JPH04269885A - Optically coupled device and its manufacture - Google Patents

Optically coupled device and its manufacture

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JPH04269885A
JPH04269885A JP3030710A JP3071091A JPH04269885A JP H04269885 A JPH04269885 A JP H04269885A JP 3030710 A JP3030710 A JP 3030710A JP 3071091 A JP3071091 A JP 3071091A JP H04269885 A JPH04269885 A JP H04269885A
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JP
Japan
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semiconductor laser
current
semiconductor substrate
light
groove
Prior art date
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Application number
JP3030710A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taiji Morimoto
泰司 森本
Hiroshi Hayashi
寛 林
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP3030710A priority Critical patent/JPH04269885A/en
Publication of JPH04269885A publication Critical patent/JPH04269885A/en
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  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To perform a high-grade transmission operation at an optically coupled device in which a semiconductor laser and a photodetector have been combined. CONSTITUTION:A groove 30 is formed in advance on the side of a light- absorbing part A at a semiconductor substrate 20. A current constriction layer 30 is grown on the whole face of the semiconductor substrate 20 so as to fill the groove 30; a stripe-shaped groove 22 is formed. After that, an active layer 24 and clad layers 23, 25 are laminated sequentially. Since the stripe-shaped groove does not reach the surface of the semiconductor substrate at the light- absorbing part having the groove, an electric-current route is not formed. Since the stripe-shaped groove reaches the surface of the semiconductor substrate at an excitation part, the electric-current route is formed. As a result, a semiconductor laser is provided with a switching characteristic.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザおよび受
光素子を組み合わせた光結合装置の構造およびその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an optical coupling device combining a semiconductor laser and a light receiving element, and a method of manufacturing the same.

【0002】0002

【従来の技術】光結合装置(フオトカプラ)は、発光素
子と受光素子を光学的に結合するよう組み合わせて構成
したもので、入出力間は電気的に絶縁され、光により信
号を伝える特性をもつている。
[Prior Art] An optical coupling device (photocoupler) is composed of a combination of a light emitting element and a light receiving element so as to be optically coupled.The input and output are electrically isolated and have the characteristic of transmitting signals by light. ing.

【0003】図4に光結合装置の基本原理図を示す。FIG. 4 shows a diagram of the basic principle of an optical coupling device.

【0004】図において、1は発光素子であつて、発光
効率の高いGaAs赤外線発光ダイオードが使用され、
2は受光素子であつて、Siのフオトトランジスタ、フ
オトダイオード、およびフオトサイリスタなどが使用さ
れる。また、最近ではフオトダイオードと信号処理回路
を一つのチツプに集積したOPIC受光素子も使用され
ている。なお、図中、3はリードフレーム、4はボンデ
イングワイヤ、5は透明あるいは半透明樹脂、6は黒色
エポキシ樹脂である。
In the figure, reference numeral 1 denotes a light emitting element, in which a GaAs infrared light emitting diode with high luminous efficiency is used.
Reference numeral 2 denotes a light receiving element, and a Si phototransistor, photodiode, photothyristor, or the like is used. Furthermore, recently, OPIC light-receiving elements in which a photodiode and a signal processing circuit are integrated into one chip have also been used. In the figure, 3 is a lead frame, 4 is a bonding wire, 5 is a transparent or translucent resin, and 6 is a black epoxy resin.

【0005】光結合装置は、上述の如く、入出力間が電
気的に絶縁されていること、直流から高周波まで幅広い
信号伝達が可能、信号伝達が一方向性であり出力側での
雑音が入力側に影響しない、論理素子との接続が容易、
小型軽量等といつた特徴を有する。
As mentioned above, optical coupling devices have electrical isolation between input and output, are capable of transmitting a wide range of signals from direct current to high frequencies, and are unidirectional in signal transmission, allowing noise to be input on the output side. Does not affect the side, easy to connect with logic elements,
It has characteristics such as small size and light weight.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】光結合装置の応答特性
(信号伝達特性)は、主に出力側のフオトトランジスタ
で決まるのが通常であるが、高速応答性の受光素子、例
えばシリコンPINフオトダイオードを使用した場合に
は、発光ダイオードの応答性が影響を与える。
[Problems to be Solved by the Invention] The response characteristics (signal transmission characteristics) of an optical coupling device are usually determined mainly by the phototransistor on the output side, but it is also possible to use a phototransistor with high-speed response, such as a silicon PIN photodiode. When using , the responsiveness of the light emitting diode will have an effect.

【0007】発光ダイオードのパルス応答性例を図5に
示す。
FIG. 5 shows an example of pulse response of a light emitting diode.

【0008】図示の如く、立ち上がり、立ち下がり時間
は各々約10nsecであることにより、変調特性は約
50MHzが限界であることがわかる。このため、発光
素子に発光ダイオードを使つた光結合装置においては高
速の信号伝達には限界がある。
As shown in the figure, since the rise and fall times are each about 10 nsec, it can be seen that the modulation characteristic has a limit of about 50 MHz. For this reason, there is a limit to high-speed signal transmission in optical coupling devices that use light-emitting diodes as light-emitting elements.

【0009】そこで、本出願人は、上述の問題点を解決
するため、図6に示すような、高速の信号伝達特性を有
する光結合装置を提案している。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present applicant has proposed an optical coupling device having high-speed signal transmission characteristics as shown in FIG.

【0010】図6に示した先行技術は、信号伝達特性を
高めるため発光素子として半導体レーザを用いた点に特
徴を有する。すなわち、先行技術では半導体レーザ10
、および受光素子2が対向して設置されており、半導体
レーザから出射するレーザ光で信号の伝達を行う。
The prior art shown in FIG. 6 is characterized in that a semiconductor laser is used as a light emitting element to improve signal transmission characteristics. That is, in the prior art, the semiconductor laser 10
, and a light receiving element 2 are installed to face each other, and transmit signals using laser light emitted from a semiconductor laser.

【0011】半導体レーザのパルス応答特性例を図8に
示す。
FIG. 8 shows an example of pulse response characteristics of a semiconductor laser.

【0012】図示の如く、立ち上がり、立ち下がり時間
は各々0.3nsecであり、1GHz以上の変調が可
能である。
As shown in the figure, the rise and fall times are each 0.3 nsec, and modulation of 1 GHz or higher is possible.

【0013】ここで、図7に図6に示した光結合装置の
製造方法を示す。
FIG. 7 shows a method of manufacturing the optical coupling device shown in FIG. 6.

【0014】まず、リードフレーム3に半導体レーザ1
0とシリコンフオトダイオード2を対向させてダイボン
ドする。続いてボンデイングワイヤ4により半導体レー
ザ10とシリコンフオトダイオードチツプ2にリード配
線を行う。この後、半導体レーザ10と、フオトダイオ
ード2とを発振レーザ光に対して透明な樹脂、あるいは
半透明樹脂5でオプテイカルパスを作り、その周囲を難
燃性の黒色エポキシ樹脂6でモールドする。
First, the semiconductor laser 1 is mounted on the lead frame 3.
0 and the silicon photodiode 2 are die-bonded so as to face each other. Subsequently, lead wiring is provided to the semiconductor laser 10 and the silicon photodiode chip 2 using the bonding wire 4. Thereafter, an optical path is formed between the semiconductor laser 10 and the photodiode 2 using a transparent resin or semi-transparent resin 5 for the oscillated laser beam, and the periphery thereof is molded with a flame-retardant black epoxy resin 6.

【0015】この結果、光結合装置は、発光素子に高速
の応答性を持つ半導体レーザを用いたことにより、高速
の信号伝達が可能となる。
As a result, the optical coupling device uses a semiconductor laser with high-speed response as a light-emitting element, thereby enabling high-speed signal transmission.

【0016】ここで、半導体レーザの電流−光出力特性
を図10−A、光結合装置への入力信号を図10−B、
光結合装置からの出力信号を図10−Cに示す。
Here, the current-light output characteristic of the semiconductor laser is shown in FIG. 10-A, the input signal to the optical coupling device is shown in FIG. 10-B,
The output signal from the optical coupler is shown in FIG. 10-C.

【0017】図示の如く、図10−Bに示す入力信号に
対し、半導体レーザの電流−光出力特性から図10−C
に示す受光素子からの出力信号が得られる。
As shown in the figure, for the input signal shown in FIG. 10-B, the current-optical output characteristic of the semiconductor laser is determined as shown in FIG. 10-C.
The output signal from the light receiving element shown in is obtained.

【0018】上記半導体レーザの構造をVSIS(V−
channeled  Substrate  Inn
er  Stripe)構造とした場合の構造概略図を
図9に示す。
The structure of the above semiconductor laser is VSIS (V-
Channeled Substrate Inn
FIG. 9 shows a schematic diagram of the structure in the case of an er Stripe structure.

【0019】LPE法(液相エピタキシヤル成長法)に
より、p型GaAs基板20上にn型GaAs電流挟窄
層21を0.8μmの厚さに成長させた後幅3μm、深
さ1.0μmのストライプ状溝22を化学エツチングに
より形成する。この後、2回目のLPE成長で、p型G
a0.55Al0.45Asクラツド層23をストライ
プ溝22の存在しない部分で0.2μm、p型Ga0.
86Al0.14As活性層24を0.06μm、n型
Ga0.55Al0.45Asクラツド層25を1μm
、n型GaAsコンタクト層26を2μm、連続的に成
長させ、電極27を形成している。
An n-type GaAs current blocking layer 21 is grown to a thickness of 0.8 μm on a p-type GaAs substrate 20 by the LPE method (liquid phase epitaxial growth method), and then the width is 3 μm and the depth is 1.0 μm. Striped grooves 22 are formed by chemical etching. After this, in the second LPE growth, p-type G
The a0.55Al0.45As cladding layer 23 is 0.2 μm thick in the area where the stripe groove 22 does not exist, and the p-type Ga0.
The thickness of the 86Al0.14As active layer 24 is 0.06 μm, and the thickness of the n-type Ga0.55Al0.45As cladding layer 25 is 1 μm.
, an n-type GaAs contact layer 26 is continuously grown to a thickness of 2 μm to form an electrode 27.

【0020】ストライプ状溝22は、n型GaAs電流
挟窄層21を貫通し、半導体基板20に到達しているた
め、ストライプ状溝22部分においてのみ電流経路が形
成され、無効電流が低減される。
Since the striped grooves 22 penetrate the n-type GaAs current blocking layer 21 and reach the semiconductor substrate 20, a current path is formed only in the striped grooves 22, reducing reactive current. .

【0021】しかしながら、通常の半導体レーザの電流
−光出力特性は、発振しきい値Ith付近では注入電流
に対して非線形的に光出力が立ち上がる。このため、バ
イアス電流値によつては消光状態でも受光素子にある程
度の光が入射し電流が流れ、この結果消光比が小さくな
るといつた問題点がある。
However, in the current-optical output characteristic of a normal semiconductor laser, the optical output rises nonlinearly with respect to the injected current near the oscillation threshold Ith. Therefore, depending on the bias current value, even in the extinction state, a certain amount of light enters the light receiving element and a current flows, resulting in a problem that the extinction ratio becomes small.

【0022】例えば、図10に示した条件では、バイア
スを発振しきい値Ith以下に設定した場合には比較的
大きな消光比が得られるが、図11に示すように発振し
きい値Ithを僅かでも越えるとレーザ発振が始まり消
光比が著しく低下する。
For example, under the conditions shown in FIG. 10, a relatively large extinction ratio can be obtained if the bias is set below the oscillation threshold Ith, but as shown in FIG. However, if this value is exceeded, laser oscillation begins and the extinction ratio drops significantly.

【0023】消光比を大きくするにはバイアス電流を小
さくし、電流振幅を大きくすればよいが、例えば高速性
を維持するためには電気回路的な問題があり容易ではな
い。
In order to increase the extinction ratio, it is possible to reduce the bias current and increase the current amplitude, but it is not easy to maintain high speed, for example, due to electrical circuit problems.

【0024】本発明は、上記に鑑み、消光状態において
半導体レーザからの光出力を抑制し、また発光状態の半
導体レーザからの光出力を大きくすることで大きな消光
比を得られるようにしたもので、高品位の伝送状態を可
能とする光結合装置およびその製造方法の提共を目的と
する。
In view of the above, the present invention makes it possible to obtain a large extinction ratio by suppressing the optical output from the semiconductor laser in the extinction state and increasing the optical output from the semiconductor laser in the emission state. The purpose of this invention is to provide an optical coupling device that enables high-quality transmission and a method for manufacturing the same.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明請求項1による課
題解決手段は、図1の如く、半導体レーザ10と受光素
子2とが電気的に分離するよう光学的に結合された光結
合装置において、前記半導体レーザ10は、光吸収部A
と励起部Bから成り、該光吸収部Aと励起部Bには半導
体基板20上に電流挟窄層21、活性層24、クラツド
層23,25が順次積層され、該電流挟窄層21にレー
ザ発振に寄与するストライプ状溝22が設けられ、前記
半導体基板20の光吸収部A側に、該ストライプ状溝2
2が半導体基板20の表面に達するのを防止するための
溝30がされたものである。
Means for Solving the Problems The means for solving the problems according to claim 1 of the present invention is provided in an optical coupling device in which a semiconductor laser 10 and a light receiving element 2 are optically coupled so as to be electrically separated, as shown in FIG. , the semiconductor laser 10 has a light absorption section A
and an excitation part B. In the light absorption part A and the excitation part B, a current sandwiching layer 21, an active layer 24, and cladding layers 23 and 25 are sequentially laminated on a semiconductor substrate 20. A striped groove 22 contributing to laser oscillation is provided on the light absorption portion A side of the semiconductor substrate 20.
A groove 30 is formed to prevent the semiconductor substrate 20 from reaching the surface of the semiconductor substrate 20.

【0026】また、請求項2による課題解決手段は、図
2の如く、半導体基板20の光吸収部A側に溝30を形
成し、該溝30を埋めるよう半導体基板20の全面に電
流挟窄層21を成長させ、該電流挟窄層21成長後にス
トライプ状溝22を形成し、その後活性層24、クラツ
ド層23,25を順次積層して半導体レーザ10を得、
該半導体レーザ10と受光素子2とを電気的に分離する
よう光学的に結合するものである。
Further, the problem solving means according to claim 2 is as shown in FIG. A layer 21 is grown, and after the growth of the current confinement layer 21, a striped groove 22 is formed, and then an active layer 24 and cladding layers 23 and 25 are sequentially laminated to obtain a semiconductor laser 10.
The semiconductor laser 10 and the light receiving element 2 are optically coupled so as to be electrically separated.

【0027】[0027]

【作用】上記課題解決手段において、溝30のある光吸
収部Aでは、ストライプ状溝22が半導体基板20に到
達せず、電流経路は形成されない。一方、溝30のない
励起部Bでは、ストライプ状溝22が半導体基板20に
到達し、電流経路が形成される。
[Operation] In the above problem solving means, in the light absorption section A where the groove 30 is provided, the striped groove 22 does not reach the semiconductor substrate 20, and no current path is formed. On the other hand, in the excitation part B without the groove 30, the striped groove 22 reaches the semiconductor substrate 20 and a current path is formed.

【0028】半導体レーザ10に電流を流すと、電流経
路のある光吸収部Aでは活性層24にキヤリアが注入さ
れ自然放出光が励起される。しかし、電流経路の無い励
起部Bではキヤリアの注入が行われないため、活性層2
4内を伝搬して来た自然放出光は、吸収を受けレーザ発
振に至るゲインが通常のレーザに比べ抑制される。
When a current is applied to the semiconductor laser 10, carriers are injected into the active layer 24 in the light absorbing portion A where the current path exists, and spontaneous emission light is excited. However, since no carriers are injected in the excitation part B, which has no current path, the active layer 2
The spontaneous emission light that has propagated through the laser is absorbed and the gain that leads to laser oscillation is suppressed compared to a normal laser.

【0029】さらに、電流を増加させると、自然放出光
が増加し、レーザ発振条件に至るので、レーザ光の放出
が始まる。発振が開始すると、そのレーザ光のため溝3
0部分の薄い電流挟窄層21がオンし、急激に光出力が
増大する。
Furthermore, when the current is increased, the spontaneous emission increases and a laser oscillation condition is reached, so that laser light starts to be emitted. When oscillation starts, the groove 3
The thin current pinching layer 21 at the 0 portion is turned on, and the optical output increases rapidly.

【0030】すなわち、半導体レーザ10は、ある入力
電流値を越えると急激に出力電流が増加するスイツチン
グ特性を持つ。したがつて、消光状態から発光状態への
移行時に半導体レーザ10において大きな光出力の変化
が得られ、この結果大きな消光比が得られる。このこと
は、小さな入力電流の振幅でも大きな消光比が得られる
こととなり、半導体レーザ駆動回路系の負担が減るとい
つた利点も発生する。
That is, the semiconductor laser 10 has a switching characteristic in which the output current increases rapidly when the input current value exceeds a certain value. Therefore, a large change in optical output is obtained in the semiconductor laser 10 when transitioning from the extinction state to the emission state, and as a result, a large extinction ratio is obtained. This means that a large extinction ratio can be obtained even with a small input current amplitude, resulting in the advantage that the load on the semiconductor laser drive circuit system is reduced.

【0031】[0031]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図3に
基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.

【0032】図1は本発明の一実施例に係る光結合装置
の半導体レーザの構造を示す斜視図、図2は半導体レー
ザの製造方法を示す図、図3−Aは半導体レーザの電流
−光出力特性を示す図、図3−Bは同じく光結合装置へ
の入力信号を示す図、図3−Cは同じく光結合装置から
の出力信号を示す図である。なお、図6,9に示した先
行技術と同一機能部品については同一符号を付している
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser in an optical coupling device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a method for manufacturing the semiconductor laser, and FIG. FIG. 3-B is a diagram showing the output characteristics, and FIG. 3-B is a diagram showing an input signal to the optical coupling device, and FIG. 3-C is a diagram showing the output signal from the optical coupling device. In addition, the same reference numerals are attached to the same functional parts as those of the prior art shown in FIGS. 6 and 9.

【0033】本実施例の光結合装置は、スイツチング特
性を有する半導体レーザ、および通常の受光素子を備え
、消光状態において受光素子からの出力電流を抑制した
点に特徴を有する。
The optical coupling device of this embodiment includes a semiconductor laser having switching characteristics and a normal light receiving element, and is characterized in that the output current from the light receiving element is suppressed in the extinction state.

【0034】なお、半導体レーザ以外の構成は先行技術
と同一であるので、ここでは主に半導体レーザの構成に
ついて説明する。
Note that the configuration other than the semiconductor laser is the same as the prior art, so the configuration of the semiconductor laser will mainly be explained here.

【0035】半導体レーザ10は、図1の如く、ストラ
イプ半導体レーザであつて、光吸収部Aと励起部Bから
成る。該光吸収部Aと励起部Bには、p型半導体基板2
0上にn型電流挟窄層21、p型クラツド層23、p型
活性層24、n型クラツド層25、n型コンタクト層2
6が順次積層され、該電流挟窄層21にレーザ発振に寄
与するストライプ状溝22が設けられている。
The semiconductor laser 10 is a striped semiconductor laser, as shown in FIG. 1, and consists of a light absorption section A and an excitation section B. A p-type semiconductor substrate 2 is provided in the light absorption section A and the excitation section B.
0, an n-type current blocking layer 21, a p-type cladding layer 23, a p-type active layer 24, an n-type cladding layer 25, an n-type contact layer 2
6 are sequentially laminated, and the current blocking layer 21 is provided with a striped groove 22 that contributes to laser oscillation.

【0036】光出射端面側に形成された光吸収部Aは、
励起部Bで発生した自然放出光に対して吸収ロスを与え
、自然放出光がある一定レベルを越すまではレーザ発振
を抑制するように働くとともに、自然放出光を外部に出
力しないように働く。
The light absorbing portion A formed on the light emitting end face side is
It provides an absorption loss to the spontaneously emitted light generated in the excitation part B, works to suppress laser oscillation until the spontaneously emitted light exceeds a certain level, and also works to prevent the spontaneously emitted light from being output to the outside.

【0037】そして、前記半導体基板20の光吸収部A
側には、ストライプ状溝形成時にストライプ状溝22が
半導体基板20に達するのを防止するための溝が形成さ
れている。これにより、ストライプ状溝22は、光出射
面近傍(光吸収部A)においては半導体基板20の表面
に達せず、それ以外の部分(励起部B)では半導体基板
20の表面に達する。
[0037] Then, the light absorption part A of the semiconductor substrate 20
Grooves are formed on the sides to prevent the striped grooves 22 from reaching the semiconductor substrate 20 when forming the striped grooves. As a result, the striped grooves 22 do not reach the surface of the semiconductor substrate 20 in the vicinity of the light emitting surface (light absorption section A), but reach the surface of the semiconductor substrate 20 in other parts (excitation section B).

【0038】次に、上記光結合装置の製造方法について
説明する。
Next, a method for manufacturing the above-mentioned optical coupling device will be explained.

【0039】まず、図2のように半導体レーザ10を製
造する。すなわち、p型GaAs半導体基板20の光吸
収部A側に幅10μm、長さ50μm、深さ0.5μm
の溝30を形成する。この後、LPE法でn型GaAs
電流挟窄層21を溝30の無い部分で厚さ0.8μmと
なるように、かつその成長表面が平坦となるように成長
する。
First, a semiconductor laser 10 is manufactured as shown in FIG. That is, on the light absorption part A side of the p-type GaAs semiconductor substrate 20, a width of 10 μm, a length of 50 μm, and a depth of 0.5 μm is formed.
A groove 30 is formed. After this, n-type GaAs was formed using the LPE method.
The current pinching layer 21 is grown to have a thickness of 0.8 μm in the portion without the groove 30 and to have a flat growth surface.

【0040】続いて、ストライプ状溝22を幅3μm、
深さ1μmの形状で電流挟窄層21の成長後にフオトリ
ソグラフイ技術とエツチング技術を用いて形成する。こ
の結果、溝30のある部分では、ストライプ状溝22が
半導体基板20に到達せず、電流経路は形成されない。 一方、それ以外の部分では、ストライプ状溝22が半導
体基板20に到達し、電流経路が形成される。
Next, the striped grooves 22 are formed with a width of 3 μm.
It is formed in a shape with a depth of 1 μm using photolithography and etching techniques after the growth of the current confinement layer 21. As a result, in the portion where the groove 30 is present, the striped groove 22 does not reach the semiconductor substrate 20, and no current path is formed. On the other hand, in other parts, the striped grooves 22 reach the semiconductor substrate 20 and a current path is formed.

【0041】続いて、ストライプ状溝22を形成した半
導体基板20上に、p型Ga0.55Al0.45As
クラツド層23をストライプ状溝22の存在しない部分
で0.1μm、p型Ga0.86Al0.14As活性
層24を0.08μm、n型Ga0.55Al0.45
Asクラツド層25を1.2μm、n型GaAsコンタ
クト層26を1.5μm、LPE法によりダブルヘテロ
構造を連続的に成長させ、その後電極27を形成して半
導体レーザ10が完成する。
Next, p-type Ga0.55Al0.45As is deposited on the semiconductor substrate 20 in which the striped grooves 22 are formed.
The cladding layer 23 is 0.1 μm in the part where the striped groove 22 does not exist, the p-type Ga0.86Al0.14As active layer 24 is 0.08 μm, and the n-type Ga0.55Al0.45
A double heterostructure is successively grown by LPE using an As cladding layer 25 of 1.2 μm and an n-type GaAs contact layer 26 of 1.5 μm, and then an electrode 27 is formed to complete the semiconductor laser 10.

【0042】そして、半導体レーザ10と受光素子を先
行技術と同様にして電気的に分離するよう光学的に結合
する。
Then, the semiconductor laser 10 and the light receiving element are optically coupled so as to be electrically separated, as in the prior art.

【0043】半導体レーザ10に電流を流すと、電流経
路のある部分(光吸収部A)では活性層24にキヤリア
が注入され自然放出光が励起される。しかし、電流経路
の無い部分(励起部B)ではキヤリアの注入が行われな
いため、活性層24内を伝搬して来た自然放出光は、吸
収を受けレーザ発振に至るゲインが通常のレーザに比べ
抑制される。
When a current is passed through the semiconductor laser 10, carriers are injected into the active layer 24 in a certain part of the current path (light absorption section A), and spontaneous emission light is excited. However, since no carrier is injected in the part where there is no current path (excitation part B), the spontaneously emitted light propagating within the active layer 24 is absorbed, and the gain leading to laser oscillation is reduced to that of a normal laser. It is suppressed in comparison.

【0044】さらに、電流を増加させると、自然放出光
が増加し、レーザ発振条件に至るので、レーザ光の放出
が始まる。発振が開始すると、そのレーザ光のため溝3
0部分の薄い電流挟窄層21がオンし、急激に光出力が
増大する。この状態を示したのが図3−Aの電流−光出
力特性である。
Furthermore, when the current is increased, the spontaneous emission increases and a laser oscillation condition is reached, so that emission of laser light begins. When oscillation starts, the groove 3
The thin current pinching layer 21 at the 0 portion is turned on, and the optical output increases rapidly. This state is shown in the current-light output characteristics shown in FIG. 3-A.

【0045】図3−Bに示すt0〜t3の入力信号を半
導体レーザ10に入力した場合、バイアス電流をスイツ
チング電流ISW以下に設定し、かつ発光状態となるt
0〜t1,t2〜t3において電流ISW以上となるよ
うにすることで、半導体レーザ10から出る光は、ほぼ
0から大きなレーザ光出力状態へ移行することになり、
この結果大きな消光比が得られる。このときの出力電流
の状態を図3−Cに示す。
When the input signal from t0 to t3 shown in FIG.
By setting the current to be equal to or higher than the current ISW from 0 to t1 and from t2 to t3, the light emitted from the semiconductor laser 10 transitions from almost 0 to a large laser light output state,
As a result, a large extinction ratio can be obtained. The state of the output current at this time is shown in FIG. 3-C.

【0046】このように、半導体レーザ10にスイツチ
ング特性を持たせてることで、受光素子から出力される
電流の振幅を大きくすることができ、高品位な伝送が可
能となる。
As described above, by providing the semiconductor laser 10 with switching characteristics, the amplitude of the current output from the light receiving element can be increased, and high quality transmission becomes possible.

【0047】さらに、このスイツチング特性をシユミツ
トトリガ的に利用すれば、あるレベル以下の入力電流以
下の信号は伝達されないという回路を組むことは容易で
あり、後の電子回路の設計を簡略化することが可能とな
る。
Furthermore, if this switching characteristic is utilized in a Schmitt Trigger manner, it is easy to construct a circuit in which signals below a certain level of input current are not transmitted, which simplifies the design of electronic circuits later. It becomes possible.

【0048】このことは、入力電流に乗つているある特
定の電流値以下のノイズ成分をカツトすることができ、
この点からも高品位な伝送が可能となる。
[0048] This makes it possible to cut out noise components below a certain current value that are riding on the input current.
From this point of view as well, high-quality transmission is possible.

【0049】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that many modifications and changes can be made to the above embodiments within the scope of the present invention.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、半導体基板の光吸収部側に、ストライプ状溝が
半導体基板の表面に達するのを防止するため溝を設ける
ことにより、光吸収部においては、ストライプ状溝が半
導体基板の表面に達しないから電流経路が形成されず、
一方励起部においては、ストライプ状溝が半導体基板の
表面に達するから電流経路が形成される。このため、半
導体レーザにスイツチング特性を持たせることができる
As is clear from the above explanation, according to the present invention, by providing grooves on the light absorption portion side of a semiconductor substrate to prevent the striped grooves from reaching the surface of the semiconductor substrate, light absorption can be improved. In some parts, the striped grooves do not reach the surface of the semiconductor substrate, so no current path is formed.
On the other hand, in the excitation section, the striped grooves reach the surface of the semiconductor substrate, so that a current path is formed. Therefore, the semiconductor laser can be provided with switching characteristics.

【0051】したがつて、消光状態から発光状態への移
行時に半導体レーザの光出力に大きな変化が得られ、こ
の結果受光素子の出力電流に大きな変化を与えられる。 また、この大きな出力電流の変化は従来より小さな入力
電流変化により与えることができる。さらに、一定入力
電流値以下の信号は伝達されにくいためノイズのカツト
も可能である。
Therefore, a large change is obtained in the optical output of the semiconductor laser upon transition from the extinction state to the emission state, and as a result, a large change is given to the output current of the light receiving element. Moreover, this large change in output current can be provided by a smaller change in input current than in the past. Furthermore, since signals below a certain input current value are difficult to be transmitted, it is also possible to cut noise.

【0052】これらの点から、より高品位な信号伝達を
可能とし、応用範囲を広げた光結合装置が得られるとい
つた優れた効果がある。
From these points, it is possible to obtain an optical coupling device that enables higher quality signal transmission and has a wider range of applications, which is an excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】図1は本発明の一実施例に係る光結合装置の半
導体レーザの構造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser of an optical coupling device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は半導体レーザの製造方法を示す図である
FIG. 2 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor laser.

【図3】図3−Aは半導体レーザの電流−光出力特性を
示す図、図3−Bは同じく光結合装置への入力信号を示
す図、図3−Cは同じく光結合装置からの出力信号を示
す図である。
[Figure 3] Figure 3-A is a diagram showing the current-optical output characteristics of a semiconductor laser, Figure 3-B is a diagram showing the input signal to the optical coupling device, and Figure 3-C is the same diagram showing the output from the optical coupling device. It is a figure which shows a signal.

【図4】図4は光結合装置の基本原理図である。FIG. 4 is a diagram of the basic principle of an optical coupling device.

【図5】図5は発光ダイオードのパルス応答特性例を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of pulse response characteristics of a light emitting diode.

【図6】図6は先行技術に係る半導体レーザを利用した
光結合装置の全体構造を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the overall structure of an optical coupling device using a semiconductor laser according to the prior art.

【図7】図7は図6の光結合装置の製造方法を示す図で
ある。
7 is a diagram showing a method of manufacturing the optical coupling device of FIG. 6. FIG.

【図8】図8は図6の光結合装置に利用される半導体レ
ーザのパルス応答特性例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of pulse response characteristics of a semiconductor laser used in the optical coupling device of FIG. 6;

【図9】図9は図6の光結合装置の半導体レーザの構造
を示す斜視図である。
9 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser of the optical coupling device of FIG. 6. FIG.

【図10】図10−Aは図9に示す半導体レーザにおい
てバイアスを発振しきい値以下に設定した場合の電流−
光出力特性を示す図、図10−Bは同じく光結合装置へ
の入力信号を示す図、図10−Cは同じく光結合装置か
らの出力信号を示す図である。
[Figure 10-A] Figure 10-A shows the current when the bias is set below the oscillation threshold in the semiconductor laser shown in Figure 9.
FIG. 10-B is a diagram showing the optical output characteristics, and FIG. 10-C is a diagram showing the input signal to the optical coupling device, and FIG. 10-C is a diagram showing the output signal from the optical coupling device.

【図11】図11−Aは図9に示す半導体レーザにおい
てバイアスが発振しきい値を越えた場合の電流−光出力
特性を示す図、図11−Bは同じく光結合装置への入力
信号を示す図、図11−Cは同じく光結合装置からの出
力信号を示す図である。
11] FIG. 11-A is a diagram showing the current-optical output characteristics when the bias exceeds the oscillation threshold in the semiconductor laser shown in FIG. 9, and FIG. 11-B is a diagram showing the input signal to the optical coupling device. The figure shown in FIG. 11-C is a diagram similarly showing an output signal from the optical coupling device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2    受光素子 10  半導体レーザ 20  半導体基板 21  電流挟窄層 22  ストライプ状溝 23,25  クラツド層 24  活性層 30  溝 2 Photo receiving element 10 Semiconductor laser 20 Semiconductor substrate 21 Current pinching layer 22 Striped groove 23,25 Clad layer 24 Active layer 30 groove

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体レーザと受光素子とが電気的に
分離するよう光学的に結合された光結合装置において、
前記半導体レーザは、光吸収部と励起部から成り、該光
吸収部と励起部には、半導体基板上に電流挟窄層、活性
層、クラツド層が順次積層され、該電流挟窄層にレーザ
発振に寄与するストライプ状溝が設けられ、前記半導体
基板の光吸収部側に、ストライプ状溝が半導体基板の表
面に達するのを防止するための溝が形成されたことを特
徴とする光結合装置。
1. An optical coupling device in which a semiconductor laser and a light receiving element are optically coupled so as to be electrically separated,
The semiconductor laser is composed of a light absorption part and an excitation part. In the light absorption part and the excitation part, a current sandwiching layer, an active layer, and a cladding layer are sequentially laminated on a semiconductor substrate. An optical coupling device characterized in that a striped groove that contributes to oscillation is provided, and a groove is formed on the light absorption portion side of the semiconductor substrate to prevent the striped groove from reaching the surface of the semiconductor substrate. .
【請求項2】  半導体基板の光吸収部側に溝を形成し
、該溝を埋めるよう半導体基板の全面に電流挟窄層を成
長させ、該電流挟窄層成長後にストライプ状溝を形成し
、その後活性層、クラツド層を順次積層して半導体レー
ザを得、該半導体レーザと受光素子とを電気的に分離す
るよう光学的に結合することを特徴とする光結合装置の
製造方法。
2. Forming a groove on the light absorbing portion side of the semiconductor substrate, growing a current pinching layer over the entire surface of the semiconductor substrate to fill the groove, and forming a striped groove after growing the current pinching layer, 1. A method of manufacturing an optical coupling device, characterized in that an active layer and a cladding layer are then sequentially laminated to obtain a semiconductor laser, and the semiconductor laser and a light-receiving element are optically coupled so as to be electrically isolated.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007258399A (en) * 2006-03-23 2007-10-04 Rohm Co Ltd Photocoupler

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