JPS63168071A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS63168071A JPS63168071A JP31543086A JP31543086A JPS63168071A JP S63168071 A JPS63168071 A JP S63168071A JP 31543086 A JP31543086 A JP 31543086A JP 31543086 A JP31543086 A JP 31543086A JP S63168071 A JPS63168071 A JP S63168071A
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- Japan
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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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094088—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light with ASE light recycling, i.e. with reinjection of the ASE light, e.g. by reflectors or circulators
-
- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- 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
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/041—Optical pumping
-
- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0614—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by electric field, i.e. whereby an additional electric field is used to tune the bandgap, e.g. using the Stark-effect
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、半導体レーザに関し、特に、光計測の分野
あるいは光通信の分野などにおいて光源として使用され
る波長可変型の半導体レーザに関する。
あるいは光通信の分野などにおいて光源として使用され
る波長可変型の半導体レーザに関する。
従来、発振波長を変えることのできるレーザとして種々
のものが提案されているが、色素レーザがもっともよく
使用されている。この色素レーザは、レーザ媒質として
有機溶媒に溶かした有機色素を用い、アルゴンイオンレ
ーザやクリプトンイオンレーザで励起することによりス
ペクトル幅のかなり広いレーザ光を得、適当な波長選別
器を使用して狭帯域のレーザ光を得るというものである
。 この色素レーザでは、数種類のレーザ媒質である色素を
順次使用することにより、紫外域から近赤外までの波長
を途切れることなく連続的に可変でき、従来より、特に
分光学の分野で種々に応用されてきている。
のものが提案されているが、色素レーザがもっともよく
使用されている。この色素レーザは、レーザ媒質として
有機溶媒に溶かした有機色素を用い、アルゴンイオンレ
ーザやクリプトンイオンレーザで励起することによりス
ペクトル幅のかなり広いレーザ光を得、適当な波長選別
器を使用して狭帯域のレーザ光を得るというものである
。 この色素レーザでは、数種類のレーザ媒質である色素を
順次使用することにより、紫外域から近赤外までの波長
を途切れることなく連続的に可変でき、従来より、特に
分光学の分野で種々に応用されてきている。
しかしながら、色素レーザでは、レーザ媒質である色素
が液体であって取り扱いが厄介である、色素が比較的短
時間で劣化する、励起用イオンレーザも含めて全体の装
置が大ががりとなる、などの問題がある。 この発明は、小型・軽量・長寿命で、発振波長を連続的
に変化させることができる半導体レーザを提供すること
を目的とする。
が液体であって取り扱いが厄介である、色素が比較的短
時間で劣化する、励起用イオンレーザも含めて全体の装
置が大ががりとなる、などの問題がある。 この発明は、小型・軽量・長寿命で、発振波長を連続的
に変化させることができる半導体レーザを提供すること
を目的とする。
この発明による半導体レーザは、多重量子井戸層と、該
多重量子井戸層に光を照射して励起しレーザ発振を生じ
させる光照射手段と、上記多重量子井戸層に垂直に逆バ
イアス電圧を加えて該多重量子井戸層内の量子準位間エ
ネルギーを変化させるバイアス印加手段とからなる。
多重量子井戸層に光を照射して励起しレーザ発振を生じ
させる光照射手段と、上記多重量子井戸層に垂直に逆バ
イアス電圧を加えて該多重量子井戸層内の量子準位間エ
ネルギーを変化させるバイアス印加手段とからなる。
多重量子井戸構造の半導体レーザにおいて、多重量子井
戸層に垂直に逆バイアス電圧を印加すると、この量子井
戸内の量子準位間エネルギーが変化し、量子閉じ込めシ
ュタルク効果によりその発振波長が変化する。
戸層に垂直に逆バイアス電圧を印加すると、この量子井
戸内の量子準位間エネルギーが変化し、量子閉じ込めシ
ュタルク効果によりその発振波長が変化する。
第１図は第１の実施例を表すもので、この第１図におい
て、１１層８（基板）の上に、ｐ−クラッド層７、超格
子層（真性活性層５、無秩序化領域６）、ｎ−クラッド
層４、ｎ＋層３．５ｉ０２膜２ カ順次成長させられて
おり、両脇にＺｎ拡散による拡散領域１５が形成される
ことにより超格子層の両脇の部分が無秩序化領域６とさ
れ、中央の帯状の部分のみが真性多重量子井戸（Ｍ Ｑ
Ｗ ； Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔａｍ Ｗｅｌｌ）活
性層５とされている。さらに、両面にそれぞれｎ電極１
とｎ電極９が設けられている。そして、２つの部分イ、
口に分けられており、イの領域の！１電極１には端子１
１から電流が注入されて、ＭＱＷ活性層５にキャリアの
注入が行われ、この領域イにおいてレーザ発振が生じる
ようにされている。 口の領域では、領域イから生じたレーザビーム光が照射
され、光ボンピング作用によりＭＱＷ活性層５内にキャ
リアが注入される。注入されたキャリアはエネルギー緩
和により最低量子準位に蓄積された後、誘導放出と共振
器の帰還作用によって増幅されてレーザビーム光１２と
なって出射面より放射される。ところで、この領域口の
ｎ電極 ・１には端子１０より逆バイアス電圧が印加さ
れ、ＭＱＷ活性層５に垂直に逆バイアスが加えられてい
る。その結果、いわゆる量子閉じ込めシュタルク効果に
より、量子準位エネルギーのシフＩ・が生じ、逆バイア
ス電圧に応じて発振波長が変１ヒする。 すなわち、領域イ、口とも、領域イが電流注入により励
起され領域口が光照射により励起されている点を除いて
、第２図に示すように、量子井戸層の伝導帯及び価電子
帯の最低量子単位間での誘導遷移と共振器による光帰還
作用とによって、同じメカニズムでレーザ発振を起こす
が、領域口では量子井戸層に垂直に逆バイアス電圧が印
加されることにより量子閉じ込めシュタルク効果によっ
て量子準位間エネルギーがシフトシ、発振波長が変化す
るので、領域イで発生した波長λ、のレーザ光が領域口
において増幅されるとともに波長λ２に変換されたこと
になる。なお第２図でｎ＝１は電子に対する第１量子準
位を、ｎ′＝１は正孔（重い正孔）に対する第１量子準
位を、それぞれ表す。 第３図は第２の実施例を表す、この第３図で、領域口が
波長変換領域となっており、領域ハが変調器領域となっ
ている。すなわちｐ＋層８（基板）の上に、ρ−クラッ
ド層７、超格子層（真性ＭＱＷ活性層５、無秩序化領域
６）、ｎ−クラッド層４、ｎ＋層３、ＳｉＯ□膜２が順
次成長させられており、両脇にＺｎ拡散による拡散領域
１５が形成されることにより超格子層の両脇の部分が無
秩序化領域６とされ、中央の帯状の部分のみが活性層５
とされ、さらに、両面にそれぞれｎ電極１とｎ電極９が
設けられ、２つの部分口、ハに分けられているという構
造は第１図と同じである。 領域口では、図示しないレーザ源からの波長λ１のレー
ザビーム光１４により励起されて光増幅機能が行われて
おり、端子１０より逆バイアス電圧が印加され、波長λ
１からλ２への変換が行われている。この点も第１図の
場合と同じである。 他方、領域ハの端子１３には変調用のパルス状逆バイア
ス電圧が印加されている。すなわち、この変調器領域ハ
では、第４図に示すように伝導帯の最低量子準位ｎ＝１
よりも電子と正孔の結合エネルギーに相当するエネルギ
ー量だけ低い位置に形成されるエネルギー準位、いわゆ
るエクシトン（励起子）準位Ｅｘへの電子の状態遷移に
もとづく光吸収を利用し、光強度工１をＩ２（Ｉｔ＞Ｉ
２）に変換している。量子井戸層に垂直に逆バイアスを
印加すると、量子準位は低エネルギー側つまり長波長側
にシフｌ−Ｌ、それにともなってエクシＩ・ン準位Ｅｘ
も低エネルギー側へシフトするため、エクシトン吸収ス
ペクトルピークが第５図のように長波長側にシフトする
。そこで第５図のように、この領域ハへの入射光の波長
λ２が、逆バイアス電圧非印加時に透過波長領域にあり
、逆バイアス電圧印加時にエクシトン吸収スペクトルの
ピークに一致するよう、逆バイアス電圧等の設定を行う
ことにより、波長λ２の入射光に対するゲート作用を行
わせることができる。この現象はピコ秒のオーダの高速
応答性を持つことから、高速パルス状の逆バイアス電圧
を印加すれば、それに同期して高速パルス変調された出
射レーザビーム光１２を得る。 なお、上記の各実施例では任意の波長に変換された単一
の光を得るようにしているが、第６図のようにレーザ領
域イと波長変換領域口、とを同一基板上に並列的に複数
形成して複数の波長変換領域口に異なる逆バイアス電圧
を与えることにより、それぞれ異なる波長λｌ、λ２の
複数のレーザビーム光を並列的に得ることもできる。ま
た、第７図のように、レーザ領域イ、波長変換領域口、
変調器領域ハを同一基板上に複数並列的に形成すること
に加えて、ＭＱＷ導波路による合波器領域二をも同一基
板上に同一のＭＱＷ構造により形成して、波長多重光通
信システムの光源として使用することもできる。
て、１１層８（基板）の上に、ｐ−クラッド層７、超格
子層（真性活性層５、無秩序化領域６）、ｎ−クラッド
層４、ｎ＋層３．５ｉ０２膜２ カ順次成長させられて
おり、両脇にＺｎ拡散による拡散領域１５が形成される
ことにより超格子層の両脇の部分が無秩序化領域６とさ
れ、中央の帯状の部分のみが真性多重量子井戸（Ｍ Ｑ
Ｗ ； Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔａｍ Ｗｅｌｌ）活
性層５とされている。さらに、両面にそれぞれｎ電極１
とｎ電極９が設けられている。そして、２つの部分イ、
口に分けられており、イの領域の！１電極１には端子１
１から電流が注入されて、ＭＱＷ活性層５にキャリアの
注入が行われ、この領域イにおいてレーザ発振が生じる
ようにされている。 口の領域では、領域イから生じたレーザビーム光が照射
され、光ボンピング作用によりＭＱＷ活性層５内にキャ
リアが注入される。注入されたキャリアはエネルギー緩
和により最低量子準位に蓄積された後、誘導放出と共振
器の帰還作用によって増幅されてレーザビーム光１２と
なって出射面より放射される。ところで、この領域口の
ｎ電極 ・１には端子１０より逆バイアス電圧が印加さ
れ、ＭＱＷ活性層５に垂直に逆バイアスが加えられてい
る。その結果、いわゆる量子閉じ込めシュタルク効果に
より、量子準位エネルギーのシフＩ・が生じ、逆バイア
ス電圧に応じて発振波長が変１ヒする。 すなわち、領域イ、口とも、領域イが電流注入により励
起され領域口が光照射により励起されている点を除いて
、第２図に示すように、量子井戸層の伝導帯及び価電子
帯の最低量子単位間での誘導遷移と共振器による光帰還
作用とによって、同じメカニズムでレーザ発振を起こす
が、領域口では量子井戸層に垂直に逆バイアス電圧が印
加されることにより量子閉じ込めシュタルク効果によっ
て量子準位間エネルギーがシフトシ、発振波長が変化す
るので、領域イで発生した波長λ、のレーザ光が領域口
において増幅されるとともに波長λ２に変換されたこと
になる。なお第２図でｎ＝１は電子に対する第１量子準
位を、ｎ′＝１は正孔（重い正孔）に対する第１量子準
位を、それぞれ表す。 第３図は第２の実施例を表す、この第３図で、領域口が
波長変換領域となっており、領域ハが変調器領域となっ
ている。すなわちｐ＋層８（基板）の上に、ρ−クラッ
ド層７、超格子層（真性ＭＱＷ活性層５、無秩序化領域
６）、ｎ−クラッド層４、ｎ＋層３、ＳｉＯ□膜２が順
次成長させられており、両脇にＺｎ拡散による拡散領域
１５が形成されることにより超格子層の両脇の部分が無
秩序化領域６とされ、中央の帯状の部分のみが活性層５
とされ、さらに、両面にそれぞれｎ電極１とｎ電極９が
設けられ、２つの部分口、ハに分けられているという構
造は第１図と同じである。 領域口では、図示しないレーザ源からの波長λ１のレー
ザビーム光１４により励起されて光増幅機能が行われて
おり、端子１０より逆バイアス電圧が印加され、波長λ
１からλ２への変換が行われている。この点も第１図の
場合と同じである。 他方、領域ハの端子１３には変調用のパルス状逆バイア
ス電圧が印加されている。すなわち、この変調器領域ハ
では、第４図に示すように伝導帯の最低量子準位ｎ＝１
よりも電子と正孔の結合エネルギーに相当するエネルギ
ー量だけ低い位置に形成されるエネルギー準位、いわゆ
るエクシトン（励起子）準位Ｅｘへの電子の状態遷移に
もとづく光吸収を利用し、光強度工１をＩ２（Ｉｔ＞Ｉ
２）に変換している。量子井戸層に垂直に逆バイアスを
印加すると、量子準位は低エネルギー側つまり長波長側
にシフｌ−Ｌ、それにともなってエクシＩ・ン準位Ｅｘ
も低エネルギー側へシフトするため、エクシトン吸収ス
ペクトルピークが第５図のように長波長側にシフトする
。そこで第５図のように、この領域ハへの入射光の波長
λ２が、逆バイアス電圧非印加時に透過波長領域にあり
、逆バイアス電圧印加時にエクシトン吸収スペクトルの
ピークに一致するよう、逆バイアス電圧等の設定を行う
ことにより、波長λ２の入射光に対するゲート作用を行
わせることができる。この現象はピコ秒のオーダの高速
応答性を持つことから、高速パルス状の逆バイアス電圧
を印加すれば、それに同期して高速パルス変調された出
射レーザビーム光１２を得る。 なお、上記の各実施例では任意の波長に変換された単一
の光を得るようにしているが、第６図のようにレーザ領
域イと波長変換領域口、とを同一基板上に並列的に複数
形成して複数の波長変換領域口に異なる逆バイアス電圧
を与えることにより、それぞれ異なる波長λｌ、λ２の
複数のレーザビーム光を並列的に得ることもできる。ま
た、第７図のように、レーザ領域イ、波長変換領域口、
変調器領域ハを同一基板上に複数並列的に形成すること
に加えて、ＭＱＷ導波路による合波器領域二をも同一基
板上に同一のＭＱＷ構造により形成して、波長多重光通
信システムの光源として使用することもできる。
この発明による半導体レーザは、発振波長の連続的な変
化が可能であり、従来の色素レーザのような取り扱い難
さがなく、小型・軽量・長寿命である。
化が可能であり、従来の色素レーザのような取り扱い難
さがなく、小型・軽量・長寿命である。
第１図はこの発明にかかる半導体レーザの一実施例を示
す模式的な斜視図、第２図は動作説明のためのエネルギ
ーバンド図、第３図は第２の実施例を示す模式的な斜視
図、第４図は第２の実施例における変調器の動作説明の
ためのエネルギーバンド図、第５図は変調器における吸
収特性を表すグラフ、第６図及び第７図はそれぞれ池の
実施例を示す模式的な斜視図である。 １・・・１１電極、２・・・ＳｉＯ□膜、３・・・【ｌ
＋層、４・・・ｎ−クラッド層、５・・・ｉ−ＭＱＷ活
性層、６・・・無秩序化領域、７・・・ρ−クラッド層
、８・・・ｐ＋層、９・・・ｐ電極、１０・・・波長変
換電圧印加用端子、１１・・・電流注入用端子、１２・
・・出射レーザビーム光、１３・・・変調電圧印加用端
子、１４・・・励起用レーザビーム光、１５・・・Ｚｎ
拡散領域、イ・・・励起用ＭＱＷレーザ領域、口・・・
波長変換領域、ハ・・・変調器領域、二・・・合波器領
域。
す模式的な斜視図、第２図は動作説明のためのエネルギ
ーバンド図、第３図は第２の実施例を示す模式的な斜視
図、第４図は第２の実施例における変調器の動作説明の
ためのエネルギーバンド図、第５図は変調器における吸
収特性を表すグラフ、第６図及び第７図はそれぞれ池の
実施例を示す模式的な斜視図である。 １・・・１１電極、２・・・ＳｉＯ□膜、３・・・【ｌ
＋層、４・・・ｎ−クラッド層、５・・・ｉ−ＭＱＷ活
性層、６・・・無秩序化領域、７・・・ρ−クラッド層
、８・・・ｐ＋層、９・・・ｐ電極、１０・・・波長変
換電圧印加用端子、１１・・・電流注入用端子、１２・
・・出射レーザビーム光、１３・・・変調電圧印加用端
子、１４・・・励起用レーザビーム光、１５・・・Ｚｎ
拡散領域、イ・・・励起用ＭＱＷレーザ領域、口・・・
波長変換領域、ハ・・・変調器領域、二・・・合波器領
域。
Claims (1)
- （１）多重量子井戸層と、該多重量子井戸層に光を照射
して励起しレーザ発振を生じさせる光照射手段と、上記
多重量子井戸層に垂直に逆バイアス電圧を加えて該多重
量子井戸層内の量子準位間エネルギーを変化させるバイ
アス印加手段とからなる半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31543086A JPS63168071A (ja) | 1986-12-29 | 1986-12-29 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31543086A JPS63168071A (ja) | 1986-12-29 | 1986-12-29 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63168071A true JPS63168071A (ja) | 1988-07-12 |
Family
ID=18065281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31543086A Pending JPS63168071A (ja) | 1986-12-29 | 1986-12-29 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63168071A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015129668A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | 熱輻射光源、及び該光源に用いる２次元フォトニック結晶 |
-
1986
- 1986-12-29 JP JP31543086A patent/JPS63168071A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015129668A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | 熱輻射光源、及び該光源に用いる２次元フォトニック結晶 |
| JPWO2015129668A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-03-30 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | 熱輻射光源、及び該光源に用いる２次元フォトニック結晶 |
| US9972970B2 (en) | 2014-02-28 | 2018-05-15 | Japan Science And Technology Agency | Thermal emission source and two-dimensional photonic crystal for use in the same emission source |
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