JPH0433386A - 端面出射型半導体発光素子およびその駆動方法 - Google Patents

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】 発明の背景 技術分野 この発明は１チツプ上に発光部と発光部の出力光をモニ
タするための受光部とを設けた端面出射型半導体発光素
子およびその駆動方法に関する。

従来技術とその問題点 １チツプ上に発光部と発光部の出力光をモニタするため
の受光部とを設けた従来の端面出射型半導体発光素子の
一例として、レーザ・ダイオード・チップの両端面間の
中央付近をその表面から活性層を超える深さまでエツチ
ングにより除去し、上記チップにおけるエツチング溝の
一方側部分をレーザ・ダイオードとして使用し、他方側
部分をフォトダイオードとして使用するものが提案され
ている（たとえば、迂回ら「Ｂｒ２ガスＲＩＥによるＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ　Ｌ　Ｄ　−Ｐ　Ｄ一体化素子」
第３４回応用物理学会関係連合講演会予稿集２９ａ−Ｚ
　Ｈ−１０参照）。

しかしながらこの半導体発光素子ては、レーザ・ダイオ
ードの共振器を構成する２つの端面のうち一方はへき開
面とすることができるが、他方はエツチングにより形成
された溝の壁面であるために　へき開面に比べてその共
振器面としての品質が劣り信頼性について問題がある。

またレーザ・ダイオード端面から出射した光は回折によ
り広がるためフォトダイオード部への結合効率はあまり
よくない。さらにフォトダイオード端面で反射する光が
戻り光としてレーザ・ダイオードに入りやすい構造とな
っているために雑音特性が悪いという問題点かある。

発明の概要 発明の目的 この発明は、１チツプ上に発光部と発光部の出力光をモ
ニタするだめの受光部とを設けた端面出射型半導体発光
素子において、へき開面をレーザ共振器面とすることが
可能であるとともに２発光部の出力光の受光部への結合
効率を高め、さらに雑音特性を向上させることができる
ようにすることを目的とする。

発明の構成１作用および効果 この発明は、活性層を有し２両端面がへき開面である端
面出射型半導体発光素子において、一方の表面に相互に
独立した少なくとも２つの第１および第２の電極が形成
され、これらの電極の間の表面部分から活性層を超える
深さまで絶縁部か形成され、他方の表面に共通電極が形
成されていることを特徴とする。

この発明による駆動方法は上記の端面出射型半導体発光
素子において、第１の電極と共通電極との間に駆動電流
を流し、第２の電極と共通電極の間からモニタ電流を取
出すようにするものである。

この発明によると１両端面がへき開により形成された１
チツプ共振器内に発光部に加えて光吸収部（受光部）が
絶縁部を隔てて設けられている。

発光部で発光した光は絶縁部を通ってへき開面である両
端面で反射する。したがって、この発明をレーザとして
用いる場合にはへき開面が共振器面となり、高信頼性を
保つことができる。また１発光部で発光した光は素子内
部の先導波路を通って吸収部に導波されるので発光部と
吸収部との結合効率か高くなる。また、吸収部端面での
反射光が雑音として発光部に戻ることかないので雑音特
性か向上する。

この発明をレーザとして用いた場合に、その活性層を量
子井戸構造とすると、吸収部での吸収を小さく抑えるこ
とかできるためしきい値の上昇を少なくすることも可能
である。

この発明を端面発光ダイオードやスーパー・ルミネッセ
ント・ダイオードに適用すると、吸収部はレーザ発振を
抑制する機能をもつとともに光出力モニタ用として働き
自動パワー制御（ＡＰＣ）駆動か可能となる。すなわち
、後者のＡＰＣ駆動は、第１の電極と共通電極との間に
駆動電流を流して発光部を駆動し、第２の電極と共通電
極からフォト・カレントを取出し、この電流出力を発光
部駆動回路にフィードバックして１発光部の発光出力の
安定化を図るものである。

実施例の説明 第１図および第２図はこの発明をリッジ型端面出射半導
体レーザに適用した実施例を示すものである。

ｎ　−ＧａＡｓ基板１上に、　　ｎ−Ａ、１）ＧａＡｓ
クラッド層２．アンドープＧＲＩＮ　−５ＣＨ−ＭＱＷ
　（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ　　Ｗａｕｅｇｕｉｄｅ
　　５ｅｐａｒａｔｅ　　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　　
Ｈｅｔｅｒ。

５ｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗ
ｅｌｌ）活性層３．ｐ−Ａ　ｊ７Ｇ　ａ　Ａ　ｓクラッ
ト層４およびｐ　−ＧａＡｓキャップ層５が積層され、
中央部にリッジ部を残してその両側がＩ）　　ＡＮＧａ
Ａｓクラッド層４の中途の深さまで除去されている。素
子上面にはリッジ部の上面を除いてＳｉＯ□膜６Ａ、６
Ｂが形成され、この８１０２膜６Ａ、６Ｂおよびリッジ
部上面にＣｒ／Ａｕ電極７Ａ、７Ｂが形成されている。

また素子の下面にはＡｕＧｅＮｉ　／　Ａｕ電極８がそ
の全面に設けられている。この素子チップの両端面はへ
き開されたものである。

この素子の前半部Ａは発光部であり、後半部Ｂは光吸収
部（受光部）である。たとえば発光部Ａの長さが４００
μｍ、吸収部Ｂの長さか１００μｍで、吸収部Ｂの方が
小さい。発光部Ａの上面には電極７Ａが設けられ、吸収
部Ｂの上面には電極７Ｂが設けられている。これらの電
極７Ａと７Ｂは互いに間隔（第２図にＣで示す）を離し
て設けられており１両電極７Ａと７Ｂの間が絶縁部９と
なっている。絶縁部９の幅はたとえば１０μｍである。

このように発光部Ａと吸収部Ｂとの間には絶縁部９が設
けられ、電極７Ａと７Ｂもまた相互に独立であるから、
これらの発光部Ａと吸収部Ｂは電気的に独立に２個のダ
イオードとして動作させることが可能である。

絶縁部９は、Ｈイオン、　　Ｇａイオンなどを活性層３
より下までイオン注入することにより形成することかで
きる。イオン注入された部分は高抵抗化する。Ｓ　ｉ　
Ｏ２膜および電極を素子上面全面に形成したのち絶縁部
９を形成すべき部分の５ｉｎ２膜および電極を除去し、
その後イオン注入してもよいし、この逆の工程を採用し
てもよい。または、絶縁部９の表面を序してＳｉＯ２膜
６Ａ、６Ｂおよび電極７Ａ、７Ｂを選択的に形成しても
よい。５１０２膜は絶縁部９の上面に存在してもよい。

活性層３は低損失な導波路として知られる量子井戸構造
であり、その詳細が第３図に示されている。活性層３は
複数のＧａＡｓ超格子層とＡｌＧａＡｓ超格子層とか交
互に積層されてなり、これらの超格子層と上下のｐＡｆ
ｆＧａＡｓクラッド層４およびｎ　−ＡＮ　ＧａＡｓク
ラッド層２との境界においてはＡ１組成比が徐々に変化
している。この活性層３を含む素子の結晶成長はＭ　Ｂ
　Ｅ　（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａ［ＩＥｐｉｔａｘ
ｙ　）法を用いて行なうことができる。

このような構造の発光素子において１発光部Ａと吸収部
Ｂは電気的には絶縁されているか光学的には絶縁されて
いす１両へき開端面内をキャビティと考えることができ
る。すなわち２発光部Ａて発光した光は絶縁部９を通過
する。

この発光素子の電極７Ａと８との間に順方向に電流Ｉ、
を流すと１発光部Ａの光出力Ｐは第４図に示すような特
性を示し、レーザ発振を起す。これは吸収部Ｂでの光吸
収に打勝って発振に至るものである。このとき吸収部Ｂ
では光の吸収によりフォト・カレントが発生し、第４図
に示すような電流■　か得られる。この電流■。は光出
力Ｐと阿 リニアな関係をもち、このレーザ・ダイオードをＡＰＣ
駆動させるときのモニタ電流として使うことができる。

また電流値も大きくとれるため回路の簡略化も期待でき
る。

レーザ・ダイオードの場合は吸収部Ｂでの光の吸収をあ
まり大きくすると発振しきい値が上昇しでしまうため吸
収部分でも導波路構造を形成しておくとよい。こうする
ことにより吸収領域面積が小さくなり、その部分をレー
ザ光に対して透明にするのに必要な光子数が少なくてす
み１　しきい値の上昇を抑えることができる。

第５図は他の実施例を示すもので、この発明を端面発光
ダイオードまたはスーパー・ルミネッセント・ダイオー
ドに適用した場合である。

ｎ　−ＧａＡｓ基板１１上にｎ　−Ａｌ７　ＧａＡｓク
ラッド層１２、アンドープＧＲＩＮ　−ＳＣＨ−ＭＱＷ
活性層１３゜ｐ−ＡＪＧａＡｓ　クラッド層１４および
ｐ　−ＧａＡｓキャップ層Ｉ５層形５されている。前半
部の発光部（電流注入部）では、ｐ−ＧａＡｓキャップ
層１５上に５ｉｎ２膜１６か形成され、その上にＣｒ／
Ａｕ電極＋７Ａか設けられている。Ｓ　ｉＯ２膜１６は
中央においてストライプ状に欠除されており、このスト
ライプ状部分においてのみ電極１７Ａはｐ　−ＧａＡｓ
キャップ層１５と接触している。後半部の吸収部１７Ｂ
では５ｉｎ２膜は設けられていすｐ　−ＧａＡｓキャッ
プ層１５の全面にＣｒ／Ａｕ電極１７Ｂが設けられてい
る。素子の下面にはＡｕＧｅＮｉ　／Ａｕ電極１８がそ
の全面に設けられている。

ストライプ構造を有する発光部Ａと、ストライプ構造を
もたない吸収部Ｂとの間は電気的に絶縁されている。す
なわち、電極１７Ａと１７Ｂは相互に間隔（Ｃて示す）
をあけて設けられ、この間隔Ｃにおいて絶縁層１９か活
性層１３の下方まで形成されている。

発光部Ａで発生した光は吸収部Ｂで吸収されフォト・カ
レントを発生する。発光部Ａと吸収部Ｂとは光学的には
つなかっているため光の吸収部への結合効率は高く、大
きなフォト・カレントを得ることができる。また吸収部
Ｂは導波構造をもたないため発光部Ａから導波されてき
た光は吸収部Ｂ内で広がり実効的に吸収領域が大きくな
ったこととなり、高出力状態までレーザ発振を抑制する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の実施例を示し、第１図
は斜視図、第２図は断面図である。第３図は活性層の構
造を詳細に示すものであり、第４図は駆動電流と光出力
およびモニタ電流との関係を示すグラフである。第５図
はこの発明の他の実施例を示す斜視図である。 １．１１・・・基板。 ３．１３・・・活性層。 ７Ａ、７Ｂ、１７Ａ。 ９、Ｉ９・・・絶縁部。 Ａ・・・発光部。 Ｂ・・・吸収部。 １７Ｂ、　８．１８・・・電極。 以 上 第２図 第４図 ［ｍＡ］

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性層を有し、両端面がへき開面である端面出射
   型半導体発光素子において、 一方の表面に相互に独立した少なくとも２つの第１およ
   び第２の電極が形成され、これらの電極の間の表面部分
   から活性層を超える深さまで絶縁部が形成され、他方の
   表面に共通電極が形成されていることを特徴とする端面
   出射型半導体発光素子。
2. （２）第１の電極と共通電極との間に駆動電流を流し、
   第２の電極と共通電極の間からモニタ電流を取出す請求
   項（１）に記載の端面出射型半導体発光素子の駆動方法
   。