JPH0793473B2 - 光半導体素子 - Google Patents
光半導体素子Info
- Publication number
- JPH0793473B2 JPH0793473B2 JP62252194A JP25219487A JPH0793473B2 JP H0793473 B2 JPH0793473 B2 JP H0793473B2 JP 62252194 A JP62252194 A JP 62252194A JP 25219487 A JP25219487 A JP 25219487A JP H0793473 B2 JPH0793473 B2 JP H0793473B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type
- semiconductor
- active layer
- conductive type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18302—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] comprising an integrated optical modulator
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光変調器付面発光型半導体レーザ素子に関す
るものである。
るものである。
面発光型半導体レーザ素子は、レーザ光の出射方向が基
板に垂直であるため、へき開面による共振器の形成が不
要であり、従って、多機能集積化が求められる光電子集
積回路（OEIC）用の半導体レーザ素子として有望視され
ている。このような特徴を有する面発光型半導体レーザ
素子の構造は、例えば第２図に示されるように、ｎ型In
P基板（１）上に、ｎ型InPバッファ層（２）、ｎ型InP
層とｎ型GaInAsP層から成る半導体多層膜による反射鏡
（３）、ノンドープGaInAsP活性層（４）、ｐ型InP層と
ｐ型GaInAsP層から成る半導体多層膜による反射鏡
（５）、ｐ型GaInAsPコンタクト層（６）を順次形成
し、最後に電極（６）、（７）を上下に付けたものであ
る。レーザ共振器長から決まる縦モード間隔は共振器長
に反比例する。従って、本構造では共振器が約10μｍと
短いため、縦モード間隔は約200Åとなり、通常のファ
ブリー・ペロー型半導体レーザ素子（共振器長約300μ
ｍ）の30倍程度に拡がり、安定な単一モード発振が得ら
れる。
板に垂直であるため、へき開面による共振器の形成が不
要であり、従って、多機能集積化が求められる光電子集
積回路（OEIC）用の半導体レーザ素子として有望視され
ている。このような特徴を有する面発光型半導体レーザ
素子の構造は、例えば第２図に示されるように、ｎ型In
P基板（１）上に、ｎ型InPバッファ層（２）、ｎ型InP
層とｎ型GaInAsP層から成る半導体多層膜による反射鏡
（３）、ノンドープGaInAsP活性層（４）、ｐ型InP層と
ｐ型GaInAsP層から成る半導体多層膜による反射鏡
（５）、ｐ型GaInAsPコンタクト層（６）を順次形成
し、最後に電極（６）、（７）を上下に付けたものであ
る。レーザ共振器長から決まる縦モード間隔は共振器長
に反比例する。従って、本構造では共振器が約10μｍと
短いため、縦モード間隔は約200Åとなり、通常のファ
ブリー・ペロー型半導体レーザ素子（共振器長約300μ
ｍ）の30倍程度に拡がり、安定な単一モード発振が得ら
れる。
面発光型半導体レーザ素子の光出力は、高速変調におい
て、安定した単一モード発振である。しかしながら、注
入キャリア密度が増加すると、プラズマ効果によりレー
ザ媒質の屈折率が減少し、発振波長は短波長側にずれ
る。このように、半導体レーザ素子に直接変調を行う
と、発振波長が時間的に変化するという、いわゆるチャ
ーピング現象が生じる問題がある。
て、安定した単一モード発振である。しかしながら、注
入キャリア密度が増加すると、プラズマ効果によりレー
ザ媒質の屈折率が減少し、発振波長は短波長側にずれ
る。このように、半導体レーザ素子に直接変調を行う
と、発振波長が時間的に変化するという、いわゆるチャ
ーピング現象が生じる問題がある。
本発明は以上のような点にかんがみてなされたもので、
その目的とするところは、単一モード性を維持しつつ、
高速変調時にもチャーピングの小さな光半導体素子を提
供することにある。
その目的とするところは、単一モード性を維持しつつ、
高速変調時にもチャーピングの小さな光半導体素子を提
供することにある。
上記目的を達成するために本発明によれば、第１の導電
型半導体基板上にヘテロ半導体薄膜の多層構造をもつ第
１の導電型反射層、活性層、ヘテロ半導体薄膜の多層構
造をもつ第２の導電型反射層を順次形成して構成されて
いる面発光型レーザ素子部と、前記第２の導電型反射層
上に、前記活性層よりのレーザ光を透過する半導体絶縁
層、第１導電型或いは第２導電型半導体層、発光波長が
前記活性層と同じか、或いはより短い活性層、第２導電
型或いは第１導電型半導体層を順次形成して構成されて
いる光変調器とを有し、面発光型レーザ素子部と光変調
器部を独立に駆動することを特徴とする光半導体素子が
提供される。
型半導体基板上にヘテロ半導体薄膜の多層構造をもつ第
１の導電型反射層、活性層、ヘテロ半導体薄膜の多層構
造をもつ第２の導電型反射層を順次形成して構成されて
いる面発光型レーザ素子部と、前記第２の導電型反射層
上に、前記活性層よりのレーザ光を透過する半導体絶縁
層、第１導電型或いは第２導電型半導体層、発光波長が
前記活性層と同じか、或いはより短い活性層、第２導電
型或いは第１導電型半導体層を順次形成して構成されて
いる光変調器とを有し、面発光型レーザ素子部と光変調
器部を独立に駆動することを特徴とする光半導体素子が
提供される。
ところで、pn接合部の空乏層に高い電界がかかるとフラ
ンツ・ケルディッシュ効果といわれる高電界によるバン
ド・ギャップの縮少現象が生じ、光吸収係数が光の長波
長側にすそを引く。そのため、高電界を接合部に印加す
ると、光は長波長側で透過しにくくなる。
ンツ・ケルディッシュ効果といわれる高電界によるバン
ド・ギャップの縮少現象が生じ、光吸収係数が光の長波
長側にすそを引く。そのため、高電界を接合部に印加す
ると、光は長波長側で透過しにくくなる。
本構造の光半導体素子では、面発光型レーザ素子部を直
流電流で駆動して連続発振させ、それとは独立に光変調
器部に電圧を印加し、その電圧を変化させることによ
り、レーザ光に対する吸収係数を変化させ、レーザ光を
変調する。その結果、レーザ光は直流電流で駆動される
ため、その波長は安定しチャーピングを生ずることもな
い。
流電流で駆動して連続発振させ、それとは独立に光変調
器部に電圧を印加し、その電圧を変化させることによ
り、レーザ光に対する吸収係数を変化させ、レーザ光を
変調する。その結果、レーザ光は直流電流で駆動される
ため、その波長は安定しチャーピングを生ずることもな
い。
以下図面に示した実施例に基づいて本発明を説明する。
第１図は本発明にかかる光半導体素子の一実施例の要部
断面図である。ｎ型InP基板（11）上に、ｎ型InPバッフ
ァ層（12）、ｎ型InP層とｎ型GaInAsP層とからなる半導
体多層膜（13）による反射鏡、ノンドープGaInAsP活性
層（14）、ｐ型InP層とｐ型GaInAsPとからなる半導体多
層膜（15）による反射鏡、ｐ型GaInAsPコンタクト層（1
6）を順次形成する。直流電流を電極（17）、（18）間
に流すことにより波長1.3μｍの連続したレーザ光を得
ることができる。さらに、前記GaInAsPコンタクト層（1
6）上に、素子分離のためのInP絶縁層（19）を介して、
ｎ型InP層（20）、ノンドープInP層とノンドープGaInAs
Pとからなる量子井戸活性層（21）、ｐ型InP層（22）、
ｐ型GaInAsPコンタクト層（23）を順次形成する。量子
井戸構造をもつ活性層では、レーザ発振が生じる波長位
置の吸収係数はきわめて低い。しかしながら、電極（2
3）、（24）間に電圧を印加すると、エネルギーギャッ
プ縮少効果により、量子井戸活性層の光吸収係数は光の
長波長側にすそを引き、活性層（14）からのレーザ層の
透過率は低くなる。従って、電極（23）、（24）間の印
加電圧を変調させることにより、出力光を変調すること
ができる。本実施例に示す構造の素子は、膜厚の制御性
がよく、極薄膜の成長が可能である有機金属気相成長
（MOCVD）法により作製することができる。
断面図である。ｎ型InP基板（11）上に、ｎ型InPバッフ
ァ層（12）、ｎ型InP層とｎ型GaInAsP層とからなる半導
体多層膜（13）による反射鏡、ノンドープGaInAsP活性
層（14）、ｐ型InP層とｐ型GaInAsPとからなる半導体多
層膜（15）による反射鏡、ｐ型GaInAsPコンタクト層（1
6）を順次形成する。直流電流を電極（17）、（18）間
に流すことにより波長1.3μｍの連続したレーザ光を得
ることができる。さらに、前記GaInAsPコンタクト層（1
6）上に、素子分離のためのInP絶縁層（19）を介して、
ｎ型InP層（20）、ノンドープInP層とノンドープGaInAs
Pとからなる量子井戸活性層（21）、ｐ型InP層（22）、
ｐ型GaInAsPコンタクト層（23）を順次形成する。量子
井戸構造をもつ活性層では、レーザ発振が生じる波長位
置の吸収係数はきわめて低い。しかしながら、電極（2
3）、（24）間に電圧を印加すると、エネルギーギャッ
プ縮少効果により、量子井戸活性層の光吸収係数は光の
長波長側にすそを引き、活性層（14）からのレーザ層の
透過率は低くなる。従って、電極（23）、（24）間の印
加電圧を変調させることにより、出力光を変調すること
ができる。本実施例に示す構造の素子は、膜厚の制御性
がよく、極薄膜の成長が可能である有機金属気相成長
（MOCVD）法により作製することができる。
なお、本実施例の発振波長は1.3μｍであるが、活性層
の材質を変えることにより1.1〜1.6μｍの所望の波長を
得ることができる。また、構造を埋め込み型にすること
により閾値電流を低くすることができる。
の材質を変えることにより1.1〜1.6μｍの所望の波長を
得ることができる。また、構造を埋め込み型にすること
により閾値電流を低くすることができる。
以上説明したように本発明によれば、面発光型半導体レ
ーザ素子部と光変調器部が分離されているため、レーザ
媒介部分の屈折率の変化はほとんどなく、高速変調時に
おいても波長のチャーピングを直接変調時に比べ小さく
することができ、しかも面発光型であるため安定な単一
波長動作が得られるという優れた効果がある。
ーザ素子部と光変調器部が分離されているため、レーザ
媒介部分の屈折率の変化はほとんどなく、高速変調時に
おいても波長のチャーピングを直接変調時に比べ小さく
することができ、しかも面発光型であるため安定な単一
波長動作が得られるという優れた効果がある。
第１図は本発明にかかる光半導体素子の要部断面図、第
２図は従来の面発光型半導体レーザ素子の要部断面図で
ある。 1,11……ｎ型InP基板、2,12……ｎ型InPバッファ層、3,
13……ｎ型InP層とｎ型GaInAsP層からなる半導体多層
膜、4,14……ノンドープGaInAsP活性層、5,15……ｐ型I
nP層とｐ型GaInAsP層からなる半導体多層膜、6,16……
ｐ型GaInAsPコンタクト層、7,8,17,18,24,25……電極、
19……InP絶縁層、20……ｎ型InP層、21……ノンドープ
InP層とノンドープGaInAsP層とからなる量子井戸活性
層、22……ｐ型InP層、23……ｐ型GaInAsPコンタクト
層。
２図は従来の面発光型半導体レーザ素子の要部断面図で
ある。 1,11……ｎ型InP基板、2,12……ｎ型InPバッファ層、3,
13……ｎ型InP層とｎ型GaInAsP層からなる半導体多層
膜、4,14……ノンドープGaInAsP活性層、5,15……ｐ型I
nP層とｐ型GaInAsP層からなる半導体多層膜、6,16……
ｐ型GaInAsPコンタクト層、7,8,17,18,24,25……電極、
19……InP絶縁層、20……ｎ型InP層、21……ノンドープ
InP層とノンドープGaInAsP層とからなる量子井戸活性
層、22……ｐ型InP層、23……ｐ型GaInAsPコンタクト
層。
Claims (1)
- 【請求項１】第１の導電型半導体基板上に、ヘテロ半導
体薄膜の多層構造をもつ第１の導電型反射層、活性層、
ヘテロ半導体薄膜の多層構造をもつ第２の導電型反射層
を順次形成して構成されている面発光型レーザ素子部
と、前記第２の導電型反射層上に、前記活性層よりのレ
ーザ光を透過する半導体絶縁層、第１導電型或いは第２
導電型半導体層、発光波長が前記活性層と同じか、ある
いはより短い活性層、第２導電型或いは第１導電型半導
体層を順次形成して構成されている光変調器とを有し、
面発光型レーザ素子部と光変調器部を独立に駆動するこ
とを特徴とする光半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252194A JPH0793473B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 光半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252194A JPH0793473B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 光半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0194689A JPH0194689A (ja) | 1989-04-13 |
| JPH0793473B2 true JPH0793473B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=17233811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62252194A Expired - Fee Related JPH0793473B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 光半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793473B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4999843A (en) * | 1990-01-09 | 1991-03-12 | At&T Bell Laboratories | Vertical semiconductor laser with lateral electrode contact |
| US5012486A (en) * | 1990-04-06 | 1991-04-30 | At&T Bell Laboratories | Vertical cavity semiconductor laser with lattice-mismatched mirror stack |
| US5056098A (en) * | 1990-07-05 | 1991-10-08 | At&T Bell Laboratories | Vertical cavity laser with mirror having controllable reflectivity |
| US5289018A (en) * | 1990-08-14 | 1994-02-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Light emitting device utilizing cavity quantum electrodynamics |
| EP0483868B1 (en) * | 1990-11-02 | 1997-01-22 | Norikatsu Yamauchi | Semiconductor device having reflecting layer |
| JP2935478B2 (ja) * | 1991-02-28 | 1999-08-16 | キヤノン株式会社 | 純光学的光変調器 |
| JPH06291406A (ja) * | 1993-03-31 | 1994-10-18 | Fujitsu Ltd | 面発光半導体レーザ |
| JPH0964334A (ja) * | 1995-08-28 | 1997-03-07 | Toshiba Corp | 発光素子と外部変調器の集積素子 |
| US5940422A (en) * | 1996-06-28 | 1999-08-17 | Honeywell Inc. | Laser with an improved mode control |
| CN1237369C (zh) | 2002-01-07 | 2006-01-18 | 松下电器产业株式会社 | 面型光调制器及其制造方法 |
| WO2005093918A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Nec Corporation | 面発光レーザ |
| JP2017084936A (ja) * | 2015-10-27 | 2017-05-18 | セイコーエプソン株式会社 | 光源および原子発振器 |
| JP6575299B2 (ja) * | 2015-10-27 | 2019-09-18 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器 |
-
1987
- 1987-10-06 JP JP62252194A patent/JPH0793473B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0194689A (ja) | 1989-04-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |