JPH07112087B2 - 双安定半導体レーザ - Google Patents
双安定半導体レーザInfo
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- JPH07112087B2 JPH07112087B2 JP2036333A JP3633390A JPH07112087B2 JP H07112087 B2 JPH07112087 B2 JP H07112087B2 JP 2036333 A JP2036333 A JP 2036333A JP 3633390 A JP3633390 A JP 3633390A JP H07112087 B2 JPH07112087 B2 JP H07112087B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/026—Optical bistable devices based on laser effects
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、光通信・光情報システムの構成要素となる
ことを期待される光交換機・光中継器などに利用可能な
光論理・光スイッチング動作を行う垂直共振器型双安定
半導体レーザに関するものである。
ことを期待される光交換機・光中継器などに利用可能な
光論理・光スイッチング動作を行う垂直共振器型双安定
半導体レーザに関するものである。
（従来の技術） 電流対光出力特性および光入出力特性にヒステリシス現
象を持つ双安定半導体レーザは、光通信・光情報システ
ムを構成する機能デバイス（例えば高速光スイッチ、光
論理演算、光メモリなど）として期待されている。
象を持つ双安定半導体レーザは、光通信・光情報システ
ムを構成する機能デバイス（例えば高速光スイッチ、光
論理演算、光メモリなど）として期待されている。
従来の双安定半導体レーザの結晶成長面に垂直方向の断
面図を第５図に示す。第５図に示す構造は、半導体の成
長層に平行な方向に光を出射する半導体レーザのｐ側電
極、ｎ側電極のうち、エピタキシャル成長面側に位置す
る電極を二つ以上の複数に分割した構造となっており、
相互に高抵抗の分離領域14を挟んで電気的に分離されて
いる。第５図では、一例として２電極の場合を示した。
第５図において、一方の領域12は光を発生して増幅する
利得領域であり、他方の領域13は利得領域12にて発生
し、レーザの共振器を導波してきた光を吸収する可飽和
吸収領域である。注入電流または外部からの入力光が小
さいときは、共振器内の光が可飽和吸収領域13で吸収さ
れるので、共振器損失が大きく、発振に至らない。注入
電流または入力光を大きくすると、可飽和吸収領域13の
光の吸収係数が共振器内の光強度に依存し、光により伝
導帯へ励起された電子が、エネルギーバンドの底にたま
るので、吸収係数が減少する。従って共振器損失が減少
するので、ある励起強度を境にして発振に至る。この様
子を第６図に示す。
面図を第５図に示す。第５図に示す構造は、半導体の成
長層に平行な方向に光を出射する半導体レーザのｐ側電
極、ｎ側電極のうち、エピタキシャル成長面側に位置す
る電極を二つ以上の複数に分割した構造となっており、
相互に高抵抗の分離領域14を挟んで電気的に分離されて
いる。第５図では、一例として２電極の場合を示した。
第５図において、一方の領域12は光を発生して増幅する
利得領域であり、他方の領域13は利得領域12にて発生
し、レーザの共振器を導波してきた光を吸収する可飽和
吸収領域である。注入電流または外部からの入力光が小
さいときは、共振器内の光が可飽和吸収領域13で吸収さ
れるので、共振器損失が大きく、発振に至らない。注入
電流または入力光を大きくすると、可飽和吸収領域13の
光の吸収係数が共振器内の光強度に依存し、光により伝
導帯へ励起された電子が、エネルギーバンドの底にたま
るので、吸収係数が減少する。従って共振器損失が減少
するので、ある励起強度を境にして発振に至る。この様
子を第６図に示す。
利得領域12および可飽和吸収領域13としてバルク構造を
用い、光を結晶成長層に平行な方向に出射する通常の端
面発光型の半導体レーザを用いた双安定半導体レーザの
試みは“カワグチ”（H.Kawaguchi）と“イワネ”（G.I
wane）により提案されている（雑誌エレクトロニクス・
レターズ1981年17巻167〜168頁）。利得領域12および可
飽和吸収領域13を多重量子井戸（multiple quantum wel
l）構造とし、光を前述と同様に出射する端面発光型の
双安定半導体レーザの試みは、AlGaAs/GaAs系について
“タルチャ”（S.Tarucha）と“オカモト”（H.Okamot
o）により提案されている（雑誌アプライド・フィジッ
クス・レターズ1986年49巻543〜545頁）。
用い、光を結晶成長層に平行な方向に出射する通常の端
面発光型の半導体レーザを用いた双安定半導体レーザの
試みは“カワグチ”（H.Kawaguchi）と“イワネ”（G.I
wane）により提案されている（雑誌エレクトロニクス・
レターズ1981年17巻167〜168頁）。利得領域12および可
飽和吸収領域13を多重量子井戸（multiple quantum wel
l）構造とし、光を前述と同様に出射する端面発光型の
双安定半導体レーザの試みは、AlGaAs/GaAs系について
“タルチャ”（S.Tarucha）と“オカモト”（H.Okamot
o）により提案されている（雑誌アプライド・フィジッ
クス・レターズ1986年49巻543〜545頁）。
第７図に示すように、バルク構造を用い、また光を結晶
成長面に対して垂直方向に出射することにより、２次元
並列処理やモノリシックな形成に適する特長を有する面
発光型双安定半導体レーザについては、“ニッタ”（J.
Nitta）と“イガ”（K.Iga）により提案されている（電
子情報通信学会論文誌C1987年J70-C巻517〜524頁）。
成長面に対して垂直方向に出射することにより、２次元
並列処理やモノリシックな形成に適する特長を有する面
発光型双安定半導体レーザについては、“ニッタ”（J.
Nitta）と“イガ”（K.Iga）により提案されている（電
子情報通信学会論文誌C1987年J70-C巻517〜524頁）。
（発明が解決しようとする課題） 前記“カワグチ”等や“ニッタ”等の提案のように、バ
ルグ構造を用いた双安定半導体レーザは、可飽和吸収領
域の吸収の飽和が起こるまでの光強度が大きいので、動
作時の消費パワーが大きくなる。またフランツ−ケルデ
ィッシュ効果として知られているバルグ構造の吸収係数
の印加電界による変化量は小さく、外部からの電界印加
によるヒステリシス特性の制御性に乏しい。“カワグ
チ”等や“タルチャ”等の提案のように、通常の端面発
光型の双安定半導体レーザでは、光の導波する導波路領
域が幅５μｍ、厚さ0.1μｍ程度のため、外部からの入
力光を効率よく導波路領域に結合させることが困難であ
り、次世代の主力を担うであろうと考えられる２次元並
列処理にも適さない。
ルグ構造を用いた双安定半導体レーザは、可飽和吸収領
域の吸収の飽和が起こるまでの光強度が大きいので、動
作時の消費パワーが大きくなる。またフランツ−ケルデ
ィッシュ効果として知られているバルグ構造の吸収係数
の印加電界による変化量は小さく、外部からの電界印加
によるヒステリシス特性の制御性に乏しい。“カワグ
チ”等や“タルチャ”等の提案のように、通常の端面発
光型の双安定半導体レーザでは、光の導波する導波路領
域が幅５μｍ、厚さ0.1μｍ程度のため、外部からの入
力光を効率よく導波路領域に結合させることが困難であ
り、次世代の主力を担うであろうと考えられる２次元並
列処理にも適さない。
そこで、本発明の課題は、前記諸欠点を除去し、ヒステ
リシス特性の制御性に優れ、２次元並列処理への適正性
も大きい双安定半導体レーザを提供することにある。
リシス特性の制御性に優れ、２次元並列処理への適正性
も大きい双安定半導体レーザを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するため、本発明の双安定半導体レー
ザは、光を発生し増幅する利得領域と、光を吸収して自
ら吸収係数の飽和により双安定動作を発生させる可飽和
吸収領域を有し、該利得領域と該可飽和吸収領域を半導
体結晶の成長方向に積層して形成し、光を半導体結晶面
に対して垂直方向に出射させる垂直共振器型双安定半導
体レーザにおいて、前記利得領域および可飽和吸収領域
はそれぞれ超格子構造でなり、かつ該利得領域の励起子
吸収ピーク波長が該可飽和吸収領域の励起子吸収ピーク
波長に較べ等しいか又は長く、該利得領域および該可飽
和吸収領域は一対の反射鏡の間に配置され、該可飽和吸
収領域に電界を印加し、該印加電界により可飽和吸収領
域の吸収係数を変化させ（量子閉じ込めシュタルク効
果）、双安定半導体レーザの電流対光出力特性および光
入出力特性を制御する手段を有することを特徴とする。
ザは、光を発生し増幅する利得領域と、光を吸収して自
ら吸収係数の飽和により双安定動作を発生させる可飽和
吸収領域を有し、該利得領域と該可飽和吸収領域を半導
体結晶の成長方向に積層して形成し、光を半導体結晶面
に対して垂直方向に出射させる垂直共振器型双安定半導
体レーザにおいて、前記利得領域および可飽和吸収領域
はそれぞれ超格子構造でなり、かつ該利得領域の励起子
吸収ピーク波長が該可飽和吸収領域の励起子吸収ピーク
波長に較べ等しいか又は長く、該利得領域および該可飽
和吸収領域は一対の反射鏡の間に配置され、該可飽和吸
収領域に電界を印加し、該印加電界により可飽和吸収領
域の吸収係数を変化させ（量子閉じ込めシュタルク効
果）、双安定半導体レーザの電流対光出力特性および光
入出力特性を制御する手段を有することを特徴とする。
（作用） 本発明の双安定半導体レーザは垂直共振器であるため、
基板表面に２次元的な配列が可能であり、２次元並列処
理に用いることができる。利得領域を超格子構造で形成
しているため、量子効果により利得領域の微分利得が大
きくできる。また可飽和吸収領域を超格子構造で形成し
たため、２次元励起子による可飽和吸収を双安定動作の
ために用いることができる。２次元励起子による可飽和
吸収の飽和光強度はバルクよりも小さいので、小さい光
強度でも双安定動作が起こる。このことは、利得領域を
超格子構造で形成したことと相まって、動作パワーの低
減に効果がある。双安定動作については、可飽和吸収領
域に電界を印加し、印加電界により可飽和吸収領域を構
成する超格子構造の２次元励起子の吸収係数を変化させ
る、所謂量子閉じ込めシュタルク効果により、双安定半
導体レーザの電流対光出力特性および光入出力特性を制
御することができる。
基板表面に２次元的な配列が可能であり、２次元並列処
理に用いることができる。利得領域を超格子構造で形成
しているため、量子効果により利得領域の微分利得が大
きくできる。また可飽和吸収領域を超格子構造で形成し
たため、２次元励起子による可飽和吸収を双安定動作の
ために用いることができる。２次元励起子による可飽和
吸収の飽和光強度はバルクよりも小さいので、小さい光
強度でも双安定動作が起こる。このことは、利得領域を
超格子構造で形成したことと相まって、動作パワーの低
減に効果がある。双安定動作については、可飽和吸収領
域に電界を印加し、印加電界により可飽和吸収領域を構
成する超格子構造の２次元励起子の吸収係数を変化させ
る、所謂量子閉じ込めシュタルク効果により、双安定半
導体レーザの電流対光出力特性および光入出力特性を制
御することができる。
垂直共振器型の場合、導波路型に比べ共振器全体の利得
が小さいため、共振器の損失が閾値および双安定動作に
大きな影響を及ぼす。したがって、共振器の損失を低減
することが、導波路型に比べ、非常に重要な問題とな
る。そこで本発明の双安定半導体レーザにおいては、利
得領域の励起子吸収ピーク波長が可飽和吸収領域の励起
子吸収ピーク波長に較べ等しいか又は長くすることによ
り、発振時の共振器損失を小さく抑えている。また、利
得領域と可飽和吸収領域との間には反射鏡の様な損失媒
質が無いので共振器の損失を小さく抑えることができ
る。
が小さいため、共振器の損失が閾値および双安定動作に
大きな影響を及ぼす。したがって、共振器の損失を低減
することが、導波路型に比べ、非常に重要な問題とな
る。そこで本発明の双安定半導体レーザにおいては、利
得領域の励起子吸収ピーク波長が可飽和吸収領域の励起
子吸収ピーク波長に較べ等しいか又は長くすることによ
り、発振時の共振器損失を小さく抑えている。また、利
得領域と可飽和吸収領域との間には反射鏡の様な損失媒
質が無いので共振器の損失を小さく抑えることができ
る。
（実施例） 以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の一実施例の結晶成長面に対して垂直方
向の断面図である。
向の断面図である。
この実施例は、GaAs基板１の上に順にAlyGa1-yAs／AlzG
a1-zAs（０＜ｙ＜ｚ）の多層膜から構成される分布反射
（distributed Bragg reflector,DBR）形反射鏡２、Alx
Ga1-xAs/GaAs超格子構造の可飽和吸収領域３、ｎ−AluG
a1-uAs（ｕ≧ｗ）クラッド層４、AlwGa1-wAs/GaAs超格
子構造の利得領域５（ｗとｘの関係は、利得領域５の励
起子吸収ピーク波長が、可飽和吸収領域３の励起子吸収
ピーク波長に等しいか、またはそれよりも長くなるよう
に設定）、ｐ−AluGa1-uAsクラッド層６、p+−AlrGa1-r
Asキャップ層７（ｒは、キャップ層のバンドギャプの波
長が発振波長よりも短くなるように設定）を成長する。
DBR形反射鏡２の各層厚は発振波長の４分の１をさらに
各層の屈折率で割った値となり、超格子構造の可飽和吸
収領域３の各層厚は100Å以下の値とする。また超格子
構造の利得領域５の各層厚も、可飽和吸収領域３と同様
100Å以下に設定する。電極を形成するため、まずDBR形
反射鏡２の深さまでメサをエッチングにより形成した
後、可飽和吸収領域３の深さまでエッチングにより形成
する。キャップ層７、可飽和吸収領域３の上の電極8,9
は、電流注入用であり、DBR形反射鏡２の上の電極10
は、可飽和吸収領域３への電界印加用である。ｐ形成長
面側の反射極11は、TiO2／SiO2などの誘電体多層膜また
はAuなどの金属蒸着膜などである。
a1-zAs（０＜ｙ＜ｚ）の多層膜から構成される分布反射
（distributed Bragg reflector,DBR）形反射鏡２、Alx
Ga1-xAs/GaAs超格子構造の可飽和吸収領域３、ｎ−AluG
a1-uAs（ｕ≧ｗ）クラッド層４、AlwGa1-wAs/GaAs超格
子構造の利得領域５（ｗとｘの関係は、利得領域５の励
起子吸収ピーク波長が、可飽和吸収領域３の励起子吸収
ピーク波長に等しいか、またはそれよりも長くなるよう
に設定）、ｐ−AluGa1-uAsクラッド層６、p+−AlrGa1-r
Asキャップ層７（ｒは、キャップ層のバンドギャプの波
長が発振波長よりも短くなるように設定）を成長する。
DBR形反射鏡２の各層厚は発振波長の４分の１をさらに
各層の屈折率で割った値となり、超格子構造の可飽和吸
収領域３の各層厚は100Å以下の値とする。また超格子
構造の利得領域５の各層厚も、可飽和吸収領域３と同様
100Å以下に設定する。電極を形成するため、まずDBR形
反射鏡２の深さまでメサをエッチングにより形成した
後、可飽和吸収領域３の深さまでエッチングにより形成
する。キャップ層７、可飽和吸収領域３の上の電極8,9
は、電流注入用であり、DBR形反射鏡２の上の電極10
は、可飽和吸収領域３への電界印加用である。ｐ形成長
面側の反射極11は、TiO2／SiO2などの誘電体多層膜また
はAuなどの金属蒸着膜などである。
次にこの実施例の双安定半導体レーザの動作について説
明する。超格子構造の吸収係数の波長依存性を第３図に
示す。この実施例の双安定半導体レーザの発振波長は、
第３図中の矢印に示されているように、バンドギャップ
縮小効果により、可飽和吸収領域３の励起子吸収ピーク
よりも長波長となるので、可飽和吸収領域３への印加が
OVのときは吸収が小さい。ところが、可飽和吸収領域３
への逆バイアス印加電界を大きくしていくと、量子閉じ
込めシュタルク効果により、励起子吸収ピークが長波長
側にシフトし、共振損失が増大するので、発振閾値が大
きくなるとともに、双安定特性がより顕著となる。２次
元励起子による吸収飽和の光強度は、バルクに比べて小
さいので、低パワーで動作し、吸収係数が大きいことか
ら素子の小型化が実現可能である。また量子効果によっ
て微分利得係数が大きいので、高速化や閾値低減に有効
となる。ヒステリシスの制御を可飽和吸収領域３への逆
バイアス印加により行う場合は、逆バイアスによってキ
ャリアの吸い出しができるので、スイッチ・オフ時間の
短縮ができる。さらに共振器が結晶成長面に対して垂直
方向に形成される垂直共振器構造のため、第４図に示す
ような２次元配列が容易であり、２次元並列処理に適
し、モノリシックな作製が可能である。第４図におい
て、34は本発明の双安定半導体レーザである。
明する。超格子構造の吸収係数の波長依存性を第３図に
示す。この実施例の双安定半導体レーザの発振波長は、
第３図中の矢印に示されているように、バンドギャップ
縮小効果により、可飽和吸収領域３の励起子吸収ピーク
よりも長波長となるので、可飽和吸収領域３への印加が
OVのときは吸収が小さい。ところが、可飽和吸収領域３
への逆バイアス印加電界を大きくしていくと、量子閉じ
込めシュタルク効果により、励起子吸収ピークが長波長
側にシフトし、共振損失が増大するので、発振閾値が大
きくなるとともに、双安定特性がより顕著となる。２次
元励起子による吸収飽和の光強度は、バルクに比べて小
さいので、低パワーで動作し、吸収係数が大きいことか
ら素子の小型化が実現可能である。また量子効果によっ
て微分利得係数が大きいので、高速化や閾値低減に有効
となる。ヒステリシスの制御を可飽和吸収領域３への逆
バイアス印加により行う場合は、逆バイアスによってキ
ャリアの吸い出しができるので、スイッチ・オフ時間の
短縮ができる。さらに共振器が結晶成長面に対して垂直
方向に形成される垂直共振器構造のため、第４図に示す
ような２次元配列が容易であり、２次元並列処理に適
し、モノリシックな作製が可能である。第４図におい
て、34は本発明の双安定半導体レーザである。
本発明の特性の数値解析結果を第２図に示す。第２図
（ａ）は電流対光出力特性、第２図（ｂ）は光入出力特
性、第２図（ｃ）は可飽和吸収領域３に電界を印加し
て、発振波長における吸収係数を変化させたときの電流
対光出力特性を表わしている。解析では、“ニッタ”
（J.Nitta）と“イガ”（K.Iga）が電子情報通信学会論
文誌C1987年J70-C巻517〜524頁中に記載されている手法
を用いた。第２図（ａ）において、実線は超格子構造を
用いた場合、破線はバルク構造を想定した解析結果を示
し、いずれもヒステリシスを閉めているが、発振閾値電
流は超格子構造の方が低くなっている。解析においては
共振器長７μｍ、第１図に示す利得領域５のうち、バン
ド・ギャップエネルギーの小さいGaAs層の合計の厚みお
よび第７図に示す利得領域25の厚みを１μｍ、第１図に
示す可飽和吸収領域３のうち、バンド・ギャップエネル
ギーの小さいGaAs層の合計の厚みおよび第７図に示す可
飽和吸収領域24の厚みを１μｍ、反射率を0.97、波長を
0.88μｍとした。第２図（ｂ）において実線は超格子構
造を用いた場合、破線はバルク構造を想定した場合の解
析結果を示し、構造パラメータは、第２図（ａ）と同じ
値を用いている。ただし、利得領域における超格子構
造、バルク構造の微分利得係数を、それぞれ４×10-16c
m2、2.57×10-16cm2とし、可飽和吸収領域における超格
子構造、バルク構造の微分利得係数を、利得領域の値の
1.5倍に設定した。また超格子構造の場合のバイアス電
流値は15.4kA/cm2、バルク構造の場合のバイアス電流値
は23kA/cm2とした。光入出力特性においてもヒステリシ
スが得られる。第２図（ｃ）は電流対光出力特性の可飽
和吸収領域３への印加電界依存性の解析結果を示し、可
飽和吸収領域３への印加電界を小さくするほど（逆バイ
アスの場合はその絶対値が大きくなるほど）、すなわち
吸収係数が大きくなるにつれて、立ち上がり閾値、立ち
下がり閾値が、ともに大きくなり、ヒステリシス幅が広
くなる傾向が見られる。ただし、解析では可飽和吸収領
域３の微分利得係数の値６×10-16cm2（Ａ）を基準にし
て２倍（Ｂ）、３分の１（Ｃ）として計算を行ってい
る。
（ａ）は電流対光出力特性、第２図（ｂ）は光入出力特
性、第２図（ｃ）は可飽和吸収領域３に電界を印加し
て、発振波長における吸収係数を変化させたときの電流
対光出力特性を表わしている。解析では、“ニッタ”
（J.Nitta）と“イガ”（K.Iga）が電子情報通信学会論
文誌C1987年J70-C巻517〜524頁中に記載されている手法
を用いた。第２図（ａ）において、実線は超格子構造を
用いた場合、破線はバルク構造を想定した解析結果を示
し、いずれもヒステリシスを閉めているが、発振閾値電
流は超格子構造の方が低くなっている。解析においては
共振器長７μｍ、第１図に示す利得領域５のうち、バン
ド・ギャップエネルギーの小さいGaAs層の合計の厚みお
よび第７図に示す利得領域25の厚みを１μｍ、第１図に
示す可飽和吸収領域３のうち、バンド・ギャップエネル
ギーの小さいGaAs層の合計の厚みおよび第７図に示す可
飽和吸収領域24の厚みを１μｍ、反射率を0.97、波長を
0.88μｍとした。第２図（ｂ）において実線は超格子構
造を用いた場合、破線はバルク構造を想定した場合の解
析結果を示し、構造パラメータは、第２図（ａ）と同じ
値を用いている。ただし、利得領域における超格子構
造、バルク構造の微分利得係数を、それぞれ４×10-16c
m2、2.57×10-16cm2とし、可飽和吸収領域における超格
子構造、バルク構造の微分利得係数を、利得領域の値の
1.5倍に設定した。また超格子構造の場合のバイアス電
流値は15.4kA/cm2、バルク構造の場合のバイアス電流値
は23kA/cm2とした。光入出力特性においてもヒステリシ
スが得られる。第２図（ｃ）は電流対光出力特性の可飽
和吸収領域３への印加電界依存性の解析結果を示し、可
飽和吸収領域３への印加電界を小さくするほど（逆バイ
アスの場合はその絶対値が大きくなるほど）、すなわち
吸収係数が大きくなるにつれて、立ち上がり閾値、立ち
下がり閾値が、ともに大きくなり、ヒステリシス幅が広
くなる傾向が見られる。ただし、解析では可飽和吸収領
域３の微分利得係数の値６×10-16cm2（Ａ）を基準にし
て２倍（Ｂ）、３分の１（Ｃ）として計算を行ってい
る。
以上はAlGaAs/GaAs系について述べたが、InGaAsP/InP
系、InGaAs/GaAs歪超格子系においても、同様の作用・
効果を得ることが可能である。
系、InGaAs/GaAs歪超格子系においても、同様の作用・
効果を得ることが可能である。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明は双安定半導体レーザにお
いて、利得領域５および可飽和吸収領域３に超格子構造
を導入し、共振器を結晶の成長面に対して垂直方向に形
成する垂直共振器構造とすることにより、 （１）２次元励起子の吸収係数の波長依存性が、印加電
界により変化する量子閉じ込めシュタルク効果を利用す
ることによって、ヒステリシス特性の制御性が大きい、 （２）吸収飽和の起こる光強度が小さいので、低パワー
での動作が可能である、 （３）２次元励起子による吸収係数が大きいことを利用
して小型化が可能である、 （４）量子効果により微分利得係数が大きくなるので、
高速化、閾値低減に適する、 （５）ヒステリシスの制御を、可飽和吸収領域３へ逆バ
イアスを印加することにより行う場合は、スイッチ・オ
フ時間を短縮できる、 （６）垂直共振器構造のため２次元並列処理、モノリシ
ックな形成が可能である という効果がある。
いて、利得領域５および可飽和吸収領域３に超格子構造
を導入し、共振器を結晶の成長面に対して垂直方向に形
成する垂直共振器構造とすることにより、 （１）２次元励起子の吸収係数の波長依存性が、印加電
界により変化する量子閉じ込めシュタルク効果を利用す
ることによって、ヒステリシス特性の制御性が大きい、 （２）吸収飽和の起こる光強度が小さいので、低パワー
での動作が可能である、 （３）２次元励起子による吸収係数が大きいことを利用
して小型化が可能である、 （４）量子効果により微分利得係数が大きくなるので、
高速化、閾値低減に適する、 （５）ヒステリシスの制御を、可飽和吸収領域３へ逆バ
イアスを印加することにより行う場合は、スイッチ・オ
フ時間を短縮できる、 （６）垂直共振器構造のため２次元並列処理、モノリシ
ックな形成が可能である という効果がある。
第１図は本発明の一実施例の結晶成長面に対して垂直方
向の断面図、 第２図（ａ）は本発明の一実施例の電流対光出力特性の
解析結果を示す図、 第２図（ｂ）は本発明の一実施例の光入出力特性の解析
結果を示す図、 第２図（ｃ）は本発明に係わる電流対光出力特性の印加
電界依存性を示す図、 第３図は超格子構造の吸収係数の波長依存性を示す図、 第４図は本発明の２次元配列構成の斜視図、 第５図は従来の双安定半導体レーザの結晶成長面に対し
て垂直方向の断面図、 第６図（ａ）は電流対光出力特性図、 第６図（ｂ）は光入出力特性図 第７図は“ニッタ”と“イガ”の提案による面発光形双
安定半導体レーザの断面図である。 １…GaAs基板 ２…AlyGa1-yAs／AlzGa1-zAsDBR形反射鏡 ３…AlxGa1-xAs/GaAs超格子構造の可飽和吸収領域 ４…ｎ−AluGa1-uAsクラッド層 ５…AlwGa1-wAs/GaAs超格子構造の利得領域 ６…ｐ−AluGa1-uAsクラッド層 ７…p+−AlrGa1-rAsキャップ層 ８…利得領域のｐ側電極 ９…利得領域のｎ側電極 10…可飽和吸収領域への電界印加用電極 11…ｐ側反射鏡、12…利得領域 13…可飽和吸収領域、14…分離領域 15…ｎ形基板、16…ｎ形クラッド層 17…ナローギャップの半導体 18…ｐ形クラッド層、19…ｎ側電極 20…利得領域のｐ側電極 21…可飽和吸収領域のｐ側電極 22…ｎ形基板、23…ｎ形クラッド層 24…可飽和吸収領域（ｎ形） 25…利得領域（ｐ形）、26…ｐ形クラッド層 27…キャップ層、28…ｎ側電極 29…ｐ側電極、30…ｎ側反射鏡 31…ｐ側反射鏡、32…光共振 33…光出力
向の断面図、 第２図（ａ）は本発明の一実施例の電流対光出力特性の
解析結果を示す図、 第２図（ｂ）は本発明の一実施例の光入出力特性の解析
結果を示す図、 第２図（ｃ）は本発明に係わる電流対光出力特性の印加
電界依存性を示す図、 第３図は超格子構造の吸収係数の波長依存性を示す図、 第４図は本発明の２次元配列構成の斜視図、 第５図は従来の双安定半導体レーザの結晶成長面に対し
て垂直方向の断面図、 第６図（ａ）は電流対光出力特性図、 第６図（ｂ）は光入出力特性図 第７図は“ニッタ”と“イガ”の提案による面発光形双
安定半導体レーザの断面図である。 １…GaAs基板 ２…AlyGa1-yAs／AlzGa1-zAsDBR形反射鏡 ３…AlxGa1-xAs/GaAs超格子構造の可飽和吸収領域 ４…ｎ−AluGa1-uAsクラッド層 ５…AlwGa1-wAs/GaAs超格子構造の利得領域 ６…ｐ−AluGa1-uAsクラッド層 ７…p+−AlrGa1-rAsキャップ層 ８…利得領域のｐ側電極 ９…利得領域のｎ側電極 10…可飽和吸収領域への電界印加用電極 11…ｐ側反射鏡、12…利得領域 13…可飽和吸収領域、14…分離領域 15…ｎ形基板、16…ｎ形クラッド層 17…ナローギャップの半導体 18…ｐ形クラッド層、19…ｎ側電極 20…利得領域のｐ側電極 21…可飽和吸収領域のｐ側電極 22…ｎ形基板、23…ｎ形クラッド層 24…可飽和吸収領域（ｎ形） 25…利得領域（ｐ形）、26…ｐ形クラッド層 27…キャップ層、28…ｎ側電極 29…ｐ側電極、30…ｎ側反射鏡 31…ｐ側反射鏡、32…光共振 33…光出力
Claims (1)
- 【請求項１】光を発生し増幅する利得領域と、光を吸収
して自ら吸収係数の飽和により双安定動作を発生させる
可飽和吸収領域を有し、該利得領域と該可飽和吸収領域
を半導体結晶の成長方向に積層して形成し、光を半導体
結晶面に対して垂直方向に出射させる垂直共振器型双安
定半導体レーザにおいて、 前記利得領域および可飽和吸収領域はそれぞれ超格子構
造でなり、かつ該利得領域の励起子吸収ピーク波長が該
可飽和吸収領域の励起子吸収ピーク波長に較べ等しいか
又は長く、該利得領域および該可飽和吸収領域は一対の
反射鏡の間に配置され、該可飽和吸収領域に電界を印加
し、該印加電界により可飽和吸収領域の吸収係数を変化
させ、双安定半導体レーザの電流対光出力特性および光
入出力特性を制御する手段を有することを特徴とする双
安定半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2036333A JPH07112087B2 (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 双安定半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2036333A JPH07112087B2 (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 双安定半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03240285A JPH03240285A (ja) | 1991-10-25 |
| JPH07112087B2 true JPH07112087B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=12466903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2036333A Expired - Fee Related JPH07112087B2 (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 双安定半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07112087B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2341974A (en) * | 1998-09-22 | 2000-03-29 | Secr Defence | Semiconductor device incorporating a superlattice structure |
| US6608846B1 (en) * | 2001-05-01 | 2003-08-19 | Sandia Corporation | Bistable laser device with multiple coupled active vertical-cavity resonators |
| CN1812302B (zh) | 2005-01-27 | 2010-05-12 | 中国科学院半导体研究所 | 一种高效热调谐共振腔增强型探测器及其制作方法 |
| CN106329310A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-01-11 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种基于多模干涉结构的锁模半导体激光器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2664668B2 (ja) * | 1986-06-17 | 1997-10-15 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JPS6446996A (en) * | 1988-08-03 | 1989-02-21 | Agency Ind Science Techn | Method for realizing optical bistable function and optical bistable function element |
-
1990
- 1990-02-19 JP JP2036333A patent/JPH07112087B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03240285A (ja) | 1991-10-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |