JPH0587158B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高出力の光を放射する光学電子素子に
利用する。特に、活性層の端面における光吸収の
削減に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention is applied to opto-electronic devices that emit high-power light. In particular, it relates to reducing light absorption at the end faces of the active layer.
〔概要〕
本発明は、高出力の光を放射する光学電子素子
において、
活性層の端面に垂直に電界を印加してバンドを
曲げることにより、
実効的なバンドギヤツプを変化させて上記端面
における光吸収を削減し、光吸収により端面の損
傷を防止するものである。[Summary] The present invention, in an optoelectronic device that emits high-output light, applies an electric field perpendicular to the end face of an active layer to bend the band, thereby changing the effective band gap and reducing light absorption at the end face. This reduces the amount of light absorbed and prevents damage to the end face due to light absorption.
半導体レーザ等の高出力の光を放射する光学電
子素子では、カタストロフイツク・オプテイカ
ル・ダメージ（catastrophic optical damage、
以下「COD」という）により、導波路の端面が
物理的に破壊される現象が知られている。この現
象は、端面における光吸収を小さくすることによ
り防止できる。このため従来は、活性層の端面の
領域の組成を変化させ、その領域のバンドギヤツ
プを活性層内部のバンドギヤツプより広くなるよ
うにしていた。このような領域は「窓領域」と呼
ばれ、このような領域を有する構造は「窓構造」
と呼ばれている。窓構造が設けられた素子の例
は、例えば、
(1) ヨネズ、ウエノ、カメジマ、ハヤシ、
「アンAlGaAsウインドウ・ストラクチヤー・
レーザ」、
IEEEジヤーナル・オブ・クウオンタム・エレ
クトロニクス第QE−15巻第８号、1979年８月
（HIRO O.YONEZU，MASAYASU
UENO，TAIBUN Ｋ AMEJIMA and
IZUO HAYASHI，
“An AlGaAs Window Structure Laser”，
IEEE JOURNAL OF QUANTUM
ELECTRONICS，VOL.QE−15，No.８，
AUGUST 1979）、
(2) ブラウベルト、マーガリツト、ヤリブ、
「ラージ・オプテイカル・キヤビテイ
AlGaAsベリイド・ヘテロストラクチヤー・ウ
インドウ・レーザズ」、
アメリカ物理学会発行、アプライド・フイジ
クス・レターズ第40巻第12号、1982年６月15日
（H.Blauvelt，S.Margalit and A.Yariv，
“Large optical cavity AlGaAs buried
heterostructure window lasers”，
Appl.Phys.Lett.40（12），15 June 1982）
に示されている。
Optical electronic devices that emit high-power light, such as semiconductor lasers, may suffer from catastrophic optical damage.
It is known that the end face of a waveguide is physically destroyed by COD (hereinafter referred to as "COD"). This phenomenon can be prevented by reducing light absorption at the end faces. For this reason, in the past, the composition of the end face region of the active layer was changed to make the band gap in that region wider than the band gap inside the active layer. Such an area is called a "window area", and a structure with such an area is called a "window structure".
It is called. Examples of elements provided with window structures include (1) Yonezu, Ueno, Kamejima, and Hayashi, “An AlGaAs Window Structure.
"Laser", IEEE Journal of Quantum Electronics Volume QE-15, No. 8, August 1979 (HIRO O.YONEZU, MASAYASU
UENO, TAIBUN K AMEJIMA and
IZUO HAYASHI, “An AlGaAs Window Structure Laser”, IEEE JOURNAL OF QUANTUM
ELECTRONICS, VOL.QE−15, No.8,
AUGUST 1979), (2) Blaubert, Margaritz, Yariv, “Large optical cavities.
H. Blauvelt, S. Margalit and A. Yariv, “Large optical cavity AlGaAs buried
Phys.Lett.40(12), 15 June 1982).
しかし、従来の光学電子素子では、窓構造を形
成するためにエツチングおよび再成長の工程が必
要であり、製造工程が複雑である欠点があつた。
また、窓領域では導波路構造が消失するため、光
の損失が生じる欠点があつた。
However, conventional optoelectronic devices require etching and regrowth steps to form the window structure, making the manufacturing process complicated.
Furthermore, since the waveguide structure disappears in the window region, there is a drawback that light loss occurs.
本発明は、以上の問題点を解決し、製造工程が
容易で、端面まで導波路構造を有していながら端
面における光吸収の小さい光学電子素子を提供す
ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide an optoelectronic element that has an easy manufacturing process and has a waveguide structure up to the end face, but has low light absorption at the end face.
本発明の光学電子素子は、電流注入により光学
的に活性化される半導体の活性層と、この活性層
の端面における光吸収を減少させる吸収防止手段
とを備えた光学電子素子において、上記吸収防止
手段は、上記端面に対して実質的に垂直な電界を
上記端面およびその近傍に印加してその領域の実
効的なバンドギヤツプを拡大する電界印加手段を
含むことを特徴とする。
The opto-electronic device of the present invention is an opto-electronic device comprising a semiconductor active layer that is optically activated by current injection, and an absorption preventing means for reducing light absorption at the end face of the active layer. The means is characterized in that it includes an electric field applying means for applying an electric field substantially perpendicular to the end face to the end face and the vicinity thereof to enlarge the effective bandgap in that area.
本発明の光学電子素子は、光吸収を抑制するた
めに、バンドギヤツプの異なる物質による窓構造
が設けられるのでなく、電界を印加することによ
り実効的なバンドギヤツプを拡大することを特徴
とする。これにより、この光学電子素子で発生し
た光が端面で吸収されることを防ぐことができ、
CODの発生を抑制できる。
The optoelectronic device of the present invention is characterized in that, in order to suppress light absorption, a window structure made of a material with a different bandgap is not provided, but the effective bandgap is expanded by applying an electric field. This prevents the light generated by this optoelectronic element from being absorbed at the end face.
It can suppress the occurrence of COD.
第１図は本発明実施例光学電子素子の活性層の
長さ方向に沿つた断面図を示す。この実施例は、
AlGaAs／GaAsダブルヘテロ・レーザに本発明
を実施したものである。
FIG. 1 shows a cross-sectional view along the length of the active layer of an optoelectronic device according to an embodiment of the present invention. This example is
The present invention is implemented in an AlGaAs/GaAs double hetero laser.
GaAs活性層１の両側にはAlGaAsクラツド層
２，３が設けられる。活性層１は、クラツド層
２，３からのキヤリアの注入によりレーザ発振を
行う。活性層１およびクラツド層２，３の劈開さ
れた端面には、絶縁層４を介して電極５が設けら
れる。 AlGaAs cladding layers 2 and 3 are provided on both sides of the GaAs active layer 1. The active layer 1 performs laser oscillation by injecting carriers from the cladding layers 2 and 3. An electrode 5 is provided on the cleaved end surfaces of the active layer 1 and the cladding layers 2 and 3 with an insulating layer 4 interposed therebetween.
電極５としては、単層構造でもよく、反射率を
制御するために多層膜構造としてもよい。また、
透明電極を用いることもできる。この電極５は活
性層１に対して正または負にバイアス可能であ
る。 The electrode 5 may have a single layer structure, or may have a multilayer structure in order to control reflectance. Also,
Transparent electrodes can also be used. This electrode 5 can be biased positively or negatively with respect to the active layer 1 .
以下の説明では、活性層１に対して電極５を正
にバイアスする場合を例に説明する。 In the following description, an example will be described in which the electrode 5 is positively biased with respect to the active layer 1.
第２図は活性層１に沿つた方向における活性層
１のバンド図を示す。この図において、横軸は端
面からの距離ｚを示す。また、第３図および第４
図は、それぞれ活性層１の内部（ｚ＝ａ）および
端面（ｚ＝０）におけるバンド構造を示す。 FIG. 2 shows a band diagram of the active layer 1 in a direction along the active layer 1. FIG. In this figure, the horizontal axis indicates the distance z from the end surface. Also, Figures 3 and 4
The figures show the band structure inside the active layer 1 (z=a) and at the end surface (z=0), respectively.
この素子を発振させるには、クラツド層２，３
から活性層１に電子および正孔を注入する。活性
層１内では、第３図に示すように、注入された電
子は近似的に伝導帯の擬フエルミレベルFCの下
側に存在し、正孔は近似的に価電子帯の擬フエル
ミレベルFVの上側に存在する。 In order to make this device oscillate, the cladding layers 2 and 3 must be
Electrons and holes are injected into the active layer 1 from. In the active layer 1, as shown in FIG. 3, injected electrons exist approximately below the pseudo-Fermi level F C of the conduction band, and holes exist approximately below the pseudo-Fermi level F V of the valence band. Exists above.
この状態で電極５を正にバイアスすると、第２
図に示したようにバンドが端面近傍で曲がる。こ
のため端面では、第４図に示すように、伝導帯の
電子が増加し、価電子帯の正孔が減少する。この
状態で光が吸収されるためには、その光のエネル
ギが、価電子帯の最も上の電子を伝導帯の擬フエ
ルミ準位以上のエネルギ準位に励起できるエネル
ギEg′以上である必要がある。すなわち、実効的
なバンドギヤツプが、内部のバンドギヤツプEg
より大きな値Eg′となる。 If the electrode 5 is biased positively in this state, the second
As shown in the figure, the band bends near the end face. Therefore, at the end face, as shown in FIG. 4, the number of electrons in the conduction band increases and the number of holes in the valence band decreases. In order for light to be absorbed in this state, the energy of the light must be greater than or equal to the energy Eg′ that can excite the uppermost electron in the valence band to an energy level higher than the quasi-Fermi level in the conduction band. be. In other words, the effective band gap is the internal band gap Eg
A larger value Eg' is obtained.
このように、端面近傍における光吸収が削減さ
れ、CODを防止することができる。 In this way, light absorption near the end face is reduced and COD can be prevented.
この実施例において、端面における反射率は絶
縁層４の膜厚により変化する。この素子の有効屈
折率（活性層１の屈折率および寸法、クラツド層
２，３の屈折率の関数）をn1、絶縁層４の屈折率
をn2、電極５の屈折率をn3とすると、通常は、
３＜n1＜４，n3＞＞１
である。絶縁層４として窒化ケイ素Si3N4を用い
ると、その屈折率n2は「２」程度であり、
n1＞n2，n2＜n3
となる。絶縁層４内におけるビームの広がりがな
いと仮定すると、端面が高反射となる条件は、絶
縁層４の厚さｔが、
ｔ＝λ0／4n2ｍ
のときに得られる。ただし、λ0は真空中の波長で
あり、ｍは正の奇数である。したがつて、例え
ば、
λ0＝0.88μm，ｍ＝１
のとき、
ｔ＝0.11μm
であれば端面が高反射となる。 In this embodiment, the reflectance at the end face changes depending on the thickness of the insulating layer 4. The effective refractive index of this element (a function of the refractive index and dimensions of the active layer 1 and the refractive index of the cladding layers 2 and 3) is n 1 , the refractive index of the insulating layer 4 is n 2 , and the refractive index of the electrode 5 is n 3 . Then, usually 3<n 1 <4, n 3 >>1. When silicon nitride Si 3 N 4 is used as the insulating layer 4, its refractive index n 2 is approximately “2”, and n 1 >n 2 and n 2 <n 3 . Assuming that there is no spread of the beam within the insulating layer 4, the condition that the end face is highly reflective is obtained when the thickness t of the insulating layer 4 is t=λ 0 /4n 2 m. However, λ 0 is the wavelength in vacuum, and m is a positive odd number. Therefore, for example, when λ 0 =0.88 μm and m=1, if t=0.11 μm, the end face will have high reflection.
以上の説明では電極５を正にバイアスした場合
を例に説明したが、負にバイアスした場合にも電
子と正孔との動作が逆になるだけで同様に実施で
きる。 In the above explanation, the case where the electrode 5 is positively biased has been explained as an example, but the same operation can be carried out even when the electrode 5 is biased negatively, only that the operations of electrons and holes are reversed.
以上の説明では本発明をAlGaAs／GaAsダブ
ルヘテロ・レーザで実施した例を示したが、
CODが問題となる他の光学電子素子、例えば光
増幅素子でも本発明を同様に実施できる。 In the above explanation, an example was shown in which the present invention was implemented using an AlGaAs/GaAs double hetero laser.
The present invention can be similarly implemented in other optoelectronic devices where COD is a problem, such as optical amplification devices.
以上説明したように、本発明の光学電子素子
は、端面の近傍において、導波路構造を壊すこと
なく実効的なバンドギヤツプを拡大することがで
きる。したがつて、反射率を100％近くに高める
ことができるとともに、端面ではこの光学電子素
子が発生した光は吸収されず、CODの発生を抑
制できる効果がある。
As explained above, the optoelectronic device of the present invention can enlarge the effective bandgap in the vicinity of the end face without destroying the waveguide structure. Therefore, the reflectance can be increased to nearly 100%, and the light generated by this optoelectronic element is not absorbed at the end face, which has the effect of suppressing the generation of COD.
本発明の光学電子素子は、通常の方法により製
造した素子の端面に絶縁層および電極を設けるだ
けでよく、製造工程が簡単で安価に製造できる。 The optoelectronic device of the present invention can be manufactured at low cost with a simple manufacturing process, since it is only necessary to provide an insulating layer and an electrode on the end face of the device manufactured by a conventional method.
第１図は本発明実施例光学電子素子の長さ方向
に沿つた断面図。第２図は活性層のバンド図。第
３図は活性層の内部におけるバンド構造を示す
図。第４図は活性層の端面におけるバンド構造を
示す図。
１……活性層、２，３……クラツド層、４……
絶縁層、５……電極。
FIG. 1 is a sectional view along the length of an optoelectronic device according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a band diagram of the active layer. FIG. 3 is a diagram showing the band structure inside the active layer. FIG. 4 is a diagram showing the band structure at the end face of the active layer. 1... active layer, 2, 3... clad layer, 4...
Insulating layer, 5...electrode.
Claims (1)
の活性層と、 この活性層の端面における光吸収を減少させる
吸収防止手段と を備えた光学電子素子において、 上記吸収防止手段は、上記端面に対して実質的
に垂直な電界を上記端面およびその近傍に印加し
てその領域の実効的なバンドギヤツプを拡大する
電界印加手段を含む ことを特徴とする光学電子素子。 ２ 電界印加手段は、 活性層の端面に設けられた絶縁層と、 この絶縁層の表面に設けられた電極と を含む 特許請求の範囲第１項に記載の光学電子素子。[Scope of Claims] 1. An opto-electronic device comprising a semiconductor active layer that is optically activated by current injection, and an absorption prevention means for reducing light absorption at the end face of the active layer, the above absorption prevention means An opto-electronic device characterized in that it includes electric field applying means for applying an electric field substantially perpendicular to the end face to the end face and the vicinity thereof to enlarge the effective bandgap in that region. 2. The optoelectronic device according to claim 1, wherein the electric field applying means includes an insulating layer provided on the end face of the active layer, and an electrode provided on the surface of this insulating layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62149907A JPS63313889A (en) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | Optical electronic element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62149907A JPS63313889A (en) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | Optical electronic element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63313889A JPS63313889A (en) | 1988-12-21 |
| JPH0587158B2 true JPH0587158B2 (en) | 1993-12-15 |
Family
ID=15485202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62149907A Granted JPS63313889A (en) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | Optical electronic element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63313889A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150063499A (en) * | 2012-12-25 | 2015-06-09 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | Ship having reduced frictional resistance |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3023065B1 (en) * | 2014-06-27 | 2017-12-15 | Commissariat Energie Atomique | P-N JUNCTION OPTOELECTRONIC DEVICE FOR IONIZATION OF FIELD EFFECT DOPANTS |
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| JPS50154032A (en) * | 1974-05-31 | 1975-12-11 | ||
| JPS5690586A (en) * | 1979-12-21 | 1981-07-22 | Seiji Yasu | Semiconductor laser and manufacture thereof |
| JPS58106885A (en) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser |
-
1987
- 1987-06-16 JP JP62149907A patent/JPS63313889A/en active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|---|
| JPS63313889A (en) | 1988-12-21 |
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