JP2500525B2 - 微小共振器発光素子 - Google Patents
微小共振器発光素子Info
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- 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]
- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信や光交換、光コン
ピューティングに用いられる微小共振器発光素子に関す
る。
ピューティングに用いられる微小共振器発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】微小共振器発光素子では２つの反射鏡に
よって共振器が形成されており、共振器間隔は媒質内波
長程度の長さとなっている。そして、共振器の内部には
発光源となる活性層が形成されている。微小共振器発光
素子では自然放出光として許されるモードが１つもしく
は少数となっている。自然放出光は、唯一の共振モード
に結合することにより（Ｃ＝１）、発振閾値電流を従来
の大きな体積を持ったレーザに比べて著しく低減するこ
とが可能となる。またレーザの出力光の強度雑音の原因
は、自然放出光であるのでＣ＝１とすることができれ
ば、出力光の強度雑音はショット雑音以下にすることが
できる。
よって共振器が形成されており、共振器間隔は媒質内波
長程度の長さとなっている。そして、共振器の内部には
発光源となる活性層が形成されている。微小共振器発光
素子では自然放出光として許されるモードが１つもしく
は少数となっている。自然放出光は、唯一の共振モード
に結合することにより（Ｃ＝１）、発振閾値電流を従来
の大きな体積を持ったレーザに比べて著しく低減するこ
とが可能となる。またレーザの出力光の強度雑音の原因
は、自然放出光であるのでＣ＝１とすることができれ
ば、出力光の強度雑音はショット雑音以下にすることが
できる。
【０００３】図３は、従来の微小共振器発光素子の断面
構造を示した図である（山本善久ほか、平成２年レーザ
ー学会学術講演会第１０回年次大会，２５ａ３，５〜８
頁，１９９０年）。厚さ７５Åで活性層（＝発光層）と
なるＧａＡｓ量子井戸層３０４が、厚さ２５００Å（−
波長）のＡｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓ層３０５と、３０６の中
央に埋め込まれ、その両側がＡｌＡｓ／Ａｌ0．2Ｇ
ａ0．8Ａｓのλ／４膜からなる分布反射鏡（ＤＢＲ）か
らなっている。活性層の励起はこの例では光で行ってい
る。図中、３０２，３０７は、ＡｌＡｓ、３０３，３０
８は、Ａｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓである。
構造を示した図である（山本善久ほか、平成２年レーザ
ー学会学術講演会第１０回年次大会，２５ａ３，５〜８
頁，１９９０年）。厚さ７５Åで活性層（＝発光層）と
なるＧａＡｓ量子井戸層３０４が、厚さ２５００Å（−
波長）のＡｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓ層３０５と、３０６の中
央に埋め込まれ、その両側がＡｌＡｓ／Ａｌ0．2Ｇ
ａ0．8Ａｓのλ／４膜からなる分布反射鏡（ＤＢＲ）か
らなっている。活性層の励起はこの例では光で行ってい
る。図中、３０２，３０７は、ＡｌＡｓ、３０３，３０
８は、Ａｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、実際にこの
ような微小共振器発光素子を用いるときに問題となるの
は、戻り光誘起雑音である。ある程度以上の発光強度を
確保して微小共振器発光素子を使用するとなると、微小
共振器発光素子といえど通常のレーザで起こる戻り誘起
雑音が発生し、実用上での問題となる。特に微小共振器
発光素子からの出力光は、コヒーレンスの高い光なの
で、戻り光誘起雑音に対する対策が非常に重要となる。
ような微小共振器発光素子を用いるときに問題となるの
は、戻り光誘起雑音である。ある程度以上の発光強度を
確保して微小共振器発光素子を使用するとなると、微小
共振器発光素子といえど通常のレーザで起こる戻り誘起
雑音が発生し、実用上での問題となる。特に微小共振器
発光素子からの出力光は、コヒーレンスの高い光なの
で、戻り光誘起雑音に対する対策が非常に重要となる。
【０００５】微小共振器発光素子の戻り光雑音は、基本
的には現在、光通信の分野で実用に供せられているＤＦ
ＢやＤＢＲ半導体レーザと同程度の戻り光雑音が発生す
るものと推定される。
的には現在、光通信の分野で実用に供せられているＤＦ
ＢやＤＢＲ半導体レーザと同程度の戻り光雑音が発生す
るものと推定される。
【０００６】戻り光誘起雑音を低減する方法としては、
光アイソレータを使用することが考えられる。しかしア
イソレータは、サイズの面で使いづらい問題がある。し
たがって、構造的には戻り光雑音が発生しにくいような
構造が実現されていることが望ましい。
光アイソレータを使用することが考えられる。しかしア
イソレータは、サイズの面で使いづらい問題がある。し
たがって、構造的には戻り光雑音が発生しにくいような
構造が実現されていることが望ましい。
【０００７】そのための方法として、パルセーションに
より発振を多モード化し、時間的なコヒーレンスを低下
させる方法があるが、微小共振器発光素子は、元々、単
一縦モードしか許されていないのでこのような手法は通
用しない。また実際にパルセーションを生じさせるに
は、高周波重畳などの方法が用いられるが、外部にその
ための余分な電気回路を必要とし、望ましくない。
より発振を多モード化し、時間的なコヒーレンスを低下
させる方法があるが、微小共振器発光素子は、元々、単
一縦モードしか許されていないのでこのような手法は通
用しない。また実際にパルセーションを生じさせるに
は、高周波重畳などの方法が用いられるが、外部にその
ための余分な電気回路を必要とし、望ましくない。
【０００８】本発明の目的は、上記問題を解決して戻り
光に対しても安定で過剰雑音を発生しない微小共振器発
光素子を実現することにある。
光に対しても安定で過剰雑音を発生しない微小共振器発
光素子を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による微小共振器発光素子においては、２つ
の反射鏡によって媒質内波長程度の長さの共振器が形成
され、前記共振器の内部には活性層を含む微小共振器発
光素子であって、前記活性層は、前記共振器の内部に立
つ定在波の腹の位置に形成され、その厚さは媒質内波長
の１／５０以下である。
め、本発明による微小共振器発光素子においては、２つ
の反射鏡によって媒質内波長程度の長さの共振器が形成
され、前記共振器の内部には活性層を含む微小共振器発
光素子であって、前記活性層は、前記共振器の内部に立
つ定在波の腹の位置に形成され、その厚さは媒質内波長
の１／５０以下である。
【００１０】また、微小共振器発光素子に意図的に出力
光の０．０５％〜５％を前記微小共振器発光素子に戻す
ための反射部を有しているものである。
光の０．０５％〜５％を前記微小共振器発光素子に戻す
ための反射部を有しているものである。
【００１１】
【作用】活性層が横方向に約３００μｍ、連続的に形成
されており、波長λに比べてずっと長い活性層を持った
通常のＤＦＢやＤＢＲ半導体レーザでは戻り光の電界強
度が強くなる位置に活性層が必ずあり、発光時にはその
影響を活性層を通して必ず受けてしまう。それに対し、
活性層を反射鏡の間に部分的に作るような構造にすると
戻り光雑音が低減できる。何故なら、そのような構造に
すると一種の利得結合型のＤＢＲ素子となるためであ
る。そして、この効果は活性層が共振器の内部に立つ定
在波の腹の位置に形成され、その厚さは媒質内波長の１
／５０以下となると顕著となる。
されており、波長λに比べてずっと長い活性層を持った
通常のＤＦＢやＤＢＲ半導体レーザでは戻り光の電界強
度が強くなる位置に活性層が必ずあり、発光時にはその
影響を活性層を通して必ず受けてしまう。それに対し、
活性層を反射鏡の間に部分的に作るような構造にすると
戻り光雑音が低減できる。何故なら、そのような構造に
すると一種の利得結合型のＤＢＲ素子となるためであ
る。そして、この効果は活性層が共振器の内部に立つ定
在波の腹の位置に形成され、その厚さは媒質内波長の１
／５０以下となると顕著となる。
【００１２】さらに本発明では、このような微小共振器
発光素子に定常的に０．０５％〜５％の戻り光が帰還さ
れているようにする。このように意図的に出力光を戻し
て微小共振器内に戻してやることによって、図２に示す
ように戻り光量がそれ以下で起こる相対雑音強度（ＲＩ
Ｎ）の増加を抑えることができる。
発光素子に定常的に０．０５％〜５％の戻り光が帰還さ
れているようにする。このように意図的に出力光を戻し
て微小共振器内に戻してやることによって、図２に示す
ように戻り光量がそれ以下で起こる相対雑音強度（ＲＩ
Ｎ）の増加を抑えることができる。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明す
る。図１は、本発明の一実施例の素子の構造を示す図で
ある。従来例では上側に光を取り出すようになっている
が、この例ではＧａＡｓ基板１０１を通して光は下側
（基板側）に出てくる。
る。図１は、本発明の一実施例の素子の構造を示す図で
ある。従来例では上側に光を取り出すようになっている
が、この例ではＧａＡｓ基板１０１を通して光は下側
（基板側）に出てくる。
【００１４】厚さ５０Åで活性層（＝発光層）となるＩ
ｎ0．2Ｇａ0．8Ａｓ量子井戸層１０４が、厚さ２５００
Å（約−波長）のＡｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓ層１０５と１０
６との中央に埋め込まれ、その両側がＡｌＡｓ／Ａ
ｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓのλ／４膜からなる分布反射鏡（Ｄ
ＢＲ）からなっている。従って共振器長は一波長程度の
長さとなっている。１０２と１０７とはＡｌＡｓであ
り、１０３と１０８とはＡｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓである。
発振波長は、真空中で９５５ｎｍ（ナノメータ）であ
る。λは媒質内波長である。
ｎ0．2Ｇａ0．8Ａｓ量子井戸層１０４が、厚さ２５００
Å（約−波長）のＡｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓ層１０５と１０
６との中央に埋め込まれ、その両側がＡｌＡｓ／Ａ
ｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓのλ／４膜からなる分布反射鏡（Ｄ
ＢＲ）からなっている。従って共振器長は一波長程度の
長さとなっている。１０２と１０７とはＡｌＡｓであ
り、１０３と１０８とはＡｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓである。
発振波長は、真空中で９５５ｎｍ（ナノメータ）であ
る。λは媒質内波長である。
【００１５】ＧａＡｓ基板１０１の厚さは、１００Åで
あり、その下側にはＳｉＮ１０９がコーティングされて
いる。そして、その反射率は９５５ｎｍの光に対して
０．１％である。
あり、その下側にはＳｉＮ１０９がコーティングされて
いる。そして、その反射率は９５５ｎｍの光に対して
０．１％である。
【００１６】Ｉｎ0．2Ｇａ0．8Ａｓ量子井戸層１０４の
厚さは、媒質内波長の１／５０以下となり、利得結合型
のＤＢＲ素子となっているので本質的に戻り光に対して
は強い。さらに図２の相対雑音強度（ＲＩＮ）の戻り光
量依存性を示す図からも分かるように、戻り光を意図的
に作っている構造となっているので、ＲＩＮは−１４０
ｄＢ以下の値が実現できる。この点、従来例のような構
造では戻り光が０．１％ではＲＩＮは−１４０ｄＢ以上
になっていた。ところが本発明のように強制的に出力光
を素子に戻すことによって、戻り光が約５％まで安定的
にＲＩＮは−１４０ｄＢ以下の値が実現できた。
厚さは、媒質内波長の１／５０以下となり、利得結合型
のＤＢＲ素子となっているので本質的に戻り光に対して
は強い。さらに図２の相対雑音強度（ＲＩＮ）の戻り光
量依存性を示す図からも分かるように、戻り光を意図的
に作っている構造となっているので、ＲＩＮは−１４０
ｄＢ以下の値が実現できる。この点、従来例のような構
造では戻り光が０．１％ではＲＩＮは−１４０ｄＢ以上
になっていた。ところが本発明のように強制的に出力光
を素子に戻すことによって、戻り光が約５％まで安定的
にＲＩＮは−１４０ｄＢ以下の値が実現できた。
【００１７】本実施例では活性層への励起は光で行った
が、素子に電極をつけ、半導体層中にＰＮ接合を形成し
た電流注入構造にももちろん適用できる。また材料もＩ
ｎＰ系など他の化合物半導体を用いてもよい。
が、素子に電極をつけ、半導体層中にＰＮ接合を形成し
た電流注入構造にももちろん適用できる。また材料もＩ
ｎＰ系など他の化合物半導体を用いてもよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、戻り光に対しても安定
で過剰雑音を発生しない微小共振器発光素子を実現する
ことができる。アイソレータが不要となるので小型化が
可能となる。また余分な電気回路も必要ないので装備が
簡単になり、実用性が高い利点がある。
で過剰雑音を発生しない微小共振器発光素子を実現する
ことができる。アイソレータが不要となるので小型化が
可能となる。また余分な電気回路も必要ないので装備が
簡単になり、実用性が高い利点がある。
【図１】本発明の微小共振器発光素子の一実施例の構造
を示す図である。
を示す図である。
【図２】ＲＩＮの戻り光量依存性を示す図である。
【図３】従来例の構造を示す図である。
１０１ ＧａＡｓ基板 １０２ ＡｌＡｓ １０３ Ａｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓ １０４ Ｉｎ0．2Ｇａ0．8Ａｓ量子井戸層 １０５ Ａｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓ １０６ Ａｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓ １０７ ＡｌＡｓ １０８ Ａｌ0．2Ｇａ0．8Ａｓ １０９ ＳｉＮ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/02 Ｈ０１Ｓ 3/08 Ｓ 10/28
Claims (2)
- 【請求項１】 ２つの反射鏡によって媒質内波長程度の
長さの共振器が形成され、前記共振器の内部には活性層
を含む微小共振器発光素子であって、前記活性層は、前
記共振器の内部に立つ定在波の腹の位置に形成され、そ
の厚さは、媒質内波長の１／５０以下であることを特徴
とする微小共振器発光素子。 - 【請求項２】 微小共振器発光素子に意図的に出力光の
０．０５％〜５％を前記微小共振器発光素子に戻すため
の反射部を有していることを特徴とする請求項１に記載
の微小共振器発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41331590A JP2500525B2 (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 微小共振器発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41331590A JP2500525B2 (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 微小共振器発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04221874A JPH04221874A (ja) | 1992-08-12 |
| JP2500525B2 true JP2500525B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=18521985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41331590A Expired - Fee Related JP2500525B2 (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 微小共振器発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500525B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08148755A (ja) * | 1994-11-25 | 1996-06-07 | Nec Corp | 面発光レーザ装置及びその製造方法 |
| JP7233859B2 (ja) * | 2017-06-20 | 2023-03-07 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線発光ダイオード |
-
1990
- 1990-12-21 JP JP41331590A patent/JP2500525B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04221874A (ja) | 1992-08-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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