JPH0346384A - 面型波長可変発光素子 - Google Patents

面型波長可変発光素子

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JPH0346384A
JPH0346384A JP1183046A JP18304689A JPH0346384A JP H0346384 A JPH0346384 A JP H0346384A JP 1183046 A JP1183046 A JP 1183046A JP 18304689 A JP18304689 A JP 18304689A JP H0346384 A JPH0346384 A JP H0346384A
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JP
Japan
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stacked structure
wavelength
light emitting
resonator
thickness
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JP1183046A
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English (en)
Inventor
Ichiro Ogura
一郎 小倉
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0614Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by electric field, i.e. whereby an additional electric field is used to tune the bandgap, e.g. using the Stark-effect
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18341Intra-cavity contacts
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/18361Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板面に垂直方向に光を出力し、外部からの電
圧制御で、その出力光の波長を変換する発光素子(面型
波長可変発光素子)に関する。
〔従来の技術〕
面型波長可変発光素子は光半導体素子を集積した基板を
何枚か並べて、並列に処理を行う光情報処理において重
要な素子と考えられる。面型出力光の波長が外部制御で
変化できれば時分割多重、空間分割多重の概念が面型光
情報素子の分野に適用できることになる。
波長可変機能を持った発光素子としては第3図のものが
知られている。同図において101は活性領域、102
は位相制御領域、103はDBR領域である。素子長は
約500μmである。これについての詳細はエレクトロ
ニクスレターズ(Electron、 Lett、)の
1987年、第23巻の403頁を参照されたい。第3
図に示した発光素子は電流注入による屈折率変化を利用
した波長可変DERレーザであり、DBR領域103に
電流注入して波長チューニングを行う。連続波長チュー
ニングの幅を拡大するために位相制御領域102が設け
である。波長はある幅まで連続に変わりその後ジャンプ
する。そしてその後また電流注入によって連続的に変わ
っていく。このような準連続的チューニングで波長可変
幅として100人という値が得られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
第3図の従来例は出力光は基板面に平行方向(層方向(
矢印の方向))に出て来るものであり、基板面に垂直な
方向C面方向)に光出力が得られているわけではない。
面出刃型で光の波長を可変に出来るような素子は著者の
知る限りこれまで報告されていねい。それに加えて、従
来例では電流注入によって波長を変化させるため、必然
的に消費電力が増え、集積化には不向きであった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は2つあり、第一の発明による面型波長可変発光
素子は、半導体基板に垂直方向に成長された半導体の集
積構造体とこれを挟む反射鏡より成り、前記積層構造体
は発光用の第一の積層構造体と厚さを変化させられる第
二の積層構造体から構成され、前記反射鏡によって形成
される共振器の長さは自然放出モードが一本しかたたな
い程の長さであり、前記第二の積層構造体に電極が形成
され、この電極に加える電圧によってピエゾ効果を生ぜ
しめ、その効果で前記共振器の長さを変化させることを
特徴としている。
第二の発明による面型波長可変発光素子は、半導体基板
に垂直方向に成長された半導体の積層構造体より成り、
前記積層構造体は発光用の積層構造体とこれを挟む半導
体多層膜反射鏡とから成る共振器を形成し、前記半導体
多層膜は半導体媒質中の発光波長の1/4の整数倍の厚
さの屈折率の異なる2種類の半導体薄膜を積層した構造
であり、この半導体多層膜に電極が形成され、この電極
に電圧を印加することによって生じるピエゾ効果によっ
て前記半導体多層膜の厚さを変化させ、共振波長を変化
させることを特徴としている。
〔作用〕
第一の発明では、共振器構造において、素子サイズを微
少化して、共振器の共振モードが自然放出の帯域内に一
本しか立たなくする。さらに、第二の積層構造体に外部
から電圧を加え、自分自身の持つピエゾ効果で積層構造
体の長さを変化させる。この時、光ポンピングや、電流
注入の手段で第一の積層構造体をキャリア励起し発光さ
せるものとすれば、積層構造帯のサイズは上に述べたよ
うに非常に小さいので、発光波長を連続的に、しかも大
きく変化させることができる。発光波長が変わるのは共
振器のサイズが変わり、それにともなって許容される自
然放出モードが変化するからである。
第二の発明では、発光部を挟む半導体多層膜反射鏡によ
って共振器が形成される。この多層膜反射鏡に外部から
電圧を加え、ピエゾ効果によって多層膜の厚みを変化さ
せることにより、共振波長を変化させる。
〔実施例〕
第1図は第一の発明に係る実施例である。同図において
11はInP基板であり、その面方位は(111) A
である。12はn−InP(厚さd=0.2μm、キャ
リア濃度n = 2 X 10 ”am−3)、13は
I)  I na4rGo、ssA S (厚さd=0
.1.um。
キャリア濃度p= I X 10.”cm ”)  1
4はp−InP(厚さd=0.15μm、キャリア濃度
p=1 x 10 ”an−”)、15はアンドープの
InP(厚さd=0.1μm)、16はn−InP(厚
さd=0.1μm1キヤリア濃度n=2X10目cm−
3)、17はアンドープのInk(厚さd=0.5.u
m)、18はp−InP(厚さd=0.1.um、キャ
リア濃度P = 1 x 10 ”cm−3)である。
21,23はA u / Cr電極、22,24はAu
Ge−Ni電極である。25は5if2絶縁膜である。
26.27はAu反射膜であり、光を取り出すために反
射率を95%程度にする。
電極21と電極22の間に順方向の電圧を加えると、I
 nq、+tG acs、A S 13で発光が生じる
が、これは1.67μmにピークをもつ自然放出光であ
る。26と27のAu反射膜によって形成さ曝 れる共振器の長さLをλ/2n(n#半導体の屈折率)
の整数倍とすることにより、共振器の共振波長と自然放
出のピーク波長が一致する。更に、共振器の共振波長の
間隔を自然放出光の波長の広がりよりも大きくすること
によって、出力光は光振器の共振波長により決定される
一本の鋭いピークとして得られる。このような理由から
本実施例ではL=1.15μmとしている。
さて、基板11の面方位を通常の(100)ではなく(
111)Aにした理由であるが、それは層厚方向に電圧
をかけたときにピエゾ効果を発生させるためである。(
111) A基板に半導体層を積んでその方向に電圧を
かけて内部電界を生じさせるとピエゾ効果が現れ、その
結果として長さが変わる。電極23,24間に逆方向の
電圧を加えることにより、pn結合が逆バイアスされ、
アンドープのInP層1層性7乏層が伸びる。この空乏
層の内部電界によってピエゾ効果が生じ、InP層1層
性7さが変わる。100kV/cmの電界で約1%縮む
ので、3vの逆バイアスで約100kV/cmの電界が
加わり、InP層1層性71%縮む。これに伴い、共振
器長も短かくなり、共振周波数が短波長にシフトする。
本実施例では、シフト量は約90人となる。
第2図は第二の発明に係る実施例である。同図において
51はInP基板であり、その面方位は(111) A
である。52はバッファー暦月のn−InP層(厚さd
=2μm、キャリア濃度n=2 x 10 ”cm−3
)、61は多層膜反射鏡であり、53のアンドープのI
nPと54のアンドープのI n a−r6G a a
z4A S wss P 145を交互に積層した構造
で、62の多層膜反射鏡も同様に55のアンドープのI
nPと56のアンドープのI n ate G & 1
24A S 1lss P o、asを交互に積層した
構造である。
57.58はp−InP(厚さd=1170人、キャリ
ア濃度p = I X 10 ”an−’)、59はn
−InP(厚さd = 0.2 p m、キャリア濃度
n=2X 10 ”cm−”)、60はpI n an
t G a 1L83A 5(p=IX10”cm−リ
、63はS i O’*絶縁膜である。71.72はA
uGe−Ni電極、73,74はAu/Cr電極である
。発光は工n1lL47GaIL5゜As60で生じる
。自然放出モードを一本だけにするには多層膜反射鏡6
162で挟まれた部分の厚さをλ/2nの整数倍にする
必要がある。λ=1.67μm、n=3.6であるので
I n IL4r G a cssAs60の厚さは2
300人程度とした。多層膜61.62は、InP53
.55とI n rrta G a 1124A S 
1s5P 14554 、56の厚さをそれぞれλ/ 
4 nとすることで発光波長付近で高反射率となり、I
nP53,55は1170人、I n IILts G
 & W24ASagsP+us54.56は1140
人とすればよい。積層する層数は20周期程度で、反射
率は95%程度である。本実施例では光ポンピングによ
ってキャリアを励起する。励起光の波長は多層膜の反射
率の小さい波長を選ぶが、本実施例では1.3〜1.4
μmの波長の光で多層膜を90%透過し、効率のよい励
起が行える。この発光素子の電極71.72に電極73
.74より高い電圧を加えることにより多層膜61.6
2に内部電界を発生させる。100kV/cmで約1%
厚さ方向に縮むので、40Vの電圧で内部電界が100
kV10となり、多層膜61.62はそれぞれ1%縮む
したがって、自然放出モードもこのくらい短波長側にシ
フトさせられる。これは、波長換算で167大となる。
尚、本実施例では、キャリア励起は光ボンピングによっ
たが、発光部をpn接合として電流注入しても同様の効
果が得られる。
〔発明の効果〕
本実施例によれば基板面に垂直な方向に光出力が得られ
て、その出力波長が外部電圧によって変えられる面型波
長可変発光素子が得られる。
また、本発明による波長可変素子では、発光波長は電界
によって変化させるので消費電力が小さく、光並列処理
に必要な素子の面方向での集積に適している。なお本実
施例ではI n G a A s P系であったがG 
a A s系のような他の材料でも良い。
【図面の簡単な説明】
第一図は第一の発明に係る面型波長可変発光素子の実施
例を示す構造図、第二図は第二の発明に係る実施例を示
す構造図、第三図は波長可変機能を持った光半導体素子
の従来例である。 11・・・・・・InP基板、12・・・・・・n−I
nP、1 :l・”・p  I na4yG&1lLs
xAs、  14−・”P−InP% 15・・・・・
・アンドープInP、16・・・・・・nInP、17
・・・・・・アンドープInP、18・・・・・・p 
−InP、21.23=Au/Cr電極、22゜24−
A u G e −N i電極、25・”・”S io
z絶縁膜、26.27・・・・・・Au反射膜、511
nP基板、52−n−1nP、53.55−・・・・・
アンドープInP、54.56・・・・・・アンドープ
I n ate G a 124 A S ass P
 ass、57. 58−”・I)−I nP、59=
−n−I nP、60 = p −I na4tGaI
LsxAs、 61 、62−”・多層膜反射鏡、63
・・・・・・S i Oを絶縁膜、71.72・・・・
・・AuGo−Ni電極、73 、74 ”=A u 
/ Cr電極、101・・・・・・活性領域、102・
・・・・・位相制御領域、03・・・・・・DBR領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板に垂直方向に成長された半導体の積層
    構造体とこれを挟む反射鏡より成り、前記積層構造体は
    発光用の第一の積層構造体とピエゾ効果により厚さを変
    化させられる第二の積層構造体から構成され、前記反射
    鏡によって形成される共振器の長さは自然放出モードが
    一本しかたたない程の長さであることを特徴とする面型
    波長可変発光素子。
  2. (2)半導体基板に垂直方向に成長された半導体の積層
    構造体より成り、前記積層構造体は発光用の積層構造体
    とこれを挟むピエゾ効果を生じる半導体多層膜反射鏡と
    から成る共振器を具備し、前記半導体多層膜は半導体媒
    質中の発光波長の1/4の整数倍の厚さの屈折率の異な
    る2種類の半導体薄膜を交互に積層した構造であること
    を特徴とする面型波長可変発光素子。
JP1183046A 1989-07-14 1989-07-14 面型波長可変発光素子 Pending JPH0346384A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5239550A (en) * 1991-12-03 1993-08-24 University Of Connecticut Transistor lasers
US5301201A (en) * 1993-03-01 1994-04-05 At&T Bell Laboratories Article comprising a tunable semiconductor laser
JP2001036191A (ja) * 1999-07-07 2001-02-09 Commiss Energ Atom 波長の同調が可能な共鳴キャビティを備えた光学的半導体デバイスならびに光強度の変調への応用
JP2003080510A (ja) * 2001-09-11 2003-03-19 Asahi Organic Chem Ind Co Ltd 静電防止用木質複合材料及びその製造方法並びにその用途
WO2003007441A3 (en) * 2001-07-13 2003-10-09 Motorola Inc Monolithic piezoelectrically-tunable optoelectronic device
DE102022117299A1 (de) * 2022-07-12 2024-01-18 Ams-Osram International Gmbh Laserbauteil und verfahren zum betreiben eines laserbauteils

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