JPH09107148A - 自励発振垂直共振器型半導体レーザ - Google Patents

自励発振垂直共振器型半導体レーザ

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JPH09107148A
JPH09107148A JP26181795A JP26181795A JPH09107148A JP H09107148 A JPH09107148 A JP H09107148A JP 26181795 A JP26181795 A JP 26181795A JP 26181795 A JP26181795 A JP 26181795A JP H09107148 A JPH09107148 A JP H09107148A
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JP
Japan
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layer
self
reflecting mirror
quantum well
semiconductor laser
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Application number
JP26181795A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Uenohara
裕行 植之原
Hidetoshi Iwamura
英俊 岩村
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造に対する制御性を大きくでき、自励発振
の動作範囲を広くする。 【解決手段】 半導体多層膜反射鏡を形成する1つの半
導体層の中に、量子井戸構造を有する可飽和吸収層を配
置する。これにより、可飽和吸収層の共振モードの受け
る吸収量を井戸幅、井戸数およびIn 組成によって自由
に設計し、自励発振の動作範囲を広げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チップ間またはボ
ード間の信号を光で結合する光インターコネクションや
2次元並列信号処理、あるいはコンパクトディスクの信
号読み出し、光磁気ディスクへの信号書き込み・読み出
しを行う光源として有望な自励発振垂直共振器型半導体
レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】垂直共振器型半導体レーザは、極微共振
器構造による極低閾値化が可能であること、2次元アレ
ー化が容易であること、複雑な光学系を組み合わせずに
円形の発光パターンを出射できることなどの特徴を有す
る。一方、自励発振半導体レーザは、反射戻り光雑音の
低減に有利な特徴を有する。自励発振垂直共振器型半導
体レーザはこの両者の特徴を併せ持っており、上記の光
源として注目されている。
【0003】図5は、従来の自励発振垂直共振器型半導
体レーザの構成を示す。ここでは、結晶成長面に垂直方
向の断面構造を示す。図において、n−GaAs基板21
上に、半導体多層膜反射鏡であるn−AlyGa1-yAs/
AlZGa1-ZAs (0<y<z)DBR(分布ブラッグ反
射)型反射鏡22、1つの半導体層に挿入されたGaAs
バルク可飽和吸収層23、AluGa1-uAs スペーサ層2
4、GaAsバルク活性層25、AluGa1-uAs スペーサ
層26、半導体多層膜反射鏡であるp−AlyGa1-yAs
/AlZGa1-ZAs (0<y<z)DBR型反射鏡27が
積層される。n−GaAs基板21の下にはn電極28、
p−AlyGa1-yAs/AlZGa1-ZAsDBR型反射鏡27
の上にはp電極29が配置される。
【0004】自励発振する注入電流の範囲(動作範囲)
は、GaAs可飽和吸収層23のキャリア寿命および垂直
共振器の光モードの受ける吸収量により変化する。後者
について具体的には、GaAsバルク可飽和吸収層23と
GaAsバルク活性層25との距離およびGaAsバルク可
飽和吸収層23の吸収係数が影響する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図5に示す
構成では、GaAsバルク可飽和吸収層23とGaAsバル
ク活性層25との距離については自由度をもたせられ
る。しかし、GaAsバルク可飽和吸収層23の吸収係数
は、バルクを用いているために発振波長と吸収端との波
長差という制御性の小さい要素でしか設計することがで
きなかった。例えば、1.3 μm帯あるいは1.55μm帯で
は半導体DBRを通常のInPとInGaAsPの組み合わ
せで構成するので、高屈折率層であるInGaAsP をそ
れよりさらにバンドギャップの狭いInGaAsPまたは
InGaAsに置き換えることにより、発振波長における
吸収係数を調節することが可能である。しかし、GaAs
バルク可飽和吸収層23の厚みに関しては、DBRを構
成する必要性から発振波長の1/4、あるいはその奇数
倍でしか制御することができなかった。
【0006】本発明は、構造に対する制御性を大きくで
き、自励発振の動作範囲を広くとることができる自励発
振垂直共振器型半導体レーザを提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の自励発振垂直共
振器型半導体レーザは、半導体多層膜反射鏡を形成する
1つの半導体層の中に、量子井戸構造を有する可飽和吸
収層を配置した構成である。これにより、可飽和吸収層
の共振モードの受ける吸収量を井戸幅、井戸数およびI
n 組成によって自由に設計することができ、自励発振の
動作範囲を広げることができる。
【0008】また、この可飽和吸収層にイオン注入を施
す。これにより、可飽和吸収層のキャリア寿命が短くな
るので、自励発振の動作範囲をさらに拡大することがで
きる。また、可飽和吸収層に不純物をドーピングする。
これにより、可飽和吸収層の量子井戸の組成が活性層の
量子井戸の組成と同じであっても、発振波長における可
飽和吸収層での吸収が増加するので、自励発振の動作範
囲を拡大することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の自励発振垂直共
振器型半導体レーザの第1の実施形態を示す。ここで
は、結晶成長面に垂直方向の断面構造を示す。図におい
て、n−GaAs基板1上に半導体多層膜反射鏡であるn
−AlyGa1-yAs/AlZGa1-ZAs (0<y<z) DBR
型反射鏡2、AlyGa1-yAs 層中に挿入されたInGaA
s またはGaAs量子井戸構造可飽和吸収層3、AluGa
1-uAsスペーサ層4、InGaAs/AlWGa1-WAs (u≧
w)多重量子井戸活性層5、AluGa1-uAs スペーサ層
6、半導体多層膜反射鏡であるp−AlyGa1-yAs/Al
ZGa1-ZAs(0<y<z)DBR型反射鏡7が積層され
る。n−GaAs基板1の下にはn電極8、p−AlyGa
1-yAs/AlZGa1-ZAsDBR型反射鏡7の上にはp電
極9が配置される。
【0010】InGaAs またはGaAs量子井戸構造可飽
和吸収層3で共振モードの受ける吸収量は、図2に示す
ように、井戸幅、井戸数、およびIn 組成によって自由
に設計可能である。図2(a) は井戸幅Lw と吸収量αと
の関係を示し、図2(b) は井戸数Nw と吸収量α×Lw
×Nwとの関係を示し、図2(c) はIn 組成と吸収量α
との関係を示す。
【0011】なお、可飽和吸収層での位相変化による発
振波長の変動は実用上問題となるが、バルクで構成する
場合と異なり、DBRの1つの半導体層中に形成された
量子井戸層の空間的占有率は低い(例えば波長0.98μm
のGaAs1/4波長厚69.6nmに対して、InGaAs 単
一量子井戸8nmは11.4%)ので、その問題は容易に回
避することができる。
【0012】図3は、従来構造および本発明構造の動作
範囲を示す。(a) は従来構造における注入電流と光出力
との関係であり、黒丸と黒丸との間が自励発振範囲を示
す。,,の順に、活性層と可飽和吸収層との距離
を小さくしていったものである。従来構造では、可飽和
吸収層の厚みが厚いために吸収量の変化に敏感に反応し
てしまい、吸収量が小さくなると自励発振が現れず、逆
に吸収量が大きくなると自励発振範囲の拡大に留まらず
発振閾値の上昇によって発振が停止してしまう。
【0013】(b) は本発明構造における注入電流と光出
力との関係であり、黒丸と黒丸との間が自励発振範囲を
示す。,,,の順に、井戸幅、井戸数、In 組
成を大きくしていったものである。本発明構造では、可
飽和吸収層の井戸幅、井戸数、In 組成の変化により微
妙な吸収量の制御が可能であるので、広い範囲での自励
発振を実現できる。なお、活性層と可飽和吸収層との間
隔を制御することにより、従来構造と同様に自励発振範
囲の拡大が可能である。さらに、本実施形態のように、
活性層に多重量子井戸構造を導入した場合には、利得向
上により閾値低減、光出力の増大効果を得ることができ
る。
【0014】本実施形態は、活性層の下の半導体多層膜
反射鏡の1つの半導体層中に、量子井戸構造を有する可
飽和吸収層を形成したものであるが、活性層の上の半導
体多層膜反射鏡の1つの半導体層中に形成してもよい。
また、可飽和吸収層にイオン注入領域を施してもよい。
イオン注入により可飽和吸収層のキャリア寿命が短くな
るので、自励発振の動作範囲をさらに拡大することがで
きる。イオン種としては、プロトン(H+ ) 、酸素(O
+ ) などがある。
【0015】また、可飽和吸収層にn型またはp型の不
純物をドーピングしてもよい。これにより、励起子吸収
自体の急峻性は低減するが、可飽和吸収層の量子井戸の
組成が活性層の量子井戸の組成と同じであっても、発振
波長における可飽和吸収層での吸収が増加するので、可
飽和吸収の効果を強化することができる。ここで、活性
層の上のp−AlyGa1-yAs/AlZGa1-ZAsDBR型反
射鏡7のAlyGa1-yAs 層中に、InGaAs またはGa
As量子井戸構造可飽和吸収層3を形成し、かつその可
飽和吸収層に投影飛程がくるようにイオン注入領域10
を形成した実施形態を図4に示す。
【0016】本実施形態では、上面のp電極9は、イオ
ン注入により高抵抗化したイオン注入領域10を避ける
ため、その下部までp−AlyGa1-yAs/AlZGa1-ZAs
DBR型反射鏡7をエッチングし、数層を残した上に形
成される。また、InGaAs/AlWGa1-WAs 多重量子
井戸活性層5の端部には、電流狭窄用イオン注入領域1
1が形成される。
【0017】以上示した各実施形態は、InGaAs /G
aAs歪量子井戸系を用いたものであるが、InGaAsP
/InP系、GaAs/AlGaAs 系においても同様の作
用・効果を得ることができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の自励発振
垂直共振器型半導体レーザは、半導体多層膜反射鏡の1
つの半導体層中に量子井戸構造の可飽和吸収層を配置す
ることにより、吸収量の制御性を高めて自励発振の動作
範囲を広げることができる。さらに、可飽和吸収層にイ
オン注入や不純物をドーピングすることにより、構造に
対する制御性を大きくでき、自励発振の動作範囲を拡大
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自励発振垂直共振器型半導体レーザの
第1の実施形態を示す断面図。
【図2】本発明による吸収量制御を説明する図。
【図3】従来構造および本発明構造の動作範囲を示す
図。
【図4】本発明の自励発振垂直共振器型半導体レーザの
第2の実施形態を示す断面図。
【図5】従来の自励発振垂直共振器型半導体レーザの構
成を示す断面図。
【符号の説明】
1 n−GaAs基板 2 n−AlyGa1-yAs/AlZGa1-ZAsDBR型反射鏡 3 InGaAs またはGaAs量子井戸構造可飽和吸収層 4 AluGa1-uAsスペーサ層 5 InGaAs/AlWGa1-WAs多重量子井戸活性層 6 AluGa1-uAsスペーサ層 7 p−AlyGa1-yAs/AlZGa1-ZAsDBR型反射鏡 8 n電極 9 p電極9 10 イオン注入領域 11 電流狭窄用イオン注入領域

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層の上下に半導体多層膜反射鏡を備
    えた自励発振垂直共振器型半導体レーザにおいて、 前記半導体多層膜反射鏡を形成する1つの半導体層の中
    に、量子井戸構造を有する可飽和吸収層が配置された構
    成であることを特徴とする自励発振垂直共振器型半導体
    レーザ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の自励発振垂直共振器型
    半導体レーザにおいて、 可飽和吸収層にイオン注入が施されていることを特徴と
    する自励発振垂直共振器型半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の自励発振垂直共振器型
    半導体レーザにおいて、 可飽和吸収層に不純物がドーピングされていることを特
    徴とする自励発振垂直共振器型半導体レーザ。
JP26181795A 1995-10-09 1995-10-09 自励発振垂直共振器型半導体レーザ Pending JPH09107148A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010232425A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Nec Corp 半導体レーザ素子およびその製造方法
CN112803240A (zh) * 2021-01-15 2021-05-14 陕西科技大学 一种InGaAs/AlGaAs阱垒外延层结构的优化方法及其应用
JP2025086542A (ja) * 2023-11-28 2025-06-09 キヤノン株式会社 光源装置及び測距装置

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CN112803240B (zh) * 2021-01-15 2022-06-21 陕西科技大学 一种InGaAs/AlGaAs阱垒外延层结构的优化方法及其应用
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