JP2021005596A - 半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
Description
n型不純物を含有する第1化合物半導体層と、p型不純物を含有する第2化合物半導体層と、前記第1化合物半導体層および前記第2化合物半導体層の間に設けられる発光層と、を有する光共振器と、
前記光共振器に対して、サブナノ秒の時間幅で励起エネルギーを注入するパルス注入手段と、を備え、
前記発光層は、5周期以上の多重量子井戸構造を有し、
前記光共振器の光子寿命の2.5倍よりも短いパルス幅で光パルスを発生する半導体レーザが提供される。
<発明者の得た知見>
まず、発明者等が得た知見について説明する。
次に、本発明の一実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(1)半導体レーザの構成
まず、本実施形態の半導体レーザ10の構成について説明する。
次に、本実施形態の半導体レーザ10の駆動方法について説明する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
上述の実施形態は、必要に応じて、以下に示す変形例のように変更することができる。以下、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明し、上述の実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図7(a)は、本変形例の半導体レーザ70の概略構成図である。図7(a)に示すように、本変形例の半導体レーザ70は、後述する逆バイアス電圧を印加する手段としてのバイアス電源72を有する点で、第1実施形態の半導体レーザ10とは異なっている。
図8は、本変形例の光共振器80の長手方向に沿った縦断面図である。図8に示すように、本変形例の光共振器80は、第2電極32および絶縁層33を有さず、第3電極73を有する点で、第1実施形態の光共振器20とは異なっている。
図9は、本変形例の光共振器90の長手方向に沿った縦断面図である。図9に示すように、本変形例の光共振器90は、吸収領域Z2を有さない点で、第1実施形態の光共振器20とは異なっている。このように、光共振器が利得領域Z1を有し、吸収領域Z2を有さない構造は、シングルセクション構造と呼ばれる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下のように、光共振器の試料1を作製した。
(1)で作製した試料1〜試料8に対して、チタンサファイアレーザを用いて、励起光を照射し、半導体レーザを駆動させた。励起光のパルス幅は2psとし、励起強度は光共振器の閾値の14倍とした。
(2)で発生させた光パルスのパルス幅およびピーク強度の評価を行った結果を、表1に示す。
No.1では、光共振器の光子寿命(2.2ps)より短いパルス幅の光パルス(1.61ps)を発生させることができた。すなわち、多重量子井戸構造を採用し、超利得スイッチング法を用いることで、光共振器の光子寿命より短いパルス幅の光パルスが発生することを確認した。なお、本実施例では50周期の多重量子井戸構造を採用しているが、本願発明者等は、5周期以上の多重量子井戸構造を採用し、超利得スイッチング法を用いることで、光共振器の光子寿命の2.5倍より短いパルス幅の光パルスが発生すること、さらに、光共振器の光子寿命より短いパルス幅の光パルスが発生することを確認している。
No.1〜No.8では、光パルスのピーク強度が9.6〜25.2Wの範囲で変化した。すなわち、吸収領域の幅を変えることで、発生する光パルスのピーク強度を制御できることを確認した。
以下、本発明の好ましい態様を付記する。
本発明の一態様によれば、
n型不純物を含有する第1化合物半導体層と、p型不純物を含有する第2化合物半導体層と、前記第1化合物半導体層および前記第2化合物半導体層の間に設けられる発光層と、を有する光共振器と、
前記光共振器に対して、サブナノ秒(1ns未満)の時間幅で励起エネルギーを注入するパルス注入手段と、を備え、
前記発光層は、5周期以上の多重量子井戸構造を有し、
前記光共振器の光子寿命の2.5倍よりも短いパルス幅で光パルスを発生する半導体レーザが提供される。好ましくは、前記光パルスの前記パルス幅は、前記光子寿命の2.0倍よりも短い。より好ましくは、前記光パルスの前記パルス幅は、前記光子寿命の1.5倍よりも短い。好ましくは、前記時間幅は600ps未満である。より好ましくは、前記時間幅は70ps未満である。また、前記時間幅は、例えば900ps未満の範囲内で設定されてもよいし、また例えば800ps未満の範囲内で設定されてもよいし、また例えば700ps未満の範囲内で設定されてもよいし、また例えば600ps未満の範囲内で設定されてもよいし、また例えば500ps未満の範囲内で設定されてもよいし、また例えば400ps未満の範囲内で設定されてもよいし、また例えば300ps未満の範囲内で設定されてもよいし、また例えば200ps未満の範囲内で設定されてもよいし、また例えば100ps未満の範囲内で設定されてもよい。
付記1に記載の半導体レーザであって、
前記光共振器の光子寿命よりも短いパルス幅で光パルスを発生する(前記励起エネルギーを注入する前記時間幅は、前記光パルスの前記パルス幅が前記光共振器の光子寿命よりも短くなるように設定されている)。好ましくは、前記光パルスの前記パルス幅は、1ps未満である。
付記1または付記2に記載の半導体レーザであって、
前記発光層は、10周期以上の多重量子井戸構造を有する。好ましくは、前記発光層は、20周期以上の多重量子井戸構造を有する。
付記1から付記3のいずれか1つに記載の半導体レーザであって、
前記光共振器は、発振方向に沿って利得領域と吸収領域とに分離されたマルチセクション構造をさらに有する。
付記4に記載の半導体レーザであって、
前記吸収領域に対して逆バイアス電圧を印加する手段をさらに備える。
11 パルス注入手段
20 光共振器
21 第1化合物半導体層
22 第2化合物半導体層
23 発光層
24 井戸層
25 障壁層
31 第1電極
32 第2電極
33 絶縁層
70 半導体レーザ
71 光共振器
72 バイアス電源
73 第3電極
74 分離溝
80 光共振器
90 光共振器
Z1 利得領域
Z2 吸収領域
Claims (5)
- n型不純物を含有する第1化合物半導体層と、p型不純物を含有する第2化合物半導体層と、前記第1化合物半導体層および前記第2化合物半導体層の間に設けられる発光層と、を有する光共振器と、
前記光共振器に対して、サブナノ秒の時間幅で励起エネルギーを注入するパルス注入手段と、を備え、
前記発光層は、5周期以上の多重量子井戸構造を有し、
前記光共振器の光子寿命の2.5倍よりも短いパルス幅で光パルスを発生する半導体レーザ。 - 前記光共振器の光子寿命よりも短いパルス幅で光パルスを発生する請求項1に記載の半導体レーザ。
- 前記発光層は、10周期以上の多重量子井戸構造を有する請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ。
- 前記光共振器は、発振方向に沿って利得領域と吸収領域とに分離されたマルチセクション構造をさらに有する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体レーザ。
- 前記吸収領域に対して逆バイアス電圧を印加する手段をさらに備える請求項4に記載の半導体レーザ。
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