JPH0563301A - 半導体光素子および光通信システム - Google Patents

半導体光素子および光通信システム

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JPH0563301A
JPH0563301A JP22564591A JP22564591A JPH0563301A JP H0563301 A JPH0563301 A JP H0563301A JP 22564591 A JP22564591 A JP 22564591A JP 22564591 A JP22564591 A JP 22564591A JP H0563301 A JPH0563301 A JP H0563301A
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JP
Japan
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region
wavelength
semiconductor optical
optical device
electrode
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JP22564591A
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English (en)
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So Otoshi
創 大歳
Kazuhisa Uomi
和久 魚見
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】二対の分布ブラッグ反射器のうちの一方が、p
in構造になっており、そのi領域17の屈折率を制御
するために、三端子13、14、15の構成になってい
る。つまり、発光領域である量子井戸9へキャリアを注
入するための電極13と14と独立に、i領域17の電
界あるいはキャリア密度を制御するための電極14と1
5を設ける。 【効果】一波長キャビティ型マイクロ共振器レーザにお
いて、量子井戸の発光波長と分布ブラッグ反射器の共振
波長を容易に一致させることができる。また、変調にお
いてキャリアの出入りを伴わないので、超高速変調が可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速光変調あるいは
低電流動作が必要とされる光ファイバ通信あるいは光に
よるコンピュータ内配線等に用いられる半導体レーザ等
の半導体光素子および光通信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】自然放出光を制御する機能発光素子につ
いて、特公平2−6238号公報で、また、面発光型で
一波長キャビティが分布ブラッグ反射器で挾まれた量子
井戸型発光素子(一波長キャビティ型マイクロ共振器レ
ーザ)は、電子情報通信学会誌、第72巻第9号、第1
014〜1020頁で知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の一波長キャビテ
ィ型マイクロ共振器レーザでは、活性層(量子井戸)の
長さで決まる波長と、分布ブラッグ反射器の共振波長を
一致させることが困難であった。また、同レーザを、直
接、変調させると、従来の直接変調と同様にキャリアの
出入りを伴うため、緩和振動周波数で変調帯域が大きな
制限を受けていた。
【0004】本発明の目的は、分布ブラッグ反射器の少
なくとも一部の屈折率を制御することにより、波長を調
整でき、かつ、高速変調が可能な発光素子を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、分布ブラッグ反射器の少なくとも一部
の屈折率が、電界、注入キャリア、あるいは光によって
制御できる発光素子を提供する。特に、分布ブラッグ反
射器の一部をpin構造とし、また、i領域を多重量子
井戸構造にすることで、この目的をより効果的に達成す
ることができる。
【0006】
【作用】図3は、従来の一波長キャビティ型マイクロ共
振器発光素子の断面図である。本構造では、発光波長λ
Eが、量子井戸層24の厚さで与えられ、一方、分布ブ
ラッグ反射器の共振波長λBは、その反射器を構成する
低屈折率層21と高屈折率層22の厚さで決まってい
た。従って、理想的に設計通り、膜厚が制御されない限
り、二つの波長λEとλBを一致させることは困難であっ
た。また、本素子を直接変調させると、量子井戸層24
内のキャリア密度が大きく変動するため変調帯域が大幅
に制限されていた。
【0007】本発明は、図1に示してある通り、二対の
分布ブラッグ反射器のうち一方が、pin構造になって
おり、そのi領域17の屈折率を制御するために、三端
子(13,14,15)構成になっている。
【0008】つまり、発光領域である量子井戸層9へキ
ャリアを注入するための電極13と14と独立に、i領
域17の電界、あるいは、キャリア密度を制御するため
の電極14と15が付設されている。従って、量子井戸
層9内のキャリア密度をほぼ一定に保ったまま、i領域
の屈折率を電極14と電極15の電圧、あるいは、外部
から注入した光によって制御することができるので、λ
EとλBを一致させることができ、さらに超高速に変調す
ることもできる。
【0009】
【実施例】〔実施例1〕本発明の第一の実施例を図1を
用いて説明する。まず、本発明の作製方法について述べ
る。
【0010】GaAs基板1上に、分子線エピタキシ
(MBE)法により、p−AlAs層(82nm)2と
p−GaAs(70nm)3を交互に五周期積層する。
ここで、各層の厚さは、四分の一波長になっている。続
けて、i−AlAs層(82nm)4とi−GaAs
(70nm)5を交互に十周期、その上に、n−AlA
s層(82nm)6とn−GaAs(70nm)7を交
互に五周期成長する。そして、i−Ga0.8Al0.2As
光キャビティ層(0.14μm)8、i−In0.2Ga
0.8As歪み量子井戸層(8nm)9、i−Ga0.8Al
0.2As光キャビティ層(0.14μm)10を形成し
た後、p−AlAs層(82nm)11とp−GaAs
層(70nm)12を交互に十二周期成長し、分布ブラ
ッグ反射率19を設ける。ここで、一波長キャビティ構
成になるように、光キャビティ層8と10および量子井
戸層9の三層の厚みの和は、一波長分にする。
【0011】次に、電極13をリフトオフ法で6μm×
6μmの正方形になるように設ける。そして、その電極
13をマスクにして、nドープの分布ブラッグ反射器1
8の表面が露出するまでエッチングし、図のようなメサ
形状を作製する。その後、通常のホトレジ工程により電
極14を設け、最後に、電極15を形成する。
【0012】この実施例の素子で、電極14を接地(0
V)し、電極13を−3.0V、電極15を−3.2V
に設定することで、発振波長0.98μmの光を基板1
側から取り出すことができる。また、電極15を−3.
4Vにし、キャリアをアンドープの分布ブラッグ反射器
17に注入すると、発振が停止する。そして、電極15
を0Vと−3.2Vの間で変化させることにより、3d
Bダウンの変調帯域として20GHzを得ることができ
る。
【0013】〔実施例2〕第二の実施例について、図1
と図2を用いて説明する。本実施例の作製方法は、アン
ドープの分布ブラッグ反射器17の部分を除いて、第一
の実施例と同じである。本実施例では、図2に示すよう
にアンドープ分布ブラッグ反射器の高屈折率部が、i−
GaAs井戸層(14nm)20aとi−Ga0.5Al
0.5Asバリア層(5nm)20bが交互に形成された
多重量子井戸(MQW)型層(71nm)20になって
いる。このため、励起子が井戸層20aに閉じ込めら
れ、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)を利用す
ることができる。
【0014】上記実施例の素子において、電極14を接
地(0V)し、電極13を−3.0Vにする。また、電
極15を+1Vと−3.2Vの間で変化させることによ
り、3dBダウンの変調帯域として25GHzを得るこ
とができる。
【0015】〔実施例3〕構造および作製方法は、第二
の実施例と同じである。本実施例で、電極14を接地
(0V)し、電極13を−3.0Vにする。また、電極
15を−1.0Vにしておき、基板側から波長0.83
μm、パワー1W/cm2の光を入射する。この光によ
って発生したキャリアによって、アンドープ分布反射器
20内の電界がスクリーニングされ、屈折率が変化す
る。このことにより、外部光のオン/オフにより、本発
明の素子のスイッチングが可能である。
【0016】〔実施例4〕構造および作製方法は、第二
の実施例と同じである。本実施例において、電極14を
接地(0V)し、電極13を−3.0Vにする。また、
電極15を−1.0Vにしておき、基板に平行な方向
(横方向)から、アンドープ分布反射器17に照射され
るように、波長0.92μm、パワー1×107W/c
2の光を入射する。この波長は、吸収端波長よりも長
波長であるため、キャリアが仮想励起され、それによっ
てアンドープ分布反射器20内の電界がスクリーニング
され、屈折率が変化する。このことにより、外部光のオ
ン/オフで、本発明の素子の超高速なスイッチングがで
きる。
【0017】〔実施例5〕図4は、第一の実施例の半導
体光素子32を光通信に応用した実施例を示す系統図で
ある。半導体光素子32には、キャリア注入用電極38
とスイッチング用信号源31が接続されている。半導体
光素子32で変調されたレーザ光33は、光ファイバ3
4を通り、その出射光35は光検出器36によって電気
信号に変換され、復元器37で判別された。本実施例で
は、伝送速度を15Gbit/s、ファイバ長50km
で行った。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、一波長キャビティ型マ
イクロ共振器レーザにおいて、量子井戸の発光波長と分
布ブラッグ反射器の共振波長を容易に一致させることが
できる。さらに、本発明では、分布ブラッグ反射器の共
振波長を第三の電極によって制御するので、超高速な半
導体レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例である半導体光素子の断
面図
【図2】本発明の第二の実施例である半導体素子のアン
ドープ分布ブラッグ反射器の高屈折率部の断面図
【図3】従来の一波長キャビティ型マイクロ共振器レー
ザの断面図
【図4】第一の実施例の半導体光素子を用いた光ファイ
バ通信の実施例を示す系統図
【符号の説明】
9、24…量子井戸層、16…pドープ分布ブラッグ反
射器、17…アンドープ分布ブラッグ反射器、18…n
ドープ分布ブラッグ反射器、19…pドープ分布ブラッ
グ反射器、13、14、15…電極。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に、光を発生する活性層と、
    前記活性層を上下から挾むように設けた一対の分布反射
    器とを含む垂直共振器型の半導体光素子において、前記
    一対の分布反射器の一方の屈折率を電界あるいはキャリ
    ア注入、あるいは光注入で変化させることで前記活性層
    から放出される光を制御してなることを特徴とする半導
    体光素子。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記一対の分布反射器
    によって挾まれた前記活性層を含む領域の厚さが一波長
    分に相当し、前記活性層の位置に共振器内に形成される
    定在波の腹がくる、いわゆる、一波長共振器の構成にな
    っている半導体光素子。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、一対の前記分
    布反射器のうち少なくとも一方がpin構造になってお
    り、前記p領域と前記n領域の一部に電極が付設され、
    その電極から印加される電界、あるいは電極から注入さ
    れるキャリアによって前記i領域の屈折率が変化する半
    導体光素子。
  4. 【請求項4】請求項3において、少なくとも前記i領域
    が多重量子井戸構造になっている半導体光素子。
  5. 【請求項5】請求項1、2、3または4に記載の半導体
    光素子を光源として用いた光通信システム。
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