JPS61190992A - 量子井戸型光変調器つき半導体レ−ザ - Google Patents

量子井戸型光変調器つき半導体レ−ザ

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JPS61190992A
JPS61190992A JP60031062A JP3106285A JPS61190992A JP S61190992 A JPS61190992 A JP S61190992A JP 60031062 A JP60031062 A JP 60031062A JP 3106285 A JP3106285 A JP 3106285A JP S61190992 A JPS61190992 A JP S61190992A
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Koichi Wakita
紘一 脇田
Yuichi Kawamura
河村 裕一
Yuzo Yoshikuni
吉国 裕三
Hajime Asahi
一 朝日
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06258Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明は,半導体レーザに関するものであシ。
具体的には,構造が単純であり,作製が容易な。
高速かつ安定に単一軸モード発振する半導体レーザに関
するものである。
〔従来の技術〕
光ファイバの低損失化に伴い10 0 Kmを越える長
距離間の光フアイバ伝送システムが構成可能となってき
ている。このような光伝送システムでは光ファイバの波
長分散による影響を受けるため光源には単一軸モード発
振するレーザが必要とされる。
通常の半導体レーザでは、定常状態では単一軸モードで
発振するが、高速の直接変調をかけて、注入する電流の
大きさを変えると、数本ないし10数本の軸モードが発
生してしまい、高々400Mh/S程度しか変調速度は
上げられなかった。最近このような欠点を克服するため
活性層もしくはこれに隣接して設けられた導波路層に回
折格子を設けた所謂分布帰遷型(Diztrihbta
d Fast Each略してDFE )レーザが提案
され、一部用いられている。しかし。
ElectrorLics Lottery i9巻9
37頁(1983)に岩下らによって発表されているよ
うに、高速で変調をかけるとスペクトルは広がシ、ファ
イバの波長分散の影響によって発光の初期が中心波長上
)長波長か短波長かに依存してファイバ伝播後のスペク
トルは狭くなったシ広くなったシし、その制御はできて
いないのが現状である。
また、2つの共振器長が異なる半導体レーザを共振器面
が平行になるように直列に並べ、各々独立に電流を流し
、各々から異なる波長間隔で発振する軸モードの一本を
一致するように電流値を設定して単一軸モード化する方
法が米国ベル研究所のTzang氏らによって提案され
ている(複合光共振器レーザ) (Applied P
h1yziaz Latters 42巻650頁(1
983) :I  が、単一モード発振する電流領域が
狭くかつ素子ごとにこの領域が異なるため予めこの領域
を調べておく必要があり、実用上使用が困難となると云
う問題があった。
〔発明の目的〕
本発明はこれらの問題点を除去するため量子井戸型半導
体レーザを用い、かつ半導体レーザ基板を独立に電流注
入もしくは電圧印加できるように各々の領域の上部に分
離した電極を形成して発光再結合する領域に対して直列
に制御領域および制御電極とし、一方を光の変調器とし
て動作させて安定な単一軸モード発振を行なわせること
にある。
〔発明の原理〕
活性層厚を薄くして量子井戸効果を生じさせると、従来
の半導体では見られない特性が出現することが、主とし
てGaAs/GaAλAs 系材料で発表されている(
 1983年10月号応用物理学会誌843頁〜851
頁)、その一つに内部吸収損失の低さがあシ。
我々は従来の半導体レーザに比べ10〜70%の低い吸
収損失であることをInGaAz/In−Az系の材料
において見い出しだ。従って量子井戸型活性層の一部で
発振動作を行なわせた場合2発光領域に連続する活性層
は低損失の導波路として機能させることができる。又、
量子井戸構造においては縦方向(井戸を形成する半導体
層に垂直な方向)電界を印加すると吸収端が比較的低電
界で長波長側にシフトする現象がGaAz/GaAiA
z系において報告され(米国応用物理学会誌AppI1
.ied Physics Letters 44巻、
  1984年16頁−18頁)ているが、この効果は
長波長帯1nGaAr /IrLAIIAs系において
も同様に存在することを実験的に見い出した。第1図は
この実験に用いた試料の構造図であF)、5rL(錫)
が2 X 1018浦ドープされたn型1nP基板1の
上にInPと格子整合するアンドープのInGaAz層
75710とアンドープのIルA11Az層75,41
1を交互に合計60周期、厚さ0.9μmの多重量子井
戸活性層3を分子線エピタキシー(MEE)法により成
長し、その上にP型不純物としてBt(ベリリウム)を
5 x 1Q1?crt−” ドープされたP−InP
層5を成長して所謂PIN構造を形成し。
その上にBaドープInGaAz層8(厚さ0.2μm
、キャリア濃度5 x 1Q”cm−’ )を順次成長
したもので光の窓としてこの層とP側電極Aμ:Zn:
Ni21  とに0.5 WLm径の穴を開けた。この
試料に分光光度計を用いて光の透過スペクトルを測定し
たところ逆方向の縦方向電界によシ第2図に示すような
光の透過スペクトルに変化が現われた。すなわち、波長
1.5μmにおいて電界5.6XlO’〜缶で3.8係
の透過光量の減少が観測された。この電界効果は量子井
戸特有のもので通常のバルク構造のものに比べ。
桁違いに大きい。この減少量は印加電界の大きさの2乗
に比例して増加するので、さらに高電界を加えれば透過
光量の減少、従って光吸収量は増大する。
以上は本発明の基本原理を説明するもので、光が量子井
戸層に垂直に入射した場合について述べたが、光が量子
井戸層に平行に入っても同じ効果が期待できる。以下実
施例について説明する。
〈実施例1〉 第3図(a)、の)は本発明の実施例を示す斜視図及び
断面図である。
n−1tLP基板1の上に部分的に回折格子100を形
成する。この回折格子は1周期が(1Av〃) x (
m・’/2) (ただし、”−ffは実効屈折率、鶏は
正の整数、λは発振波長)で与えられる凹凸の繰り返し
の回折格子である。
回折格子100の周期は2次の周期を用いた場合467
07深さ1soo、2.  (1次の周期では2555
2 、深さ7001)〈110〉方向に繰返し形成され
ている。
回折格子100はHe−Cdガスレーザの4250,2
の発振光を用い、2光束干渉露光法によシ形成した。回
折格子100を部分的に形成するためには9回折格子1
00を形成しない部分を5iOz膜で覆っておけばよい
。次にマスクとして用いた。5 番Ot膜をエツチング
後9通常の埋め込み型半導体レーザを作製する。
ただし、活性層は量子井戸構造となっておυInGaA
z層1oai1o、 rルJ、(JF層30111が各
6層、5層成長されている。P側電極21.22を形成
する際回折格子100の上と他の部分とで20μmの分
離溝30を挾んで注入電極21と制御電極22とに分離
させて形成した。
注入電極21の下部の活性層3で発光した光は制御電極
22の下部領域の活性層3へと導波されている。活性層
で発光した光は9回折格子100の周期4670)に対
応する波長の光のみが回折され反射されるため発振スペ
クトルに強い選択性ができ、単一モード発振する。これ
は通常のDFBレーザの発振機構と同様である。
制御電極によって逆バイアスをかければ制御電極の下部
領域の活性層を透過する光はバイアスの値によってその
吸収される値は変わるため、透過光強度は変調を受ける
ことになる。発光領域に注入される電流を一定にしてお
けばそのスペクトルは変化せず、一方制御電極によって
注入電流とは独立に変調がかけられるため、全体として
半導体レーザ外部へ放出される光のスペクトルは安定か
つ軸モード単一である。
〈実施例2〉 第4図(α)、(b)は本発明の第2の実施例を示す斜
視図及び断面図である。第1の実施例と異なる点は光導
波路層4の上に回折格子100が形成されている点であ
る。この構造において単一軸モードで発振し、その波長
は25℃、5nJ’の光出力時に1.55μmであった
。発振しきい値電流は50rILAと小さく。
また微分量子効率は20チと高い値であったが、これは
実施例1とほぼ同様な特性であった。
〈実施例3〉 第5図(α)、(b)は本発明の第3の実施例を示す断
面図である。n型1nP基板1にn W InPグラツ
ド層(膜厚3ハ、 Snドープ、キャリア濃度8x 1
Q”tM−’)。
その上に5層のInGaAz井戸層10(層厚1oo、
2.ノンドープ)その間に4層のl5A2Asバリア層
11(層厚30)、ノンドープ)を挾んで形成しその上
にP型1nP第1クラッド層9(層厚0.2μm、 Z
nドープ、キャリア濃度1×1018cTrr5)を成
長した後。
P型1nP第1クラッド層9を部分的にHCf!、系の
選択エツチングで剥離し、この部分のみ周期4670i
の回折格子100を形成する。この上にP型1nPクラ
ッド層4(層厚1μIn、Znドープ、キャリア濃度1
 x I Q”z−’ )  を成長する。その後の他
の工程は第1の実施例と同様である。
〈実施例4〉 第6図は本発明の第4の実施例を示す斜視図である。第
1と第2の共振器長の異なる半導体レーの部分の電圧を
変えて透過光の強度を変え1強度変調を行なわせるもの
である。レーザの作製法は通常の方法と同様であり、そ
れに加えて第1と第2のレーザを電気的に分離するとと
もにそれらの光共振器間に小さな間隔を入れておく。活
性層は第3のレーザには必ず量子井戸層が用いられてい
るが、第1.第2のレーザには量子井戸を用いなくても
よい。
以上の実施例では活性層の発光波長は1.55μmであ
ったが、この波長に限定されることはない。又。
回折格子の周期が2次の場合について説明したが。
周期が1次の場合についても適用できる。又、レーザの
構造は埋め込み型について述べたが、他の構造のレーザ
についても適用される。
〔効果の説明〕
以上説明したように本発明によれば、量子井戸層の縦方
向電界効果を利用して光の透過特性に変調をかけるだめ
、定常状態において単一軸モード発振している半導体レ
ーザすべてに適用でき、安定かつ簡便に単一軸モード光
を得ることができる。
すなわち、直接変調により注入電流が変わるために軸モ
ードの不安定化、線幅の広がりが必然的に生ずる通常の
半導体レーザを安定な単一軸モード発振とすることが可
能である。具体的には回折格子が形成された光導波路領
域に量子井戸形の活性層を用いることにより或いは複合
光共振器を用いることによシ単−軸モード発振する半導
体レーザに量子井戸層を<<シつけ、その部分に縦方向
電界を加えて吸収端を変化させて透過光強度を変え変調
をかけるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本原理を実証するための素子の構造
図。 第2図はその結果を示す図、 第3図(α)、(6)は本発明の第1の実施例を示す斜
視図及び断面図。 第 W本発明の第2の実施例を示す斜視図及第6図挑得
は本発明の第4の実施例を示す斜視図である。 図中。 1はn型IrLP基板 2はn型1nPクラッド層 3はIrLGaAz /In、41.Az ff子井戸
活性層(InGaAz ; 10 、 InAIIAz
 ; 11 )4はInGaAzP光導波層 5はP型1nPクラッド層 6はP型1nP埋め込み層 7はn型1nP電流閉じ込め層 8はP型1nGαAtキャップ層 21.23は注入電極 22は制御電極 30は分離溝 40はn側電極 100は回折格子を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、InPと格子整合している1n_1_−_x_1_
    −_y_1Ga_x_1Al_y_1As(ただし0≦
    y1)でなる量子井戸層と、InPと格子整合している
    In_1_−_x_2−_y_2Ga_x_2Al_y
    _2As(ただし、y1<y2、0≦x2)でなる上記
    量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する障壁層とが順次
    交互に積層されている構成を有する活性層と、 上記活性層の一方の面上に形成された第1の導電型を有
    するInP層からなる第1のクラッド層と上記活性層の
    他方の面上に形成された第1の導電型とは逆の第2の導
    電型を有するInP層からなる第2のクラッド層が形成
    されていることを特徴とする量子井戸型半導体レーザに
    おいて、独立に電流注入もしくは電圧印加できるように
    各々の領域の上部に分離した電極が形成され、発光再結
    合する上記活性層に対して直列に制御領域および制御電
    極を配置形成したことを特徴とする半導体レーザ。 2、上記活性層の一部領域あるいは上記活性層に隣接し
    て設けられた導波路層の一部領域に形成された周期が(
    1/n_e_f_f)×(m・λ/2)〔n_e_f_
    f:実効屈折率、m:正の整数、λ:発振波長〕で与え
    られる凹凸の繰り返しの回折格子を含む多層積層構造を
    備えることを特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載
    の半導体レーザ。
JP60031062A 1985-02-19 1985-02-19 量子井戸型光変調器つき半導体レ−ザ Expired - Lifetime JPH06105817B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4815087A (en) * 1985-05-15 1989-03-21 Sumitomo Elec. Industries, Ltd. High speed stable light emitting semiconductor device with low threshold current

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JPS59139691A (ja) * 1983-01-31 1984-08-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体レ−ザ装置
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