JPH04177784A - 半導体レーザ素子及びその駆動方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその駆動方法Info
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- JPH04177784A JPH04177784A JP30440790A JP30440790A JPH04177784A JP H04177784 A JPH04177784 A JP H04177784A JP 30440790 A JP30440790 A JP 30440790A JP 30440790 A JP30440790 A JP 30440790A JP H04177784 A JPH04177784 A JP H04177784A
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- H01S—DEVICES 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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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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- H01S—DEVICES 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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- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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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。
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、波長多重光通信、波′長多重光記録、光演算
等の光源として期待される半導体レーザ素子及びその駆
動方法に関し、特に、素子に流す電流の大きさを調整す
ることにより、異なる波長のレーザ光を発する半導体レ
ーザ素子及びその駆動方法に関する。
等の光源として期待される半導体レーザ素子及びその駆
動方法に関し、特に、素子に流す電流の大きさを調整す
ることにより、異なる波長のレーザ光を発する半導体レ
ーザ素子及びその駆動方法に関する。
［従来の技術］
近年、光通信や光字的情報処理の分野における半導体レ
ーザ素子の需要は急激に増大してきており、それに伴っ
て素子の機能に対する要求も多様化しつつある。発振波
長が可変な半導体レーザ素子もそのうちの１つである。
ーザ素子の需要は急激に増大してきており、それに伴っ
て素子の機能に対する要求も多様化しつつある。発振波
長が可変な半導体レーザ素子もそのうちの１つである。
例えば、光カードや光ディスク等の媒体にレーザ光を照
射して情報の記録及び再生を行なう場合、通常、再生光
の出力を記録光よりも低（することによって、再生光に
よる書き込みを防止している。ここで、波長可変の半導
体レーザ素子を用い、再生光の波長を媒体感度の低い領
域に設定すれば、再生光の出力をそれほど低下させるこ
となく上記書き込みを防止でき、Ｓ／Ｎ比の高い情報の
再生が可能となる。
射して情報の記録及び再生を行なう場合、通常、再生光
の出力を記録光よりも低（することによって、再生光に
よる書き込みを防止している。ここで、波長可変の半導
体レーザ素子を用い、再生光の波長を媒体感度の低い領
域に設定すれば、再生光の出力をそれほど低下させるこ
となく上記書き込みを防止でき、Ｓ／Ｎ比の高い情報の
再生が可能となる。
上記要求に対して、第１の従来例として、例えばＡ ｐ
ｐ １ 、 Ｐ ｈ ｙ ｓ 、 Ｌ ｅ ｔ、 ｔ
、 ｖ ｏ １ 、３６、ｐ、４４２ Ｃ１９８０）
においては異なる波長の発光層を夫々別々の先導波路中
に形成しく同一の基板上ではあるが）、独立に電流を注
入して所望の波長の発光層からレーザ発振させる技術が
提案されている。これは、本質的に独立なレーザ素子を
同一の基板上に形成したものである。
ｐ １ 、 Ｐ ｈ ｙ ｓ 、 Ｌ ｅ ｔ、 ｔ
、 ｖ ｏ １ 、３６、ｐ、４４２ Ｃ１９８０）
においては異なる波長の発光層を夫々別々の先導波路中
に形成しく同一の基板上ではあるが）、独立に電流を注
入して所望の波長の発光層からレーザ発振させる技術が
提案されている。これは、本質的に独立なレーザ素子を
同一の基板上に形成したものである。
一方、第２の従来例として、共振器を構成する反射器と
してグレーティングを利用した所謂分布反射型（ＤＢＲ
）半導体レーザで、グレーティング部にも電極を設けて
キャリアを注入出来るようにし、そこへの電流注入量を
増減することにより、グレーティング部の屈折率を変化
させて発振波長を変化させる素子が提案されている。こ
の場合、発光層等の構造は、通常の半導体レーザと同じ
である。
してグレーティングを利用した所謂分布反射型（ＤＢＲ
）半導体レーザで、グレーティング部にも電極を設けて
キャリアを注入出来るようにし、そこへの電流注入量を
増減することにより、グレーティング部の屈折率を変化
させて発振波長を変化させる素子が提案されている。こ
の場合、発光層等の構造は、通常の半導体レーザと同じ
である。
また、第３の従来例として、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
ｖｏｌ、６４．ｐ、１０２２ （１９８８）では、単一
の量子井戸を発光層とし、共振器損失を増すことで、高
次の量子準位からの発光も可能にし、第１量子準位と第
２量子準位からの発光で、異なる波長のレーザ発振を得
る素子が提案されている。
ｖｏｌ、６４．ｐ、１０２２ （１９８８）では、単一
の量子井戸を発光層とし、共振器損失を増すことで、高
次の量子準位からの発光も可能にし、第１量子準位と第
２量子準位からの発光で、異なる波長のレーザ発振を得
る素子が提案されている。
第６図（ａ）はこうしたｍ−量子井戸のエネルギーバン
ド図を示し、第６図（ｂ）はその利得スペクトル図を示
す。従来の通常の共振器損失を持つレーザにおいては、
発振しきい利得はｇｔｒ＋ｏであり、利得スペクトルは
第１量子準位に対する波長ん、においてピークを示し、
そしてこのん、の波長の光が発振することになる。この
第３の従来例では、このレーザの共振器損失を増加させ
て、発振しきい利得をｇ ｔｈ’にした場合に第２量子
準位に対応する波長ん２の光が発振可能となっている。
ド図を示し、第６図（ｂ）はその利得スペクトル図を示
す。従来の通常の共振器損失を持つレーザにおいては、
発振しきい利得はｇｔｒ＋ｏであり、利得スペクトルは
第１量子準位に対する波長ん、においてピークを示し、
そしてこのん、の波長の光が発振することになる。この
第３の従来例では、このレーザの共振器損失を増加させ
て、発振しきい利得をｇ ｔｈ’にした場合に第２量子
準位に対応する波長ん２の光が発振可能となっている。
更に、特開昭６３−３２９８２号公報等には、第４の従
来例として、あまり違わない発振波長を持つ、２つの異
なる量子井戸を発光層とし、夫々の量子井戸からの発光
で、異なる波長のレーザ発振を得る素子が開示されてい
る。
来例として、あまり違わない発振波長を持つ、２つの異
なる量子井戸を発光層とし、夫々の量子井戸からの発光
で、異なる波長のレーザ発振を得る素子が開示されてい
る。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上記従来技術は次の様な問題点を有して
いる。
いる。
まず、第１の従来例では、波長を変化させると、レーザ
からの出射位置が変化する。このため、例えば、外部光
学系を１つの波長の光に対して、−点に集光する様に組
んだ時に、波長を変えると集光位置が、（波長分散によ
る僅かのずれよりも、ずっと多（）ずれてしまう。また
、複数の独立なレーザ素子を同一の基板上に形成して、
独立に駆動出来る様にする必要があるため、作成プロセ
スが複雑で難しく、素子サイズも大きくなってしまう。
からの出射位置が変化する。このため、例えば、外部光
学系を１つの波長の光に対して、−点に集光する様に組
んだ時に、波長を変えると集光位置が、（波長分散によ
る僅かのずれよりも、ずっと多（）ずれてしまう。また
、複数の独立なレーザ素子を同一の基板上に形成して、
独立に駆動出来る様にする必要があるため、作成プロセ
スが複雑で難しく、素子サイズも大きくなってしまう。
次に、第２の従来例では、可変である波長域が狭く、例
えばＡ １ ｘ Ｇ ａ ＋ −ｘ Ａ ｓを用いたレ
ーザでは、数ｎｍ程度しかない。これは、通常の半導体
レーザでは、注入電流量制御によるブラッグ波長の変化
が可変波長幅を支配しており、その変化がその程度の広
さしかないからである。
えばＡ １ ｘ Ｇ ａ ＋ −ｘ Ａ ｓを用いたレ
ーザでは、数ｎｍ程度しかない。これは、通常の半導体
レーザでは、注入電流量制御によるブラッグ波長の変化
が可変波長幅を支配しており、その変化がその程度の広
さしかないからである。
また、第３の従来例では、共振器損失を増すことに頼っ
ているため、レーザの効率が悪くなり、発振しきい電流
値が大きくなり、大きな出力も得られない等の欠点を持
つ。従って、このような素子では、２波長レーザとして
は、室温連続発振は得られていない。
ているため、レーザの効率が悪くなり、発振しきい電流
値が大きくなり、大きな出力も得られない等の欠点を持
つ。従って、このような素子では、２波長レーザとして
は、室温連続発振は得られていない。
最後に第４の従来例では、発振する２つの波長があまり
違わない。即ち、可変である波長域が狭い。
違わない。即ち、可変である波長域が狭い。
従って、本発明の目的は、上記従来例の問題点を解決し
、波長可変範囲が広く、高い効率で作動する波長可変半
導体レーザ素子及びその駆動方法を提供することにある
。
、波長可変範囲が広く、高い効率で作動する波長可変半
導体レーザ素子及びその駆動方法を提供することにある
。
［課題を解決する為の手段］
上記目的を達成する本発明では、互いにバンドギャップ
が界なる複数の発光層とこれらの発光層の間に設けられ
これらの発光層よりも大きいバンドギャップを持つ障壁
層とこれら発光層や障壁層を上下から挟む光、電子の閉
じ込め層とを含む先導波路構造部及び該構造部を挾んで
積層されたクラッド層から成る半導体素子において、前
記先導波路構造部（例えば障壁層の厚さ、バンドギャッ
プ等）が５前記発光層にキャリアを注入した時に、障壁
層がない場合または光、電子の閉じ込め層が上下対称な
場合に比べて、バンドギャップの大きい方の発光層のキ
ャリア濃度をより高く、バンドギャップの小さい方の発
光層のキャリア濃度をより低（する様に設定されており
、前記光、電子の閉じ込め層のバンドギャップが上下で
異なっており、前記発光層のバンドギャップの小さい方
の発光層のキャリア濃度をより低（する様にバンドギャ
ップの小さい方の発光層はバンドギャップの大きい側の
光、電子の閉じ込め層に近（配置されている。
が界なる複数の発光層とこれらの発光層の間に設けられ
これらの発光層よりも大きいバンドギャップを持つ障壁
層とこれら発光層や障壁層を上下から挟む光、電子の閉
じ込め層とを含む先導波路構造部及び該構造部を挾んで
積層されたクラッド層から成る半導体素子において、前
記先導波路構造部（例えば障壁層の厚さ、バンドギャッ
プ等）が５前記発光層にキャリアを注入した時に、障壁
層がない場合または光、電子の閉じ込め層が上下対称な
場合に比べて、バンドギャップの大きい方の発光層のキ
ャリア濃度をより高く、バンドギャップの小さい方の発
光層のキャリア濃度をより低（する様に設定されており
、前記光、電子の閉じ込め層のバンドギャップが上下で
異なっており、前記発光層のバンドギャップの小さい方
の発光層のキャリア濃度をより低（する様にバンドギャ
ップの小さい方の発光層はバンドギャップの大きい側の
光、電子の閉じ込め層に近（配置されている。
より具体的には、バンドギャップの小さい方の発光層の
厚さは、キャリアが非弾性散乱を受けてそのエネルギが
障壁層でのポテンシャルエネルギ以下にまで下がるのに
要する長さ以下である様に設定されたり、光、電子の閉
じ込め層のバンドギャップは徐々に変化したり、障壁層
のバンドギャップは徐々に変化したりする。その他の具
体的構成については、実施例の説明から明らかとなる。
厚さは、キャリアが非弾性散乱を受けてそのエネルギが
障壁層でのポテンシャルエネルギ以下にまで下がるのに
要する長さ以下である様に設定されたり、光、電子の閉
じ込め層のバンドギャップは徐々に変化したり、障壁層
のバンドギャップは徐々に変化したりする。その他の具
体的構成については、実施例の説明から明らかとなる。
本発明におけるバンドギャップとは、量子井戸の場合に
は、量子化エネルギーを含めた、価電子帯の成る準位か
ら伝導帯の成る準位への遷移エネルギーを指す。
は、量子化エネルギーを含めた、価電子帯の成る準位か
ら伝導帯の成る準位への遷移エネルギーを指す。
上記構成の本発明によれば、上記従来例の問題点は、全
て解決される。
て解決される。
まず、第１の従来例の問題点については、本発明では、
異なる波長の発光層を単一の光導波路内に設けることに
より、波長を変化させてもレーザからの出射位置が変化
しない。また、各波長毎に独立な電流注入手段を設ける
必要もないので、作成が容易で、素子サイズも通常の半
導体レーザと同程度である。
異なる波長の発光層を単一の光導波路内に設けることに
より、波長を変化させてもレーザからの出射位置が変化
しない。また、各波長毎に独立な電流注入手段を設ける
必要もないので、作成が容易で、素子サイズも通常の半
導体レーザと同程度である。
また、第２の従来例の問題点については、本発明は、夫
々の波長を別々の（しかし、単一の先導波路内に設けた
）発光層に分担させる為、ずっと広い波長域で発振可能
となる。例えば、Ａｔ、ＧａＩ□Ａｓを発光層に用いた
場合、数十ｎｍから数百ｎｍ程度は発振波長を変化させ
ることができる。
々の波長を別々の（しかし、単一の先導波路内に設けた
）発光層に分担させる為、ずっと広い波長域で発振可能
となる。例えば、Ａｔ、ＧａＩ□Ａｓを発光層に用いた
場合、数十ｎｍから数百ｎｍ程度は発振波長を変化させ
ることができる。
第３の従来例の問題点にっけては、本発明においては、
隣り合う、波長の異なる発光層の中間に、それらの発光
層よりも大きいバンドギャップを持つ障壁層を設け、そ
の障壁層のバンドギャップと厚さを、該発光層にキャリ
アを注入した時に、障壁層がない時と比べて、バンドギ
ャップの大きい方の発光層のキャリア濃度がそれより高
く、バンドギャップの小さい方の発光層のキャリア濃度
がそれより低（、ならしめるに足る、十分な大きさを持
つ様にすることで、従来例に比べて、（同じ量のキャリ
アを注入した時に）利得の分布が短波長側に伸びた形に
なる。そのため、共振器損失を増して電流を大量に注入
しなくても、複数の波長の光が発振出来る様になる。
隣り合う、波長の異なる発光層の中間に、それらの発光
層よりも大きいバンドギャップを持つ障壁層を設け、そ
の障壁層のバンドギャップと厚さを、該発光層にキャリ
アを注入した時に、障壁層がない時と比べて、バンドギ
ャップの大きい方の発光層のキャリア濃度がそれより高
く、バンドギャップの小さい方の発光層のキャリア濃度
がそれより低（、ならしめるに足る、十分な大きさを持
つ様にすることで、従来例に比べて、（同じ量のキャリ
アを注入した時に）利得の分布が短波長側に伸びた形に
なる。そのため、共振器損失を増して電流を大量に注入
しなくても、複数の波長の光が発振出来る様になる。
併せて、本発明のレーザなより−・層高効率にする為に
は、障壁層を（或はそれに加えて発光層も）ｐまたはｎ
型にドープすると良いことも分かった。特に、両クラッ
ド層から夫々電子と正孔を注入した時に、注入された側
と反対の側にある発光層まで移動するのがより困難な方
のキャリアと同じ極性にドープすると良い。これは、移
動が困難な向きに注入されるキャリアを、ドーピングに
よって予め補充しておくことが出来るからである。
は、障壁層を（或はそれに加えて発光層も）ｐまたはｎ
型にドープすると良いことも分かった。特に、両クラッ
ド層から夫々電子と正孔を注入した時に、注入された側
と反対の側にある発光層まで移動するのがより困難な方
のキャリアと同じ極性にドープすると良い。これは、移
動が困難な向きに注入されるキャリアを、ドーピングに
よって予め補充しておくことが出来るからである。
以上の工夫により、レーザの効率が従来例より遥かに高
くなり、発振しきい電流値も通常の（波長可変でない）
半導体レーザの１から２倍程度の低い値である様な波長
可変レーザが実現出来た。
くなり、発振しきい電流値も通常の（波長可変でない）
半導体レーザの１から２倍程度の低い値である様な波長
可変レーザが実現出来た。
特に従来の波長差の大きい波長可変レーザでは困難だっ
た、室温連続発振も容易に達成出来る。
た、室温連続発振も容易に達成出来る。
最後に第４の従来例の問題点については１本発明では、
発光層の波長差を太き（すると同時に、上記の工夫を行
なうことによって、解決している。注意すべきことは、
単純に発光層の波長差を大き（するだけでは、電流を大
量に注入しないと短波長の光が発振出来な（なるので、
第３の従来例と全（同じ問題が生じ、解決にならないこ
とがある。本発明では、波長差を太き（するだけでなく
、障壁層の高さや厚さ、ドーピング等で巧妙にキャリア
の流れを制御して、初めて、波長差が大きくかつ高効率
の波長可変レーザを実現したのである。
発光層の波長差を太き（すると同時に、上記の工夫を行
なうことによって、解決している。注意すべきことは、
単純に発光層の波長差を大き（するだけでは、電流を大
量に注入しないと短波長の光が発振出来な（なるので、
第３の従来例と全（同じ問題が生じ、解決にならないこ
とがある。本発明では、波長差を太き（するだけでなく
、障壁層の高さや厚さ、ドーピング等で巧妙にキャリア
の流れを制御して、初めて、波長差が大きくかつ高効率
の波長可変レーザを実現したのである。
［実施例］
以下、実施例で詳しく説明する。なお、説明を分かり易
（する為、以下では波長は２種類とし、従って、発光層
は２層とする。３種類以上の場合も本質的には同様だか
ら、以下の説明から容易に類推できよう。
（する為、以下では波長は２種類とし、従って、発光層
は２層とする。３種類以上の場合も本質的には同様だか
ら、以下の説明から容易に類推できよう。
先ず、半導体レーザの活性層付近の模式的なエネルギー
バンド図である第１図（ａ）を用いて一例を説明する。
バンド図である第１図（ａ）を用いて一例を説明する。
同図において、１０ａはＰ−ＡｔｘｘＧ ａ １−ｘｓ
Ａ Ｓ光、電子の閉じ込め層（Ｓ ｅ ｐ ａｒａｔｅ
Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ、略してＳＣ層と呼ぶ）、
１０ｂはｎ Ａ Ｌ ｘｅ′Ｇ ａ ｌ−Ｘｇ’ Ａ
ｔ ４ ｓＳＣ層、ｌｌａがＡ Ｌ ｘａＧ ａ １−ｘａＡ
Ｓ発光層、］、 １ ｂがＡ １ ｘｂＧ ａ ＋−１
１１１Ａ Ｓ発光層、１２がＰ′″−Ａ１ ｘｓ Ｇ
ａ ＋□ａＡｓ障壁層である。これらの層で光導波路構
造部４を構成している。
Ａ Ｓ光、電子の閉じ込め層（Ｓ ｅ ｐ ａｒａｔｅ
Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ、略してＳＣ層と呼ぶ）、
１０ｂはｎ Ａ Ｌ ｘｅ′Ｇ ａ ｌ−Ｘｇ’ Ａ
ｔ ４ ｓＳＣ層、ｌｌａがＡ Ｌ ｘａＧ ａ １−ｘａＡ
Ｓ発光層、］、 １ ｂがＡ １ ｘｂＧ ａ ＋−１
１１１Ａ Ｓ発光層、１２がＰ′″−Ａ１ ｘｓ Ｇ
ａ ＋□ａＡｓ障壁層である。これらの層で光導波路構
造部４を構成している。
この例では、ｎ型クラッド層３側に短波長（ん２）の発
光層］、 １ ｂを設けｐ型クラッド層５側に長波長（
え、）の発光層１１ａを設けであるので、クラッド層５
Ｉｌｌから注入された正孔が短波長（７−２）の発光
層１１．ｂに達するのが、（逆向きに移動する場合に比
べて）困難である。そこで、障壁Ｆｆ１２を高濃度のｐ
型にドープして、予め正孔を補給しである。
光層］、 １ ｂを設けｐ型クラッド層５側に長波長（
え、）の発光層１１ａを設けであるので、クラッド層５
Ｉｌｌから注入された正孔が短波長（７−２）の発光
層１１．ｂに達するのが、（逆向きに移動する場合に比
べて）困難である。そこで、障壁Ｆｆ１２を高濃度のｐ
型にドープして、予め正孔を補給しである。
この様に正孔を予め十分補給しであると、電流を流さな
い時は、適当に両光光層１１ａ、ｌｌｂに正孔が分布す
る。このような場合には、レーザ発振を論するのに、主
として電子の分布のみを考えれば良い。以下の動作説明
はこの場合について行なうが、他の場合（本実施例のｐ
とｎとを入れ換えた場合等）も容易に類推できよう。こ
のｐとｎを入れ換えた例は後述する。
い時は、適当に両光光層１１ａ、ｌｌｂに正孔が分布す
る。このような場合には、レーザ発振を論するのに、主
として電子の分布のみを考えれば良い。以下の動作説明
はこの場合について行なうが、他の場合（本実施例のｐ
とｎとを入れ換えた場合等）も容易に類推できよう。こ
のｐとｎを入れ換えた例は後述する。
次に、本発明の特徴であるＳＣ層について説明する。Ｓ
Ｃ層１０ａ、１０ｂは、本来、注入電子と注入ホールの
活性層１１ａ、ｌｌｂへの捕獲を有効に行ない、キャリ
アの再結合効率を高めるのに役立つ。
Ｃ層１０ａ、１０ｂは、本来、注入電子と注入ホールの
活性層１１ａ、ｌｌｂへの捕獲を有効に行ない、キャリ
アの再結合効率を高めるのに役立つ。
本発明では、活性層１１ａ、ｌｌｂである複数の量子井
戸層を上下から挾むＳ Ｃ，’￥ｉ １０ ａ、１０ｂ
を上下で非対称に設定することにより、複数の量子井戸
層１．１ ａ、１． ｌ ｂのうちバンドギャップの小
さい方の８０層１０ｂに近い量子井戸層１１ｂへの注入
キャリア密度を高めることが出来る。
戸層を上下から挾むＳ Ｃ，’￥ｉ １０ ａ、１０ｂ
を上下で非対称に設定することにより、複数の量子井戸
層１．１ ａ、１． ｌ ｂのうちバンドギャップの小
さい方の８０層１０ｂに近い量子井戸層１１ｂへの注入
キャリア密度を高めることが出来る。
その結果として、バンドギャップの小さい方の８０層１
０ｂ側の量子井戸層１１ｂの利得を増大させることがで
きる。
０ｂ側の量子井戸層１１ｂの利得を増大させることがで
きる。
第１図（ａ）において、発光層１１ｂは発光層１１ａよ
りもエネルギギャップが大きいので、従来の半導体レー
ザの活性層構造では注入キャリアは発光層１． ｌ ａ
、ｌｌｂで熱平衡状態に広がって分布する為に、エネル
ギギャップの小さい方の発光層１１ａの利得は大きくな
り過ぎ、他方の発光層ｉ１ｂの利得は中々太き（ならな
いと言う状態が生じる。
りもエネルギギャップが大きいので、従来の半導体レー
ザの活性層構造では注入キャリアは発光層１． ｌ ａ
、ｌｌｂで熱平衡状態に広がって分布する為に、エネル
ギギャップの小さい方の発光層１１ａの利得は大きくな
り過ぎ、他方の発光層ｉ１ｂの利得は中々太き（ならな
いと言う状態が生じる。
よって、本実施例では、前述した様に障壁層１２とＳＣ
層との一部がＰ型にドーピングされており、発光層内に
は十分なホールが存在する様になっている。注入電子は
ｎ−クラッド３から注入される為、バンドギャップの小
さい方の８０層１０ｂを通って発光層１１ｂへ落ち込ん
でい（。この際、障壁層１２のバンドギャップが大きい
ので電子の多（は障壁層１２を飛び越せないので、尚更
、発光層１１ｂの電子濃度を増加させる。
層との一部がＰ型にドーピングされており、発光層内に
は十分なホールが存在する様になっている。注入電子は
ｎ−クラッド３から注入される為、バンドギャップの小
さい方の８０層１０ｂを通って発光層１１ｂへ落ち込ん
でい（。この際、障壁層１２のバンドギャップが大きい
ので電子の多（は障壁層１２を飛び越せないので、尚更
、発光層１１ｂの電子濃度を増加させる。
この際、バンドギャップの小さい発光層１１ａの厚さは
キャリアの散乱長以下（例えば、ＬＯ（縦光学的）フォ
ノン散乱では３７ｍｅＶエネルギが下がるので散乱長は
１００人程度量下）に設定しであるので、注入キャリア
は発光層１１ａへは少量しか捕獲されず、多量のキャリ
アは発光層１１ｂへ捕獲される。
キャリアの散乱長以下（例えば、ＬＯ（縦光学的）フォ
ノン散乱では３７ｍｅＶエネルギが下がるので散乱長は
１００人程度量下）に設定しであるので、注入キャリア
は発光層１１ａへは少量しか捕獲されず、多量のキャリ
アは発光層１１ｂへ捕獲される。
更に、障壁層１２の厚さとポテンシャルの高さ（深さ）
は十分な大きさに設定して、レーザ発振のしきい値に近
い電流を流した時に、各々の発光層ないし井戸層１１ａ
、ｌｌｂのキャリア分布が第１図（ａ）に示す様になっ
ている（すなわち、バンドギャップの大きい方の発光層
１１ｂのキャリア濃度が太き（なっている）。
は十分な大きさに設定して、レーザ発振のしきい値に近
い電流を流した時に、各々の発光層ないし井戸層１１ａ
、ｌｌｂのキャリア分布が第１図（ａ）に示す様になっ
ている（すなわち、バンドギャップの大きい方の発光層
１１ｂのキャリア濃度が太き（なっている）。
障壁層１２が馬すぎるか低過ぎる場合には、障壁層１２
がない時と同様の均一なキャリア濃度になるが、第１図
（ａ）の例では、その場合よりも、短波長（尤２）の井
戸層１１ｂの方に電子が大きい割合で分配される様に障
壁層１２が設定されている。ただし、障壁層１２を厚く
及び／又は高くし過ぎると長波長（え、）の井戸層１１
ａの方に電子が来なくなってしまうので、障壁層１２の
設定には最適化が必要である。
がない時と同様の均一なキャリア濃度になるが、第１図
（ａ）の例では、その場合よりも、短波長（尤２）の井
戸層１１ｂの方に電子が大きい割合で分配される様に障
壁層１２が設定されている。ただし、障壁層１２を厚く
及び／又は高くし過ぎると長波長（え、）の井戸層１１
ａの方に電子が来なくなってしまうので、障壁層１２の
設定には最適化が必要である。
第１図（ｂ）、（ｃ）には、しきい電流値直前での井戸
層１１ａ、１１ｂにおける利得スペクトルが夫々示され
、第１図（ｄ）はこれらのスペクトルを光閉じ込め係数
を考慮して足し合わせた利得スペクトルを示す。
層１１ａ、１１ｂにおける利得スペクトルが夫々示され
、第１図（ｄ）はこれらのスペクトルを光閉じ込め係数
を考慮して足し合わせた利得スペクトルを示す。
第１図（ｄ）より分かる様に、各波長λ１、え２の利得
は各々の井戸層１１ａ、］、 Ｌ ｂでの利得に依伴す
る為、効率的にえ、とλ２での利得を増大させることが
出来る。
は各々の井戸層１１ａ、］、 Ｌ ｂでの利得に依伴す
る為、効率的にえ、とλ２での利得を増大させることが
出来る。
尚、第１図の例では、８０層１０ａ、ｌＯｂはＧＲＩＮ
（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）組成を用いているが
、エネルギギャップすなわち屈折率が階段状に変化する
ステップインデックス（Ｓｔｅｐ Ｉ ｎ ｄ ｅ
ｘ ）タイプでも、直線的に変化する組成であっても良
い。要は、複数の発光層を挾んで上下で異なるバンドギ
ャップのＳＣ層を設定すれば良い。
（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）組成を用いているが
、エネルギギャップすなわち屈折率が階段状に変化する
ステップインデックス（Ｓｔｅｐ Ｉ ｎ ｄ ｅ
ｘ ）タイプでも、直線的に変化する組成であっても良
い。要は、複数の発光層を挾んで上下で異なるバンドギ
ャップのＳＣ層を設定すれば良い。
また、第１図の例では、障壁層Ｉ２のバンドギャップは
、８０層１０ａの発光層１１ａに近接する組成のバンド
ギャップと等しくなっているが、障壁層１２のバンドギ
ャップは、８０層１０ｂの発光層１１ｂに近接する組成
のバンドギャップより太き（そしてクラッド層３．５の
それよりも小さく設定されていれば良い。
、８０層１０ａの発光層１１ａに近接する組成のバンド
ギャップと等しくなっているが、障壁層１２のバンドギ
ャップは、８０層１０ｂの発光層１１ｂに近接する組成
のバンドギャップより太き（そしてクラッド層３．５の
それよりも小さく設定されていれば良い。
第２図は、本発明の半導体レーザ素子の更に具体的な一
実施例の構成を示し、第２図（ａ）が側断面図、第２図
（ｂ）が正面断面図である。このような素子は分子線エ
ピタキシ（ＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ
）法等を用いて作成することが出来るが、その過程は通
常の半導体レーザの作成と同様であるので詳しい説明は
省略する。
実施例の構成を示し、第２図（ａ）が側断面図、第２図
（ｂ）が正面断面図である。このような素子は分子線エ
ピタキシ（ＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ
）法等を用いて作成することが出来るが、その過程は通
常の半導体レーザの作成と同様であるので詳しい説明は
省略する。
図中、１はｎ”−ＧａＡｓ基板、２はｎ”Ｇａ Ａ ｓ
バラフッ層、３はｎ Ａ ｌ ｘｅＧ ａ ＋−ｘｃ
Ａ ｓクラッド層、４は上述した構成の光導波路構造部
、５はｐ Ａ １ ｘｃＧ ａ ＋−１１ｃクラッド
層、６はｐ２−ＧａＡｓキャップ層、７はＡ ｕ ／
Ｃｒ電極、８はＡ ｕ −Ｇ ｅ ／ Ａ ｕ電極であ
る。
バラフッ層、３はｎ Ａ ｌ ｘｅＧ ａ ＋−ｘｃ
Ａ ｓクラッド層、４は上述した構成の光導波路構造部
、５はｐ Ａ １ ｘｃＧ ａ ＋−１１ｃクラッド
層、６はｐ２−ＧａＡｓキャップ層、７はＡ ｕ ／
Ｃｒ電極、８はＡ ｕ −Ｇ ｅ ／ Ａ ｕ電極であ
る。
第２図（ｂ）に示すように、横方向に関して電流と光と
をストライブ状の領域に狭窄する為に、リッジ型の導波
路が、反応性イオンビームでエツチングする等の方法で
形成され、５ｉｘＮ４膜９をプラズマＣＶＤ法で成膜し
た後、リッジ上部のみをエツチングして取り除き、電極
７を蒸着しである。
をストライブ状の領域に狭窄する為に、リッジ型の導波
路が、反応性イオンビームでエツチングする等の方法で
形成され、５ｉｘＮ４膜９をプラズマＣＶＤ法で成膜し
た後、リッジ上部のみをエツチングして取り除き、電極
７を蒸着しである。
波長を調整する為の手段として、この例では第２図（ａ
）に示すように、電極７を２分割し、夫々に独立に電流
が流れるようにしである。この２つの電極７に異なる電
流密度Ｊ８．Ｊ２で電流を注入し、その比と大きさを変
化させることにより、レーザ全体の実効的な利得の波長
分散を僅かに変化させて発振波長を変化させている。
）に示すように、電極７を２分割し、夫々に独立に電流
が流れるようにしである。この２つの電極７に異なる電
流密度Ｊ８．Ｊ２で電流を注入し、その比と大きさを変
化させることにより、レーザ全体の実効的な利得の波長
分散を僅かに変化させて発振波長を変化させている。
発振波長を変化させるやり方としては、電極を分割しな
いで（すなわち、単一の電極で）電流の大きさで波長を
制御するやり方もある。この場合、電流を増すにしたが
って、先ず長波長１．１の光が発振し、次に短波長え２
の光も発振することが確かめられた。ヂに電流を増すと
、やがて、（ｊ）長波長え、の光が発振を停止する場合
と、（ｉｉ）発振し続ける場合とがある（ｉ）の動作を
得るには、発光層１１ａにおける注入電子潤度ｎｌ、注
入ホール濃度ｐ１のときの波長え２における利得ｇ１が ｇ＋ （え２１ ｒｌ＋ ＋ ｐｌ）＞０になる様に
（第１図（ｂ）参照）、発光層１１ａ、１１ｂと障壁層
１２を設定すればよい。この場合は、第１図（ｂ）に示
す様なλ２における利得（〉０）が発振に寄与して、え
、における利得が喰われて長波長え、の光が発振を停止
するのである。（ｉ ｊ）は、上記利得ｇ１が ｇ＋、（’ｌ、２．ｎ＋ 、’９＋ ）≦Ｏになる様に
発光層１１ａ、ｔｉｂと障壁層１２を設定すればよい。
いで（すなわち、単一の電極で）電流の大きさで波長を
制御するやり方もある。この場合、電流を増すにしたが
って、先ず長波長１．１の光が発振し、次に短波長え２
の光も発振することが確かめられた。ヂに電流を増すと
、やがて、（ｊ）長波長え、の光が発振を停止する場合
と、（ｉｉ）発振し続ける場合とがある（ｉ）の動作を
得るには、発光層１１ａにおける注入電子潤度ｎｌ、注
入ホール濃度ｐ１のときの波長え２における利得ｇ１が ｇ＋ （え２１ ｒｌ＋ ＋ ｐｌ）＞０になる様に
（第１図（ｂ）参照）、発光層１１ａ、１１ｂと障壁層
１２を設定すればよい。この場合は、第１図（ｂ）に示
す様なλ２における利得（〉０）が発振に寄与して、え
、における利得が喰われて長波長え、の光が発振を停止
するのである。（ｉ ｊ）は、上記利得ｇ１が ｇ＋、（’ｌ、２．ｎ＋ 、’９＋ ）≦Ｏになる様に
発光層１１ａ、ｔｉｂと障壁層１２を設定すればよい。
特に、（ｉ）の場合、波長のスイッチングが完全に出来
るので応用が広い。
るので応用が広い。
ところで、室温でのＧａＡｓのホールの移動度が４００
ｃｍ２／Ｖ・Ｓであり、電子の移動度８８０００ｍ２／
ｖ−８に比べて小さいことを考慮すると、ホールの方の
不均一注入がし易いと言えるので、第１図（ａ）のｐと
ｎを入れ換えて第３図の様にした例が好適である。
ｃｍ２／Ｖ・Ｓであり、電子の移動度８８０００ｍ２／
ｖ−８に比べて小さいことを考慮すると、ホールの方の
不均一注入がし易いと言えるので、第１図（ａ）のｐと
ｎを入れ換えて第３図の様にした例が好適である。
動作等については、ホールと電子の役目が入れ換わって
いるのみで第１図の場合と実質的に同じである。
いるのみで第１図の場合と実質的に同じである。
すなわち、この変形例では、発光層１１ａ、１１ｂに電
子を充満させておき、ホールを制御する構造となってい
る。この場合、障壁層１２または３０層１０ａの少なく
とも一部はｎ型にドーピングしておき、バンドギャップ
の小さい方のＳＣ層’Ｏｂをｐ−クラッド層３側に配置
し、更に複数の発光層Ｌｌａ、Ｌｌｂのうち、バンドギ
ャップの大きい方の発光層１１ｂをｐ−クラッド層３に
近い方に配置させれば良い。
子を充満させておき、ホールを制御する構造となってい
る。この場合、障壁層１２または３０層１０ａの少なく
とも一部はｎ型にドーピングしておき、バンドギャップ
の小さい方のＳＣ層’Ｏｂをｐ−クラッド層３側に配置
し、更に複数の発光層Ｌｌａ、Ｌｌｂのうち、バンドギ
ャップの大きい方の発光層１１ｂをｐ−クラッド層３に
近い方に配置させれば良い。
第４図には本発明の第２実施例として、エネルギギャッ
プの小さい方の発光層２１ａがあたかも一方の３０層１
０ａの途中にあるかの様に設定されており、障壁層２２
の組成も膜厚の方向に変化している例のエネルギバンド
図が示されている。
プの小さい方の発光層２１ａがあたかも一方の３０層１
０ａの途中にあるかの様に設定されており、障壁層２２
の組成も膜厚の方向に変化している例のエネルギバンド
図が示されている。
２１ｂは他方の発光層、２０ｂは他方のＳＣ層である。
この様な構造でも、障壁層２２の高さ、発光層２１ａの
厚さ等が上述した条件を満たしていれば本発明の原理に
基づくものと言え、障壁層２２または８０層２０ａの一
部をｐ型にドーピングしておけば、発光層２１ａ内には
ホールが満たされ、また注入電子の方は不均一に注入で
きるので、両発光層２１ａ、２１ｂの利得を少ない電流
密度で大きくすることが可能である。
厚さ等が上述した条件を満たしていれば本発明の原理に
基づくものと言え、障壁層２２または８０層２０ａの一
部をｐ型にドーピングしておけば、発光層２１ａ内には
ホールが満たされ、また注入電子の方は不均一に注入で
きるので、両発光層２１ａ、２１ｂの利得を少ない電流
密度で大きくすることが可能である。
この場合も、ｐとｎを入れ換えて第３図の変形例の如く
することができる。
することができる。
動作等は第１実施例と実質的に同じである。
第５図は第３実施例のエネルギバンド図であり、−万の
ＳＣ層がクラッド層３５と同一の組成の材料で設定、す
なわち一方のＳＣ層がなくなっている。この例でも、発
光層３１ａ、３１ｂにホールを満たしておき、電子を不
均一に注入することによって、両弁光層３１ａ、３１ｂ
の利得を少ない電流密度で太き（することができる。３
０ｂはＳＣ層、３２は障壁層である。
ＳＣ層がクラッド層３５と同一の組成の材料で設定、す
なわち一方のＳＣ層がなくなっている。この例でも、発
光層３１ａ、３１ｂにホールを満たしておき、電子を不
均一に注入することによって、両弁光層３１ａ、３１ｂ
の利得を少ない電流密度で太き（することができる。３
０ｂはＳＣ層、３２は障壁層である。
この場合も、第３図の如くｐとｎを入れ換えた変形例と
することができ、また動作等は第１実施例と同じである
。
することができ、また動作等は第１実施例と同じである
。
以上の実施例では、説明の都合上、半導体として、Ａｌ
つＧａｐ−ｘＡｓを用いた場合について説明したが、ペ
テロ構造を作れる半導体材料なら、何でも良いことは明
らかであろう。また。光と電流を狭窄する構造としては
、リッジを導波路を用いた場合に−、）いて説明したが
、これもまた、通常の半導体レーザに使われているどの
方法でも良い。これらのやり方や作製法は、例えば、Ａ
Ｉ） ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ＋ｅｚｔ
ｅｒｓ及びＪＥ Ｅ Ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ
１ ｏ ｆ’ Ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｕ ｍＥｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓの最近１５年分程を参照すれば容易に
分かるので、説明は省略する。
つＧａｐ−ｘＡｓを用いた場合について説明したが、ペ
テロ構造を作れる半導体材料なら、何でも良いことは明
らかであろう。また。光と電流を狭窄する構造としては
、リッジを導波路を用いた場合に−、）いて説明したが
、これもまた、通常の半導体レーザに使われているどの
方法でも良い。これらのやり方や作製法は、例えば、Ａ
Ｉ） ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ＋ｅｚｔ
ｅｒｓ及びＪＥ Ｅ Ｅ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ
１ ｏ ｆ’ Ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｕ ｍＥｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓの最近１５年分程を参照すれば容易に
分かるので、説明は省略する。
また、発光層の数や種類は上り己の様に２つに限る訳で
もなく、３つ以上でも良いことは明らかであろう。
もなく、３つ以上でも良いことは明らかであろう。
また、本発明のレーザ素子を、広い波長範囲で動作する
高効率の光増幅器として使うことも出来る。即ち、本発
明の半導体レーザ素子に、レーザ発振するしきい電流値
よりも、僅かに少ない電流を注入し、外部の光源から、
該素子の一方の端面な通してレーザ発振する光の波長の
付近の波長を持つ光を入射し、該入射光と同一の波長を
持つ光をもう一方の端面から取り出すのである。
高効率の光増幅器として使うことも出来る。即ち、本発
明の半導体レーザ素子に、レーザ発振するしきい電流値
よりも、僅かに少ない電流を注入し、外部の光源から、
該素子の一方の端面な通してレーザ発振する光の波長の
付近の波長を持つ光を入射し、該入射光と同一の波長を
持つ光をもう一方の端面から取り出すのである。
本発明によるレーザ素子は、従来の素子よりも広い波長
範囲で利得を持つので、広い波長範囲で動作する高効率
の光増幅器として使うことが出来る。
範囲で利得を持つので、広い波長範囲で動作する高効率
の光増幅器として使うことが出来る。
また、本発明のレーザ素子を、広い波長範囲で動作する
高効率の光波長変換器として使うことも出来る。即ち、
本発明の平溝体レーザ素子に、レーザ発振するしきい電
流値よりも僅かに少ない電流を注入し、外部の光源から
該素子に、発光層のバンドギャップより大きい光子エネ
ルギーを持つ光を入射する。すると、キャリアが生成さ
れるので、該素子の発光層から入射光とは異なる波長を
持つ光が発光し、端面から出射する。この出射光は、予
めバイアスしである電流が波長ん、の光のしきい電流値
に近ければえ１ （に近い）波長になり、ん２の光のし
きい電流値に近ければん、（に近い）波長になる。本素
子を用いると、従来の素子よりも広い波長範囲で動作す
ると共に短波長光の発振し易い高効率の光波長変換器と
して使うことが出来る。
高効率の光波長変換器として使うことも出来る。即ち、
本発明の平溝体レーザ素子に、レーザ発振するしきい電
流値よりも僅かに少ない電流を注入し、外部の光源から
該素子に、発光層のバンドギャップより大きい光子エネ
ルギーを持つ光を入射する。すると、キャリアが生成さ
れるので、該素子の発光層から入射光とは異なる波長を
持つ光が発光し、端面から出射する。この出射光は、予
めバイアスしである電流が波長ん、の光のしきい電流値
に近ければえ１ （に近い）波長になり、ん２の光のし
きい電流値に近ければん、（に近い）波長になる。本素
子を用いると、従来の素子よりも広い波長範囲で動作す
ると共に短波長光の発振し易い高効率の光波長変換器と
して使うことが出来る。
［発明の効果］
以上で説明した様に、本発明のレーザ素子では、異なる
波長の発光層を単＝−の先導波路内に設けることにより
、波長を変化させてもレーザからの出射位置が変化しな
い。
波長の発光層を単＝−の先導波路内に設けることにより
、波長を変化させてもレーザからの出射位置が変化しな
い。
また、各波長毎に独立な゛耐流注入手段を設ける必要も
ないので、炸裂が容！で、素子サイズも通常の半導体レ
ーザと同程度である。
ないので、炸裂が容！で、素子サイズも通常の半導体レ
ーザと同程度である。
更に、夫々の波長を、別々の（しかし、単一の光導波路
内に設けた）発光層に分担させる為、ずっと広い波長域
で発振可能となる。
内に設けた）発光層に分担させる為、ずっと広い波長域
で発振可能となる。
また、障壁層のバンドギャップと厚さを適当に設定する
ことにより、共振器損失を増して電流を大量に注入しな
くても複数の波長の光が発振出来る様になり、レーザの
効率が従来例より遥かに高（なり、発振しきい電流値も
通常の（波長可変ではない）半導体レーザの１から２倍
程度の低い値である様な波長可変レーザが実現出来た。
ことにより、共振器損失を増して電流を大量に注入しな
くても複数の波長の光が発振出来る様になり、レーザの
効率が従来例より遥かに高（なり、発振しきい電流値も
通常の（波長可変ではない）半導体レーザの１から２倍
程度の低い値である様な波長可変レーザが実現出来た。
特に、従来の、波長差の大きい波長可変レーザでは困難
だった室温連続発振も容易に達成出来た。
だった室温連続発振も容易に達成出来た。
更に、本発明のレーザ素子を光増幅器や光波長変換器と
して用いる場合、従来の素子よりも広い波長範囲で動作
する高効率の光増幅器や光波長変換器となる。
して用いる場合、従来の素子よりも広い波長範囲で動作
する高効率の光増幅器や光波長変換器となる。
第１図は本発明の半導体レーザ素子の第１実施例の先導
波路部分のバンド構造と利得スペクトルを示す図、第２
図は第１実施例であるリッジ導波路型’ｔａｊＪｉｉ体
レーザ素子の断面図、第３図は第１実施例の変形例の先
導波路部分のバンド構造と利得スペクトルを示す図、第
４図は第２実施例の光導波路構造のバンド図、第５図は
第３実施例の光導波路構造のバンド図、第６図は単一量
子井戸層を活性層とする半導体レーザ素子の先導波路部
分のバンド構造と利得スペクトルを示す図である。 Ｌ−−−ｎ”−Ｇａｌ〜Ｓ基板、２−ｎ” −ＧａＡｓ
バッファ層、３ ＝−ｎ Ａ Ｌ ｗｅＧ ａ １−
ｘｃＡ Ｓクラッド層、４・・・先導波路構造部、５．
３５−・・ｐ −ＡｌｘｅＧ ａ ｌ−＋＋ｃＡ Ｓク
ラッド層、６−・・ｐ” −ＧａＡｓキャップ層、７−
Ａ ｕ ／ Ｃｒ電極、８−Ａ ｕ −Ｇｅ ／ Ａ
ｕ電極、９−８Ｌ、Ｎ、膜、１０ａ、２０ａ −＝
ｐ Ａ １ ｘ＋、Ｇ ａ １−ｘｓＡ ｓ Ｓ Ｃ
層、ｌｏｂ、２１ ｂ、 ３ ｌ ｂ−ｎ Ａ
Ｌａｇ′ Ｇａ＋−＊ｓ′ Ａｓ５Ｃ層、 ｌｌａ
、２１ ａ、３１ ａ＝’Ａ １ ＋ｔａＧ ａ Ｉ−
ｘａΔＳ発光層、 １ ｌ ｂ、 ２ ｌ ｂ、 ３
］、 ｂ−Ａ １ｘｂＧ’ａ＋−ｘｈＡＳ発光層、１
．２，２２．３２−ｐ”−ＡｔｘｓＧ ａ ＋−ｘＢＡ
ｓ障壁層
波路部分のバンド構造と利得スペクトルを示す図、第２
図は第１実施例であるリッジ導波路型’ｔａｊＪｉｉ体
レーザ素子の断面図、第３図は第１実施例の変形例の先
導波路部分のバンド構造と利得スペクトルを示す図、第
４図は第２実施例の光導波路構造のバンド図、第５図は
第３実施例の光導波路構造のバンド図、第６図は単一量
子井戸層を活性層とする半導体レーザ素子の先導波路部
分のバンド構造と利得スペクトルを示す図である。 Ｌ−−−ｎ”−Ｇａｌ〜Ｓ基板、２−ｎ” −ＧａＡｓ
バッファ層、３ ＝−ｎ Ａ Ｌ ｗｅＧ ａ １−
ｘｃＡ Ｓクラッド層、４・・・先導波路構造部、５．
３５−・・ｐ −ＡｌｘｅＧ ａ ｌ−＋＋ｃＡ Ｓク
ラッド層、６−・・ｐ” −ＧａＡｓキャップ層、７−
Ａ ｕ ／ Ｃｒ電極、８−Ａ ｕ −Ｇｅ ／ Ａ
ｕ電極、９−８Ｌ、Ｎ、膜、１０ａ、２０ａ −＝
ｐ Ａ １ ｘ＋、Ｇ ａ １−ｘｓＡ ｓ Ｓ Ｃ
層、ｌｏｂ、２１ ｂ、 ３ ｌ ｂ−ｎ Ａ
Ｌａｇ′ Ｇａ＋−＊ｓ′ Ａｓ５Ｃ層、 ｌｌａ
、２１ ａ、３１ ａ＝’Ａ １ ＋ｔａＧ ａ Ｉ−
ｘａΔＳ発光層、 １ ｌ ｂ、 ２ ｌ ｂ、 ３
］、 ｂ−Ａ １ｘｂＧ’ａ＋−ｘｈＡＳ発光層、１
．２，２２．３２−ｐ”−ＡｔｘｓＧ ａ ＋−ｘＢＡ
ｓ障壁層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、互いに基底準位のバンドギャップが異なる複数の発
光層と該発光層の間に設けられたこれらの発光層よりも
大きいバンドギャップをもつ障壁層とこれら発光層や障
壁層を上下から挾む光、電子の閉じ込め層を含む光導波
路構造及び該構造を挾んで積層されたクラッド層から成
る半導体素子において、前記光導波路構造が、前記発光
層にキャリアを注入した時に、障壁層がない場合または
光、電子の閉じ込め層が上下対称な場合に比べて、基底
準位のバンドギャップの大きいほうの発光層のキャリア
濃度をより高くし、基底準位のバンドギャップの小さい
ほうの発光層のキャリア濃度をより低くする様に設定さ
れており、前記光、電子の閉じ込め層のバンドギャップ
が上下で異なつており、前記発光層のバンドギャップの
小さいほうの発光層のキャリア濃度をより低くする様に
バンドギャップの小さい方の発光層はバンドギャップの
大きい側の光、電子の閉じ込め層に近く配置されている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 ２、前記発光層のうち、バンドギャップの小さい方の発
光層の厚さは、キャリアが非弾性散乱を受けてそのエネ
ルギが障壁層でのポテンシャルエネルギ以下にまで下が
るのに要する長さ以下である請求項１記載の半導体レー
ザ素子。 ３、前記光、電子の閉じ込め層の一方のバンドギャップ
は、障壁層のバンドギャップ以上でクラッド層のバンド
ギャップ以下に設定され、他方のバンドギャップは、バ
ンドギャップの大きい方の発光層のバンドギャップ以上
でクラッド層のバンドギャップ以下に設定されている請
求項１記載の半導体レーザ素子。 ４、前記光、電子の閉じ込め層のバンドギャップは徐々
に変化している請求項３記載の半導体レーザ素子。 ５、前記光、電子の閉じ込め層のうちバンドギャップが
小さい方の発光層に近いものはクラッド層を兼ねている
請求項１記載の半導体レーザ素子。 ６、前記障壁層のバンドギャップは徐々に変化している
請求項１記載の半導体レーザ素子。 ７、前記障壁層、発光層、光、電子の閉じ込め層のうち
少なくとも１つが少なくとも部分的に不純物のドーピン
グによってＰ型又はｎ型を有している請求項１記載の半
導体レーザ素子。 ８、前記不純物のドーピングによってＰ型とされ、電子
が前記発光層に不均一注入される請求項７記載の半導体
レーザ素子。 ９、前記不純物のドーピングによってｎ型とされ、ホー
ルが前記発光層に不均一注入される請求項７記載の半導
体レーザ素子。 １０、当該素子の共振方向に異なる電流密度で電流注入
することが可能な様に複数の電極が設けられている請求
項１記載の半導体レーザ素子。 １１、請求項１記載の半導体レーザ素子に順方向に電流
注入を行ない、その電流量を制御することにより前記発
光層におけるいずれかのバンドギャップに対応する波長
の光をレーザ発振させることを特徴とする請求項１記載
の半導体レーザ素子の駆動方法。 １２、請求項１記載の半導体レーザ素子に、レーザ発振
するしきい電流値よりも僅かに少ない電流を注入し、外
部の光源から該素子の一方の端面を通してレーザ発振す
る光の波長の付近の波長を持つ光を入射し、該入射光と
同一の波長を持つ光をもう一方の端面から取り出すこと
を特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。 １３、請求項１記載の半導体レーザ素子に、レーザ発振
するしきい電流値よりも僅かに少ない電流を注入し、外
部の光源から該素子の一方の端面を通してレーザ発振す
る光の波長の付近の波長を持つ光を入射し、該素子の端
面から入射光とは異なる波長を持つ光を出射させること
を特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP30440790A JP2957264B2 (ja) | 1990-11-11 | 1990-11-11 | 半導体レーザ素子及びその駆動方法 |
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|---|---|
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| EP0491152B1 (en) | 1996-02-21 |
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