JPH0671116B2 - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
- Publication number
- JPH0671116B2 JPH0671116B2 JP61175965A JP17596586A JPH0671116B2 JP H0671116 B2 JPH0671116 B2 JP H0671116B2 JP 61175965 A JP61175965 A JP 61175965A JP 17596586 A JP17596586 A JP 17596586A JP H0671116 B2 JPH0671116 B2 JP H0671116B2
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- Japan
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- layer
- semiconductor laser
- oscillation
- clad layer
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体レーザに関し、特に量子井戸型半導体
レーザの発振波長の短波長化及び性能の向上に関するも
のである。
レーザの発振波長の短波長化及び性能の向上に関するも
のである。
半導体レーザにおいて、できるだけ短かい波長で発振さ
せることは応用上非常に重要である。
せることは応用上非常に重要である。
第４図は例えば、イワムラや、ジャパニーズ ジャーナ
ル オブ アプライド フィジクス 第24巻,12号,1985
年12月,pp.L911〜L913（Japanese Journal of Applied
Physics vol.24No.12,Dec 1985,pp.L911〜L913）に示
された従来の短波長半導体レーザを示す模式図であり、
図において、11はｎ型電極、12はn+−GaAs基板、13はｎ
−AlGaAsクラッド層、14はｎ−AlGaAsクラッド層、15は
AlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層、16はｐ−AlGaAs
クラッド層、17はｐ−AlGaAsクラッド層、18はp+−GaAs
コンタクト層、19はｐ型電極である。
ル オブ アプライド フィジクス 第24巻,12号,1985
年12月,pp.L911〜L913（Japanese Journal of Applied
Physics vol.24No.12,Dec 1985,pp.L911〜L913）に示
された従来の短波長半導体レーザを示す模式図であり、
図において、11はｎ型電極、12はn+−GaAs基板、13はｎ
−AlGaAsクラッド層、14はｎ−AlGaAsクラッド層、15は
AlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層、16はｐ−AlGaAs
クラッド層、17はｐ−AlGaAsクラッド層、18はp+−GaAs
コンタクト層、19はｐ型電極である。
ここで、ｎ−AlGaAsクラッド層14はｎ−AlGaAsクラッド
13とAlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層との中間のAl
組成比を有し、ｐ−AlGaAsクラッド層16はｐ−AlGaAsク
ラッド層17とAlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層との
中間のAl組成比を有しており、これによってSCH構造を
形成している。
13とAlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層との中間のAl
組成比を有し、ｐ−AlGaAsクラッド層16はｐ−AlGaAsク
ラッド層17とAlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層との
中間のAl組成比を有しており、これによってSCH構造を
形成している。
次に動作について説明する。活性層の利得スペクトルは
第５図の実線で示される。ここで、ｎ＝1,2,3はそれぞ
れ最低、第2,第３の量子準位に対応するピークである。
共振器損失は各波長で同じであるため、通常の注入電流
レベルにおいてはｎ＝１に対応するピークが一番利得が
大きく、この量子準位に相当する波長でレーザ発振が起
きる。
第５図の実線で示される。ここで、ｎ＝1,2,3はそれぞ
れ最低、第2,第３の量子準位に対応するピークである。
共振器損失は各波長で同じであるため、通常の注入電流
レベルにおいてはｎ＝１に対応するピークが一番利得が
大きく、この量子準位に相当する波長でレーザ発振が起
きる。
従来の半導体レーザは以上のように構成されているの
で、高い量子準位での発振ができず、短波長を発振させ
るには量子井戸層を非常に薄くする、あるいはAlの組成
比を高くする必要がある。しかしながら、この層厚制御
は難しく、この方法による短波長化には限界があり、ま
たAlの組成比が高くなると端面の酸化が起こり易く半導
体レーザの寿命が短かくなるなどの問題点があった。
で、高い量子準位での発振ができず、短波長を発振させ
るには量子井戸層を非常に薄くする、あるいはAlの組成
比を高くする必要がある。しかしながら、この層厚制御
は難しく、この方法による短波長化には限界があり、ま
たAlの組成比が高くなると端面の酸化が起こり易く半導
体レーザの寿命が短かくなるなどの問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、高い量子準位で発振ができ、さらに同一活性
層において波長の異なる複数のレーザ発振が可能な半導
体レーザを得ることを目的とする。
たもので、高い量子準位で発振ができ、さらに同一活性
層において波長の異なる複数のレーザ発振が可能な半導
体レーザを得ることを目的とする。
この発明に係る半導体レーザは、量子井戸構造の活性層
と、該活性層をはさんで配置された上クラッド層及び下
クラッド層と、上記上クラッド層側に共振器長方向に相
互に分離して設けられた、上記活性層に対し電流を注入
するため２つの電流注入用電極及び上記活性層に逆バイ
アスを印加するための１つの内部損失変調用電極とを備
え、上記内部損失変調用電極により逆バイアスを印加し
たとき生じるエキシトン吸収スペクトルの波長シフトを
用いて共振器内部損失を変化させ、種々の量子準位によ
る発振を可能としたものである。
と、該活性層をはさんで配置された上クラッド層及び下
クラッド層と、上記上クラッド層側に共振器長方向に相
互に分離して設けられた、上記活性層に対し電流を注入
するため２つの電流注入用電極及び上記活性層に逆バイ
アスを印加するための１つの内部損失変調用電極とを備
え、上記内部損失変調用電極により逆バイアスを印加し
たとき生じるエキシトン吸収スペクトルの波長シフトを
用いて共振器内部損失を変化させ、種々の量子準位によ
る発振を可能としたものである。
この発明においては、上記内部損失変調用電極からの電
圧印加に伴う吸収端（エトキシトンによる吸収ピーク）
のシフトが低次の量子準位間遷移ほど大きいから、低い
量子準位での発振波長に対する共振器内部損失が高ま
り、低い量子準位での発振が抑えられ、高い量子準位で
の短波長発振が行なわれる。さらに、本発明では、電流
注入用の電極を相互に独立して２つ設けているので、２
つの電流注入用電極からの注入電流をそれぞれ独立に制
御でき、その発振の制御性を向上できる。
圧印加に伴う吸収端（エトキシトンによる吸収ピーク）
のシフトが低次の量子準位間遷移ほど大きいから、低い
量子準位での発振波長に対する共振器内部損失が高ま
り、低い量子準位での発振が抑えられ、高い量子準位で
の短波長発振が行なわれる。さらに、本発明では、電流
注入用の電極を相互に独立して２つ設けているので、２
つの電流注入用電極からの注入電流をそれぞれ独立に制
御でき、その発振の制御性を向上できる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明の基本的な動作を説明するための図であり、
図において１は下部電極、２はｎ型GaAs基板、３は下部
ｎ型AlGaAsクラッド層、４はGaAs量子井戸活性層、５は
上部ｐ型AlGaAsクラッド層、６はp+−GaAsコンタクト
層、７は電流注入のための電極、８は損失変調のための
電極、９は電流注入部ＡとＢを電気的に分離する絶縁領
域である。
図は本発明の基本的な動作を説明するための図であり、
図において１は下部電極、２はｎ型GaAs基板、３は下部
ｎ型AlGaAsクラッド層、４はGaAs量子井戸活性層、５は
上部ｐ型AlGaAsクラッド層、６はp+−GaAsコンタクト
層、７は電流注入のための電極、８は損失変調のための
電極、９は電流注入部ＡとＢを電気的に分離する絶縁領
域である。
次に動作について説明する。第２図（ａ）に利得スペク
トルを示す。ｎ＝1,2,3,…はそれぞれ電子と正孔の第1,
第2,第３量子準位間の遷移に対応する利得ピークであ
る。図ではｎ＝１の利得が共振器損失とつりあいｎ＝１
に対応する遷移の発振が起こる場合を示す。第２図
（ｂ）にこの場合の発振スペクトルを示す。次に損失変
調部に逆バイアスを印加し、エキシトンピークを第２図
（ｃ）に示す様にｎ＝１の発振波長までシフトさせる
（実線は印加電圧ゼロの時の吸収スペクトル，破線は逆
バイアス印加時の吸収スペクトルである。
トルを示す。ｎ＝1,2,3,…はそれぞれ電子と正孔の第1,
第2,第３量子準位間の遷移に対応する利得ピークであ
る。図ではｎ＝１の利得が共振器損失とつりあいｎ＝１
に対応する遷移の発振が起こる場合を示す。第２図
（ｂ）にこの場合の発振スペクトルを示す。次に損失変
調部に逆バイアスを印加し、エキシトンピークを第２図
（ｃ）に示す様にｎ＝１の発振波長までシフトさせる
（実線は印加電圧ゼロの時の吸収スペクトル，破線は逆
バイアス印加時の吸収スペクトルである。
また、吸収スペクトルのエキシトンピーク（ｎ＝1,2,3,
…）は、それぞれに対応するレーザ発振波長に比べて高
エネルギー側に20〜30meVシフトしていることが知られ
ている。これにより、ｎ＝１に対応するレーザ発振波長
に対して共振器内部損失が誘起され、このレーザ発振は
抑制される。結果として、ｎ＝１の量子準位から誘導放
出によるポピュレーションの消費がなくなり、キャリア
はｎ＝２の量子準位を占める様になる。第２図（ｃ）に
示す様にｎ＝２に対応するエキシトンピークのシフトは
小さいので、これに対応するレーザ発振には逆バイアス
印加による共振器内部損失はほとんど影響しない。従っ
て、この遷移に対応するレーザ発振が起こる。第２図
（ｄ）にこの場合の発振スペクトルを示す。このよう
に、逆バイアスを印加しないときはｎ＝１の量子準位に
対応するレーザ発振を行ない、逆バイアスを印加した時
はｎ＝２の量子準位に対応するレーザ発振を行なう。
…）は、それぞれに対応するレーザ発振波長に比べて高
エネルギー側に20〜30meVシフトしていることが知られ
ている。これにより、ｎ＝１に対応するレーザ発振波長
に対して共振器内部損失が誘起され、このレーザ発振は
抑制される。結果として、ｎ＝１の量子準位から誘導放
出によるポピュレーションの消費がなくなり、キャリア
はｎ＝２の量子準位を占める様になる。第２図（ｃ）に
示す様にｎ＝２に対応するエキシトンピークのシフトは
小さいので、これに対応するレーザ発振には逆バイアス
印加による共振器内部損失はほとんど影響しない。従っ
て、この遷移に対応するレーザ発振が起こる。第２図
（ｄ）にこの場合の発振スペクトルを示す。このよう
に、逆バイアスを印加しないときはｎ＝１の量子準位に
対応するレーザ発振を行ない、逆バイアスを印加した時
はｎ＝２の量子準位に対応するレーザ発振を行なう。
以上のように、量子井戸構造の活性層をもつ半導体レー
ザにおいて、利得電流が注入される層と同一の層構造に
対して逆バイアスを印加する電極を設ければ、この電極
からの印加電圧の制御によって内部損失を発振波長に応
じて選択的に高め、高い量子準位での発振をさせること
が可能となり、またこの制御により発振波長のスイッチ
を容易に行なうことができる。
ザにおいて、利得電流が注入される層と同一の層構造に
対して逆バイアスを印加する電極を設ければ、この電極
からの印加電圧の制御によって内部損失を発振波長に応
じて選択的に高め、高い量子準位での発振をさせること
が可能となり、またこの制御により発振波長のスイッチ
を容易に行なうことができる。
第３図は本発明の一実施例による半導体レーザの構造を
示す図であり、図において、第１図と同一符号は同一又
は相当部分である。本実施例の動作は、第１図を用いて
説明した本発明の基本的な動作と同じであり、内部損失
変調用電極８からの電圧印加によって種々の量子準位に
よる発振を可能とできる。さらに、本実施例では、電流
注入用の電極７を相互に独立して２つ設けているので、
２つの電流注入用電極７からの注入電流をそれぞれ独立
に制御でき、その発振の制御性を向上できる。
示す図であり、図において、第１図と同一符号は同一又
は相当部分である。本実施例の動作は、第１図を用いて
説明した本発明の基本的な動作と同じであり、内部損失
変調用電極８からの電圧印加によって種々の量子準位に
よる発振を可能とできる。さらに、本実施例では、電流
注入用の電極７を相互に独立して２つ設けているので、
２つの電流注入用電極７からの注入電流をそれぞれ独立
に制御でき、その発振の制御性を向上できる。
また、本発明による半導体レーザにおいては、光伝播の
損失を大きくするとともに注入されたキャリアがエネル
ギー緩和されにくくして高次の量子準位の占有率が高め
られるようにするために、量子井戸活性層の層厚は300
Å以下、横とじこめによる光導波路のストライプ巾は３
ミクロン以下にすることが望ましい。
損失を大きくするとともに注入されたキャリアがエネル
ギー緩和されにくくして高次の量子準位の占有率が高め
られるようにするために、量子井戸活性層の層厚は300
Å以下、横とじこめによる光導波路のストライプ巾は３
ミクロン以下にすることが望ましい。
また、活性層は量子井戸層が複数個ある多重量子井戸構
造でも、単一井戸構造でもよい。
造でも、単一井戸構造でもよい。
また、横方向閉じ込めにはリッジ導波路、BH（Buried H
eterostructure）,CSP（Channeled Substrate Plane
r），一般的な不純物拡散による超格子無秩序化のうち
のいずれも適用できる。
eterostructure）,CSP（Channeled Substrate Plane
r），一般的な不純物拡散による超格子無秩序化のうち
のいずれも適用できる。
また、上記実施例ではｎ＝１とｎ＝２のレーザ発振につ
いて説明したが、さらに高次の量子化準位に対応するレ
ーザ発振についても適用できる。
いて説明したが、さらに高次の量子化準位に対応するレ
ーザ発振についても適用できる。
以上のように、この発明によれば、量子井戸構造の活性
層と、該活性層をはさんで配置された上クラッド層及び
下クラッド層と、上記上クラッド層側に共振器長方向に
相互に分離して設けられた、上記活性層に対し電流を注
入するため２つの電流注入用電極及び上記活性層に逆バ
イアスを印加するための１つの内部損失変調用電極とを
備えた構成としたから、上記内部損失変調用電極により
逆バイアスを印加したとき生じるエキシトン吸収スペク
トルの波長シフトを用いて共振器内部損失を変化させ、
種々の量子準位による発振を可能とでき、これにより、
複数のレーザ発振光を外部信号により制御でき、また複
数のレーザ発振光の超高速スイッチングが可能となり、
大容量情報伝送及び光情報記録用光源として高性能なも
のが得られるという効果がある。さらに、本発明では、
電流注入用の電極を相互に独立して２つ設けているの
で、２つの電流注入用電極からの注入電流をそれぞれ独
立に制御でき、その発振の制御性を向上できる効果があ
る。
層と、該活性層をはさんで配置された上クラッド層及び
下クラッド層と、上記上クラッド層側に共振器長方向に
相互に分離して設けられた、上記活性層に対し電流を注
入するため２つの電流注入用電極及び上記活性層に逆バ
イアスを印加するための１つの内部損失変調用電極とを
備えた構成としたから、上記内部損失変調用電極により
逆バイアスを印加したとき生じるエキシトン吸収スペク
トルの波長シフトを用いて共振器内部損失を変化させ、
種々の量子準位による発振を可能とでき、これにより、
複数のレーザ発振光を外部信号により制御でき、また複
数のレーザ発振光の超高速スイッチングが可能となり、
大容量情報伝送及び光情報記録用光源として高性能なも
のが得られるという効果がある。さらに、本発明では、
電流注入用の電極を相互に独立して２つ設けているの
で、２つの電流注入用電極からの注入電流をそれぞれ独
立に制御でき、その発振の制御性を向上できる効果があ
る。
第１図はこの発明の基本的な動作を説明するための図、
第２図（ａ）〜（ｄ）はこの発明の原理を示すための
図、第３図はこの発明の実施例による半導体レーザを示
す模式図、第４図は従来の半導体レーザを示す模式図、
第５図は従来の半導体レーザにおける利得及び共振器損
失の波長依存性を示す図である。 １は下部電極、２は第１の導電型の基板、３は第１の導
電型のクラッド層、４は量子井戸活性層、５は第２の導
電型のクラッド層、６は第２の導電型のコンタクト層、
７は電流注入用上部電極、８は内部損失変調用電極、９
は絶縁領域、11はｎ型電極、12はn+−GaAs基板、13はｎ
−AlGaAsクラッド層、14はｎ−AlGaAs第２クラッド層、
15は多重量子井戸活性層、16はｐ−AlGaAs第２クラッド
層、17はｐ−AlGaAsクラッド層、18はp+−GaAsコンタク
ト層、19はｐ型電極である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
第２図（ａ）〜（ｄ）はこの発明の原理を示すための
図、第３図はこの発明の実施例による半導体レーザを示
す模式図、第４図は従来の半導体レーザを示す模式図、
第５図は従来の半導体レーザにおける利得及び共振器損
失の波長依存性を示す図である。 １は下部電極、２は第１の導電型の基板、３は第１の導
電型のクラッド層、４は量子井戸活性層、５は第２の導
電型のクラッド層、６は第２の導電型のコンタクト層、
７は電流注入用上部電極、８は内部損失変調用電極、９
は絶縁領域、11はｎ型電極、12はn+−GaAs基板、13はｎ
−AlGaAsクラッド層、14はｎ−AlGaAs第２クラッド層、
15は多重量子井戸活性層、16はｐ−AlGaAs第２クラッド
層、17はｐ−AlGaAsクラッド層、18はp+−GaAsコンタク
ト層、19はｐ型電極である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】量子井戸構造の活性層と、 該活性層をはさんで配置された上クラッド層及び下クラ
ッド層と、 上記上クラッド層側に共振器長方向に相互に分離して設
けられた、上記活性層に対し電流を注入するため２つの
電流注入用電極及び上記活性層に逆バイアスを印加する
ための１つの内部損失変調用電極とを備え、 上記内部損失変調用電極により逆バイアスを印加したと
き生じるエキシトン吸収スペクトルの波長シフトを用い
て共振器内部損失を変化させ、種々の量子準位による発
振を可能としたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61175965A JPH0671116B2 (ja) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | 半導体レ−ザ |
| EP87306520A EP0254568B1 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
| EP93200581A EP0547038B1 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
| EP93200588A EP0547043B1 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
| EP93200589A EP0547044B1 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
| DE87306520T DE3787769T2 (de) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | Halbleiterlaservorrichtung. |
| DE3751549T DE3751549T2 (de) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | Halbleiterlaser. |
| DE3751548T DE3751548T2 (de) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | Halbleiterlaser. |
| DE3751535T DE3751535T2 (de) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | Halbleiterlaser. |
| EP19930200587 EP0547042A3 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
| US07/078,393 US4817110A (en) | 1986-07-25 | 1987-07-24 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61175965A JPH0671116B2 (ja) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6332977A JPS6332977A (ja) | 1988-02-12 |
| JPH0671116B2 true JPH0671116B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=16005350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61175965A Expired - Fee Related JPH0671116B2 (ja) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0671116B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0732279B2 (ja) * | 1985-01-22 | 1995-04-10 | 日本電信電話株式会社 | 半導体発光素子 |
| JPS62188393A (ja) * | 1986-02-14 | 1987-08-17 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
-
1986
- 1986-07-25 JP JP61175965A patent/JPH0671116B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6332977A (ja) | 1988-02-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |