＡｓ層およびｎ型ＧａＡｓ層を各々
厚さ８１．２nm、６８．１nmだけ交互に１８．５周期形
成し、ｎ型半導体多層膜反射鏡２とする。３は厚さ０．
５７μm のｎ型クラッド層でＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを用
い、４は活性層で厚さ１０nmのアンドープのＩｎ0.22Ｇ
ａ0.78Ａｓ、Ｉｎ0.23Ｇａ0.77Ａｓ、Ｉｎ0.24Ｇａ0.76
Ａｓの三種類の組成を厚さ１０nmのアンドープのＡｌ
025 Ｇａ0.75Ａｓで挟んだ量子井戸構造となっている。
５は厚さｐ型クラッド層でＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを用い
る。６はｐ型半導体多層反射鏡で、ｐ型ＡｌＡｓ層およ
びｐ型ＧａＡｓ層を各々厚さ８１．２nm、６８．１nmだ
け交互に１５周期形成している。７はイオン注入により
形成される高抵抗領域で、イオンとしてプロトンを用
い、１００ｋｅＶ、ドーズ量５×１０14cm-2程度で注入
してある。ここで、活性層４の各々のＩｎＧａＡｓの組
成は発振波長０．９７、０．９８、０．９９μm に対応
しており、利得の幅は約４０nmとなり、かつ形状もフラ
ットになる。
がら詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を説明す
るために示す面発光素子の断面図である。本発明の面発
光素子は、発振波長０．９８μm の場合、ｎ型ＧａＡｓ
基板１上にｎ型ＡｌＡｓ層およびｎ型ＧａＡｓ層を各々
厚さ８１．２nm、６８．１nmだけ交互に１８．５周期形
成し、ｎ型半導体多層膜反射鏡２とする。３は厚さ０．
５７μm のｎ型クラッド層でＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを用
い、４は活性層で厚さ１０nmのアンドープのＩｎ0.22Ｇ
ａ0.78Ａｓ、Ｉｎ0.23Ｇａ0.77Ａｓ、Ｉｎ0.24Ｇａ0.76
Ａｓの三種類の組成を厚さ１０nmのアンドープのＡｌ
025 Ｇａ0.75Ａｓで挟んだ量子井戸構造となっている。
５は厚さｐ型クラッド層でＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを用い
る。６はｐ型半導体多層反射鏡で、ｐ型ＡｌＡｓ層およ
びｐ型ＧａＡｓ層を各々厚さ８１．２nm、６８．１nmだ
け交互に１５周期形成している。７はイオン注入により
形成される高抵抗領域で、イオンとしてプロトンを用
い、１００ｋｅＶ、ドーズ量５×１０14cm-2程度で注入
してある。ここで、活性層４の各々のＩｎＧａＡｓの組
成は発振波長０．９７、０．９８、０．９９μm に対応
しており、利得の幅は約４０nmとなり、かつ形状もフラ
ットになる。
【００１０】第二の実施例として、図２に示すように、
活性層をＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓから成る４つの量子井戸
で構成し、その各々の層厚を８．２nm、８．２nm、６．
５nm、５．３nmと設定する（各々の量子井戸を順に８、
９、１０、１１とする、量子井戸８、９は波長０．９８
μm 、量子井戸１０は０．９６μm 、量子井戸１１は
０．９４μm に対応する）。これにより、各量子井戸の
バンドギャップはお互いに異なるものとなり、第一の実
施例と同様の効果が期待できる。なお、活性層以外の構
成は第一の実施例と同じでよい。
活性層をＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓから成る４つの量子井戸
で構成し、その各々の層厚を８．２nm、８．２nm、６．
５nm、５．３nmと設定する（各々の量子井戸を順に８、
９、１０、１１とする、量子井戸８、９は波長０．９８
μm 、量子井戸１０は０．９６μm 、量子井戸１１は
０．９４μm に対応する）。これにより、各量子井戸の
バンドギャップはお互いに異なるものとなり、第一の実
施例と同様の効果が期待できる。なお、活性層以外の構
成は第一の実施例と同じでよい。
【００１１】また、上記の各々の量子井戸を面方向の光
電界分布を考慮にいれて配置すると利得スペクトルの形
状を制御する自由度が増す。たとえば、第二の実施例で
説明すると、量子井戸９を図３で示す電界分布の腹の位
置１２に配置し、そこからバリア層１３を各々１０nmは
さみ、他の量子井戸を配置していくことにする。する
と、量子井戸８、１０での腹の位置に対しての電界の相
対強度は０．８１、量子井戸１１の腹の位置に対しての
電界の相対強度は０．４１となる。こうした設定を行う
ことにより、利得ピーク波長０．９８μm の量子井戸の
利得を大きくし、利得ピーク波長０．９４μm の量子井
戸の利得を抑え、利得の形状を図４に示すように、従来
素子（３ＱＷをもつ素子）に比べ、平坦に近いものにす
ることができる。利得が平坦に近いと、つねに一定に利
得を与えるので、温度変化にともなう素子特性の変化を
小さくすることが可能となる。
電界分布を考慮にいれて配置すると利得スペクトルの形
状を制御する自由度が増す。たとえば、第二の実施例で
説明すると、量子井戸９を図３で示す電界分布の腹の位
置１２に配置し、そこからバリア層１３を各々１０nmは
さみ、他の量子井戸を配置していくことにする。する
と、量子井戸８、１０での腹の位置に対しての電界の相
対強度は０．８１、量子井戸１１の腹の位置に対しての
電界の相対強度は０．４１となる。こうした設定を行う
ことにより、利得ピーク波長０．９８μm の量子井戸の
利得を大きくし、利得ピーク波長０．９４μm の量子井
戸の利得を抑え、利得の形状を図４に示すように、従来
素子（３ＱＷをもつ素子）に比べ、平坦に近いものにす
ることができる。利得が平坦に近いと、つねに一定に利
得を与えるので、温度変化にともなう素子特性の変化を
小さくすることが可能となる。
【００１２】さらに、上記の組み合わせにより、利得の
プロファイルを目的に応じ任意設計していくことができ
る。例えば、今回の目的である温度特性に対しては、利
得帯域を広くとればよいし、高速化のために微分利得を
大きくとりたい場合は、それに応じたプロファイルとな
るように組み合わせればよい。また、上記実施例におい
て、利得ピークが共振ピークに比べ３〜４倍温度上昇に
対する長波シフトが大きいことを利用し、共振ピークを
あらかじめ利得ピークに対し長波側に設定しておくと温
度上昇時に両者が一致する方向に動くことになり、素子
温度特性に有利となる。
プロファイルを目的に応じ任意設計していくことができ
る。例えば、今回の目的である温度特性に対しては、利
得帯域を広くとればよいし、高速化のために微分利得を
大きくとりたい場合は、それに応じたプロファイルとな
るように組み合わせればよい。また、上記実施例におい
て、利得ピークが共振ピークに比べ３〜４倍温度上昇に
対する長波シフトが大きいことを利用し、共振ピークを
あらかじめ利得ピークに対し長波側に設定しておくと温
度上昇時に両者が一致する方向に動くことになり、素子
温度特性に有利となる。
【００１３】本実施例では、いくつかの面発光素子につ
いて説明を行ったが、構造、各材料およびその組成、層
厚などはこれに限定されるものではない。
いて説明を行ったが、構造、各材料およびその組成、層
厚などはこれに限定されるものではない。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
素子の発熱および周囲温度の変化に対して、素子特性の
劣化を生じない面発光素子を提供することが可能で、光
集積回路として応用する上で、環境に左右されない光源
となり得るものである。
素子の発熱および周囲温度の変化に対して、素子特性の
劣化を生じない面発光素子を提供することが可能で、光
集積回路として応用する上で、環境に左右されない光源
となり得るものである。
【図１】本発明の第一の実施例を示す面発光素子の断面
図である。
図である。
【図２】本発明の第二の実施例を示す面発光素子の断面
図である。
図である。
【図３】第二の実施例で活性層の各量子井戸の配置を決
めるのに、光電界分布を利用した例を示す概念図であ
る。
めるのに、光電界分布を利用した例を示す概念図であ
る。
【図４】本発明の効果を説明するための図である。
１ 半導体基板 ２ ｎ型半導体多層膜反射膜 ３ ｎ型クラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ型クラッド層 ６ ｐ型半導体多層膜反射鏡 ７ 高抵抗領域 ８ 第一の量子井戸 ９ 第二の量子井戸 １０ 第三の量子井戸 １１ 第四の量子井戸 １２ 光電界分布の腹 １３ バリア層
Claims (2)
- 【請求項１】 二つの多層反射膜で構成された共振器と
それに挟まれた多重量子井戸活性層を含む中間層から成
る面発光素子において、前記多重量子井戸活性層は二つ
以上のバンドギャップの異なる量子井戸層を有し、前記
各量子井戸層は面方向の光電界分布を利用して利得帯域
幅が広くなるように配置したことを特徴とする面発光素
子。 - 【請求項２】 前記多重量子井戸活性層の一量子井戸層
と面方向の光電界分布の高い部分とをほぼ一致させたこ
とを特徴とする請求項１記載の面発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17560794A JP2658883B2 (ja) | 1994-01-17 | 1994-07-27 | 面発光素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-2905 | 1994-01-17 | ||
| JP290594 | 1994-01-17 | ||
| JP17560794A JP2658883B2 (ja) | 1994-01-17 | 1994-07-27 | 面発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07245449A JPH07245449A (ja) | 1995-09-19 |
| JP2658883B2 true JP2658883B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=26336390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17560794A Expired - Fee Related JP2658883B2 (ja) | 1994-01-17 | 1994-07-27 | 面発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2658883B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3111957B2 (ja) | 1997-12-24 | 2000-11-27 | 日本電気株式会社 | 面発光素子 |
| JP2000299493A (ja) | 1999-04-15 | 2000-10-24 | Daido Steel Co Ltd | 半導体面発光素子 |
| JP4210690B2 (ja) | 2006-03-31 | 2009-01-21 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 面発光素子 |
| JP5355276B2 (ja) * | 2009-07-28 | 2013-11-27 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ |
| JP2012204677A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Fuji Xerox Co Ltd | 発光サイリスタ、光源ヘッド、及び画像形成装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01179488A (ja) * | 1988-01-07 | 1989-07-17 | Nec Corp | 光増幅器 |
-
1994
- 1994-07-27 JP JP17560794A patent/JP2658883B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＰＲＯＣ．ＩＥＥＥ／ＬＥＯＳ ＳＵＭＭＥＲ ＴＯＰＩＣＡＬ ＭＥＥＴＩＮＧ ＯＮ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＳＡＮＴＡ ＢＡＲＢＡＲＡ，ＣＡ，ＡＵＧＵＳＴ １９９２，ＰＡＰＥＲ ＴＨＢ５，Ｐ．５１−５２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07245449A (ja) | 1995-09-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970506 |
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