JPS61276286A - 多波長発光素子 - 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】 〔概要〕 光通信の発光源として多くの種類、構造の半導体レーザ
が開発されているが、大部分が単一波長の光の発振を目
的としている。本発明では複数の発振波長をもつレーザ
、即ち、多波長発光素子の構造を述べる。

〔産業上の利用分野〕

化合物半導体を用いたレーザが多品種開発されているが
、殆どが単一波長の光の発生を目的としているが、本発
明は複数の発振波長を持つレーザの構造に関する。

光通信は従来の低い周波数の通信に比して、その伝送容
量の大きいこと、伝送装置が飛躍的に小型化されること
等の長所により急速に普及しつつあるが、これに用いら
れる半導体レーザは全て単一波長の光を発振する構造と
なっている。

一本の光フアイバケーブルの伝送特性の許す範囲で、゛
発振周波数の異なる独立した信号を伝送すれば通信容量
の増大に寄与することが大であり、そのためには−個の
レーザ素子で独立せる複数の発振光を得ることが望まし
く、これによる利用価値も大きい。

このような多波長レーザの開発が要望されている。

〔従来の技術〕

これまで多波長のレーザとしては開発の実績は極めて少
ない。−例として発表されている２波長の発光素子につ
いて図面により説明する。

第４図は９層として共通のクラッド層となる半導体層を
用い、ｎ層を別々にして上下でｐ型活性層と共通りラッ
ド層を挟み込む形で積層された構造となっている。

半導体層は全てＡ　ｌ　、Ｇａ１−ｘＡｓ構造の３元化
合物半導体を用いているがｎ層としてはＧａＡｓを用い
ることも可能である。

１及び５はｘ＝０．３に選ばれたｎ型層であり、共通の
ｐ型層３のＸ値も同一に選んでも良い。２及び４はｐ型
ＡｌＧａＡｓ層は活性層を形成するので、これらの活性
層では発振波長を変えるため、そのＸ値は例えば０．１
と０．０５とに選ばれる。

ＡＩｔＧａＡｓ層３にはｐ型コンタクト電極６が形成さ
れ、またＡｌＧａＡｓ層１，５にはそれぞれｎ型コンタ
クト電極７が形成される。

図面では説明を簡易化するためコンタクト層を省略しで
ある。コンタクト６〜７間に順電圧を印−加するとｎ層
１及び５より注入された少数キャリヤとしての電子は、
ｐ型Ａ１！ＧａＡｓ層３の電位障壁が高いので活性層２
及び４内に閉じ込められ電子と正孔の再結合により発光
する。

この時の発振波長は、活性層のエネルギーギャップによ
り決まるので、ＡｌｌＧａＡｓよりなる活性層２．４の
Ｘ値の相違により異なった波長λ１．λ２の光を発振す
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記に述べた、第４図の構造ではｐｎ接合の領域が広く
、レーザダイオード電流が大きくなり発光能率は極めて
悪い。

従って、しきい値電流が大きい、且つ接合容量も大きい
ので周波数応答が悪い発光素子となる欠点がある。

電流の広がりは、電流狭窄法で改善は可能ではあるが、
活性領域が接近していることによる２つのレーザダイオ
ードの相互干渉の問題、またレーザ光の横方向モードの
安定化の問題等、多くの解決すべき点が残される。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、下記の構造よりなる本発明の多波長発光
素子によって解決される。

半絶縁性基板上に高抵抗の化合物半導体よりなるクラッ
ド層、例えばＡＥＧａＡｓ層とｎ型半導体ＡｌＧａＡｓ
よりなる活性層を交互にそれぞれ複数層積層し、最上層
の活性層上には更にクラッド層とコンタクト層が積層さ
れる。

更に、コンタクト層より基板にまで達するｐ型拡散領域
を設け、該拡散領域に共通のｐ型コンタクト電極、及び
前記活性層をメサエッチングにより部分的露出部を設け
て各ｎ型コンタクト電極が形成される。

上記構造において活性層のエネルギーギャップは、常に
隣接せる上下のクラッド層のエネルギーギャップより小
さい半導体層にて形成することによって多波長発光素子
が完成する。

〔作用〕

上記の構造では、それぞれ一つのダイオードをとれば、
活性層内で発光の横方向の広がりは、実施例にて説明す
るごと＜ＴＪＳ構造であるので、その広がりは抑えられ
、上下のクラッド層はまた高抵抗半導体層よりなるので
上下の広がりもない。

また、ダイオードの電流は各活性層に閉込められるので
、ダイオード間の相互干渉による問題も生じない。

〔実施例〕

本発明による一実施例を図面により詳細説明する。第１
図は本発明による２波長発光素子の構造である。積層の
構造が繰り返し構造となっているので、３波長以上の場
合も同様の積層により製作可能である。

１１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、１２は３層のそれぞれ約
１μｍの厚さの高抵抗ＡｌＧａＡｓクラッド層を形成す
る。

クラッド層１２はＡｌ＝Ｇａ＋−５ＡｓのＡ２の混晶比
率２を０．３に選定しているので、クラッド層のエネル
ギーギャップは大きく、活性層に注入された電子流に対
して障壁層となる。

１３、１４はそれぞれｎ型Ａ１ｇＧａｌ−ｇＡｓ活性層
を形成し、その不純物濃度は約Ｉ　ＸＩＯ”ｃｍ−”で
１μｍの厚さに積層される。この活性層のＸ値は発振波
長によって選定されるが、通常０．０５〜０．１５程度
に選定される。

１５はコンタクト層で半絶縁性ＧａＡｓ層よりなる。

６はｐ型コンタクト電極、７はそれぞれｎ型コンタクト
電極となる。

１６はｐ型不純物導入領域で熱処理によるドライブイン
工程で１７なる不純物濃度が徐々に低くなる領域をもっ
ている。活性層と領域１７と重なる領域１８が発光領域
となる。

上記２つのレーザダイオードのそれぞれの発光領域の閉
込めと横方向モードの安定化の方式は、屈折率導波型の
Ｔ　Ｊ　Ｓ　（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｊｕｎｃｔｉｏ
ｎＳ　ｔｒｉｐｅ）方式を用いたものである。

活性層内において、ｐ型不純物導入領域１６からドライ
ブ領域１７、次いでｎ領域と不純物濃度が変化すること
により屈折率が変化し、発光領域１８において屈折率が
他の領域より最も大きくなるごとく選定されている。こ
れにより光は領域１８に閉込められる。

次いで、第１図構造の２波長発光素子の製造工程を第２
図により説明する。先ず第１図の半絶縁性基板１より順
次積層させる。

積層の方法は、精度の高い成長を行うため分子線エピタ
キシアル成長法（ＭＢＥ法）、あるいは有機金属熱分解
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）が用いられる。

コンタクト層１５までの積層を終わった後、コンタクト
層の上面で開口せる絶縁膜１９等のマスクを用いて、Ｚ
ｎＡｓを熱拡散ソースとして６００〜８００℃でｐ型不
純物を導入する。この工程で領域１６が形成され、更に
ＺｎＡｓソースを取り除き、同温度で熱処理を行うこと
により１７のドライブイン領域が形成される。この途中
工程の状態を第２図に示す。

次いで、メサエッチングを行って活性層１３．１４を階
段状に露出せしめた後電極を形成する。ｐ型コンタクト
電極６はＡｕ、Ｚｎ、Ａｕの順に蒸着し、またｎ型コン
タクト電極７はＡｕＧｅとＡｕを蒸着した後アロイエ程
を経て形成される。

以上で第１図の２波長発光素子を完成する。

活性層１３．１４の発光領域での光が、それぞれ他の領
域の発光特性に影響を与えるのを防止するためには、活
性層間に光吸収層２０を設けることにより可能である。

光吸収層２０は高抵抗ＧａＡｓ層を約１μｍ積層すれば
良い。この積層部のみを部分的に第３図で示す。

〔発明の効果〕

以上に説明せるごと（、本発明の多波長発光素子構造に
より、一つの発光素子で複数の発振波長を、あたかもそ
れぞれ個別のレーザ素子を使用せるごと（動作させるこ
とが可能となり、装置の小型化とコストの削減に寄与す
る所大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかわる多波長発光素子の構造断面図
、 第２図は本発明の詳細な説明する断面図、第３図は相互
干渉防止のための構造断面図、第４図は従来の構造を説
明する２波長発光素子の構造断面図、 を示す。 図面において、 １．５はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、２．４はｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ活性層、 ３はｐ型Ａ　Ｉ　ＧａＡｓ層、 ６はｐ型コンタクト電極、 ７はｎ型コンタクト電極、 １１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 １２は高抵抗ＡＩｔＧａＡｓクラッド層、１３、１４は
ｎ型ＡＩｔＧａＡｓ活性層、１５は半絶縁性ＧａＡｓコ
ンタクト層、１６はｐ型不純物導入領域、 １７はｐ型不純物ドライブイン領域、 １８は発光領域、 １９は絶縁膜、 ２０は光吸収層、 をそれぞれ示す。 第　１　図 、Ｔ−発明／１１挨を銭明７シ所市閏 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に高抵抗半導体よりなるクラッド層（１２）と一
   導電形半導体よりなる活性層（１３）、（１４）を交互
   に複数層づつ積層し、最上層の活性層上には更にクラッ
   ド層とコンタクト層（１５）が積層された構造よりなり
   、 コンタクト層より最下層のクラッド層まで達する反対導
   電形の拡散領域（１６）、（１７）と、該拡散領域に接
   続される１コンタクト電極（６）、及び前記活性層それ
   ぞれの露出部に各コンタクト電極（７）が形成され、 前記活性層のエネルギーギャップは、隣接せる上下のク
   ラッド層のエネルギーギャップより小さい半導体層にて
   形成されたことを特徴とせる多波長発光素子。