JP2518255B2 - 多重量子井戸型光双安定半導体レ−ザ - Google Patents
多重量子井戸型光双安定半導体レ−ザInfo
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- JP2518255B2 JP2518255B2 JP62044198A JP4419887A JP2518255B2 JP 2518255 B2 JP2518255 B2 JP 2518255B2 JP 62044198 A JP62044198 A JP 62044198A JP 4419887 A JP4419887 A JP 4419887A JP 2518255 B2 JP2518255 B2 JP 2518255B2
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- quantum well
- semiconductor laser
- multiple quantum
- optical
- optical bistable
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/026—Optical bistable devices based on laser effects
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は光通信、光情報処理、光交換などに用いられ
る光双安定半導体レーザに関するものであり、特に多重
量子井戸型光双安定半導体レーザに関する。
る光双安定半導体レーザに関するものであり、特に多重
量子井戸型光双安定半導体レーザに関する。
従来の技術 光交換装置などを構成する記憶／論理演算／増幅等の
機能を有する光素子として、G.J.Lasherが提案した光双
安定半導体レーザが知られている（Solid State Electr
onics、No.7、pp707〜716、1964）。
機能を有する光素子として、G.J.Lasherが提案した光双
安定半導体レーザが知られている（Solid State Electr
onics、No.7、pp707〜716、1964）。
この光双安定半導体レーザは、第４図の斜視図に示す
ように、通常の半導体レーザの電極を共振器軸方向に沿
って２分割することにより、活性層11の一部が像幅領域
12として機能し、他の一部が光吸収領域13として機能で
きるようにしたものである。光増幅領域12では電流注入
が十分に行われ、利得が損失を大幅に上廻る。他方、光
吸収領域13では電流注入がほとんど行なわれず、損失が
利得を上廻る。この状態で、光増幅領域12や光吸収領域
13に光注入や電流注入によるトリガが行なわれると、光
吸収領域13での利得と損失相互の切換えに非線形性があ
るため、半導体レーザの光出力のオン／オフ時にヒステ
リシス（光双安定動作特性）を生ずる。
ように、通常の半導体レーザの電極を共振器軸方向に沿
って２分割することにより、活性層11の一部が像幅領域
12として機能し、他の一部が光吸収領域13として機能で
きるようにしたものである。光増幅領域12では電流注入
が十分に行われ、利得が損失を大幅に上廻る。他方、光
吸収領域13では電流注入がほとんど行なわれず、損失が
利得を上廻る。この状態で、光増幅領域12や光吸収領域
13に光注入や電流注入によるトリガが行なわれると、光
吸収領域13での利得と損失相互の切換えに非線形性があ
るため、半導体レーザの光出力のオン／オフ時にヒステ
リシス（光双安定動作特性）を生ずる。
上述のような光双安定動作を利用した各種の機能素子
が報告されている。例えば、昭和60年度電子通信学会総
合全国大会の第４分冊第28頁に記載された「双安定LDに
よる超高速光メモリ動作実験」と題する富田らの報告が
ある。この報告によれば、幅500psの光パルスのトリガ
信号に対し光メモリ保持時間3nsの超高速動作が認識さ
れている。
が報告されている。例えば、昭和60年度電子通信学会総
合全国大会の第４分冊第28頁に記載された「双安定LDに
よる超高速光メモリ動作実験」と題する富田らの報告が
ある。この報告によれば、幅500psの光パルスのトリガ
信号に対し光メモリ保持時間3nsの超高速動作が認識さ
れている。
発明が解決しようとする問題点 上述した従来の光双安定半導体レーザでは、通常の半
導体レーザをその共振器軸と直交する溝で仕切ることに
よりその両側に光増幅領域と光吸収領域を形成してい
る。このため、通常の半導体レーザで生ずる緩和振動が
この光双安定動作においても生ずる。この緩和振動の存
在は、その周期性から1Gb/s以上の光メモリ動作にかな
り問題となる。
導体レーザをその共振器軸と直交する溝で仕切ることに
よりその両側に光増幅領域と光吸収領域を形成してい
る。このため、通常の半導体レーザで生ずる緩和振動が
この光双安定動作においても生ずる。この緩和振動の存
在は、その周期性から1Gb/s以上の光メモリ動作にかな
り問題となる。
発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明は上記の問題を解消するために、活性層に多重
量子井戸構造を採用し、これにより緩和振動の抑圧され
た高速動作可能な光機能素子を実現している。但し、活
性層を多重量子井戸構造にすると、電極を分割する溝だ
けではその溝直下の活性層部分を可飽和吸収領域にし難
いため、本発明では、溝直下の活性層部分に不純物を導
入して液晶化することで、溝直下の多重量子井戸構造の
活性層部分を確実に可飽和吸収領域としている。
量子井戸構造を採用し、これにより緩和振動の抑圧され
た高速動作可能な光機能素子を実現している。但し、活
性層を多重量子井戸構造にすると、電極を分割する溝だ
けではその溝直下の活性層部分を可飽和吸収領域にし難
いため、本発明では、溝直下の活性層部分に不純物を導
入して液晶化することで、溝直下の多重量子井戸構造の
活性層部分を確実に可飽和吸収領域としている。
実施例 第１図は本発明の一実施例の多重量子井戸型光双安定
半導体レーザの斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ′断面
図である。
半導体レーザの斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ′断面
図である。
第１図と第２図において、21はｐ形GaAs基板、22はｐ
形AlGaAsクラッド層、23は活性層、24はｎ形AlGaAsクラ
ッド層、26はｐ形AlGaAs電流ブロック層、27はｎ形AlGa
As埋め込み層、28はｎ形GaAsキャップ層、29は溝、30は
SiO2膜、31は電子注入用の電極、32は正孔注入用の電
極、33は可飽和吸収領域である。
形AlGaAsクラッド層、23は活性層、24はｎ形AlGaAsクラ
ッド層、26はｐ形AlGaAs電流ブロック層、27はｎ形AlGa
As埋め込み層、28はｎ形GaAsキャップ層、29は溝、30は
SiO2膜、31は電子注入用の電極、32は正孔注入用の電
極、33は可飽和吸収領域である。
第３図は、上記実施例の半導体レーザの製造方法を示
すための断面図である。
すための断面図である。
まず、第３図（ａ）に示すようにｐ形GaAs基板21上に
MBE（分子線エピタキシャル）成長法で厚さ約２μｍの
ｐ形AlGaAsクラッド層22を成長させる。次に、ノンドー
プのGaAsとAlGaAsを交互に多数積層することにより多重
量子井戸構造の活性層23を形成する。注入キャリヤに量
子効果が得られるように、厚み約20ÅのAlGaAs層と厚み
50Å程度のGaAs層が交互に約21層にわたって積層され
る。次に、厚み約２μｍのｎ形AlGaAsクラッド層24を成
長させることにより、多重量子井戸構造のDH（ダブルヘ
テロ）構造の結晶を作成する。
MBE（分子線エピタキシャル）成長法で厚さ約２μｍの
ｐ形AlGaAsクラッド層22を成長させる。次に、ノンドー
プのGaAsとAlGaAsを交互に多数積層することにより多重
量子井戸構造の活性層23を形成する。注入キャリヤに量
子効果が得られるように、厚み約20ÅのAlGaAs層と厚み
50Å程度のGaAs層が交互に約21層にわたって積層され
る。次に、厚み約２μｍのｎ形AlGaAsクラッド層24を成
長させることにより、多重量子井戸構造のDH（ダブルヘ
テロ）構造の結晶を作成する。
次に、第３図（ｂ）に示すように、低い注入電流密度
のもとで単一横モード発振を実現するために、中心部分
の両側をｐ形AlGaAsクラッド層22まで化学エッチングす
ることにより、共振器軸に沿う方向に約２μｍの幅を有
して延在されるメサ構造を形成する。
のもとで単一横モード発振を実現するために、中心部分
の両側をｐ形AlGaAsクラッド層22まで化学エッチングす
ることにより、共振器軸に沿う方向に約２μｍの幅を有
して延在されるメサ構造を形成する。
この後、第３図（ｃ）に示すように、液相エピタキシ
ャル成長法でｐ形AlGaAs電流ブロック層26、ｎ形AlGaAs
埋め込み層27、ｎ形GaAsキャップ層28を順に積層するこ
とにより、上記メサ構造25を埋め込む。
ャル成長法でｐ形AlGaAs電流ブロック層26、ｎ形AlGaAs
埋め込み層27、ｎ形GaAsキャップ層28を順に積層するこ
とにより、上記メサ構造25を埋め込む。
次に、第３図（ｄ）に示すように、ｎ形GaAsキャップ
層28とｎ形AlGaAsクラッド層24の少なくとも一部にエッ
チングが施すことにより、溝29を形成する。この後、第
３図（ｅ）に示すように、溝29の直下の活性層23にZn
（亜鉛）拡散が行われる。このZn拡散に伴い、多重量子
井戸層23が液晶化によって可飽和吸収領域33に変換され
る。
層28とｎ形AlGaAsクラッド層24の少なくとも一部にエッ
チングが施すことにより、溝29を形成する。この後、第
３図（ｅ）に示すように、溝29の直下の活性層23にZn
（亜鉛）拡散が行われる。このZn拡散に伴い、多重量子
井戸層23が液晶化によって可飽和吸収領域33に変換され
る。
このように、溝29の直下の多重量子井戸層を混晶化さ
せるのは、多重量子井戸層自体が低損失であるため溝29
を形成しただけでは電流注入のないこの領域がレーザ発
振波長に対して殆ど透明となり、可飽和吸収領域を形成
し難いからである。
せるのは、多重量子井戸層自体が低損失であるため溝29
を形成しただけでは電流注入のないこの領域がレーザ発
振波長に対して殆ど透明となり、可飽和吸収領域を形成
し難いからである。
次に、第１図、第２図に示すように、ｎ形GaAsキャッ
プ層28上の溝29を除く部分にSiO2膜30がCVD法で密着さ
れ、メサ25構造直下のみ電流が注入されるようないわゆ
る狭ストライプ化が行われる。メサ構造25直上では電子
注入用の電極31が形成されると共に、ｐ形GaAs上には正
孔注入用の電極32が形成され、多重量子井戸型光双安定
半導体レーザが完成する。実際の使用では、電極32をヒ
ートシンクに直結させてマイナスアースとし、電極31へ
は超音波ポンディング等のワイヤ33′により電子注入さ
せる。
プ層28上の溝29を除く部分にSiO2膜30がCVD法で密着さ
れ、メサ25構造直下のみ電流が注入されるようないわゆ
る狭ストライプ化が行われる。メサ構造25直上では電子
注入用の電極31が形成されると共に、ｐ形GaAs上には正
孔注入用の電極32が形成され、多重量子井戸型光双安定
半導体レーザが完成する。実際の使用では、電極32をヒ
ートシンクに直結させてマイナスアースとし、電極31へ
は超音波ポンディング等のワイヤ33′により電子注入さ
せる。
以上、多重量子井戸層をMBE成長法で形成する方法を
例示したが、VPE（気相エピタキシャル）成長法や、MOC
VD（メタル・オーガニック気相ディポジション）成長法
で形成してもよい。
例示したが、VPE（気相エピタキシャル）成長法や、MOC
VD（メタル・オーガニック気相ディポジション）成長法
で形成してもよい。
また、活性層の一部の混晶化にあたってZnを拡散する
方法を例示したが、Znに代えてCd（カドミウム）やＳ
（イオウ）を拡散してもよい。さらに、Si（シリコン）
イオンの注入や、プロトンの照射とその後のアニーリン
グなど、拡散以外の方法で混晶化を行わせてもよい。
方法を例示したが、Znに代えてCd（カドミウム）やＳ
（イオウ）を拡散してもよい。さらに、Si（シリコン）
イオンの注入や、プロトンの照射とその後のアニーリン
グなど、拡散以外の方法で混晶化を行わせてもよい。
また、ｎ形基板を用いる構成を例示したがｐ形基板を
用いてもよい。また、AlGaAs/GaAs系の半導体材料を用
いる構成を例示したが、InP/InGaAsP系など他の適宜な
半導体材料を用いることもできる。
用いてもよい。また、AlGaAs/GaAs系の半導体材料を用
いる構成を例示したが、InP/InGaAsP系など他の適宜な
半導体材料を用いることもできる。
発明の効果 上記実施例の多重量子井戸型光双安定半導体レーザ
は、多重量子井戸構造の活性層23のうち溝29の直下の部
分が可飽和吸収領域33となるため、静特性については、
通常のバルク結晶になる光双安定半導体レーザと同様の
光入出力特性や、光出力−注入電流特性にヒステリシス
特性を持たせることができる。なお、Zn拡散による混晶
化を行わない場合には上記ヒステリシス特性が得られな
いことが確認された。
は、多重量子井戸構造の活性層23のうち溝29の直下の部
分が可飽和吸収領域33となるため、静特性については、
通常のバルク結晶になる光双安定半導体レーザと同様の
光入出力特性や、光出力−注入電流特性にヒステリシス
特性を持たせることができる。なお、Zn拡散による混晶
化を行わない場合には上記ヒステリシス特性が得られな
いことが確認された。
また、活性層23が多重量子井戸層で構成されているた
め、電流閾値の温度特性が通常の半導体レーザに比べて
大幅に改善されている。具体的一例として、電流閾値の
特性パラメータである特性温度T0が従来の60〜70゜Ｋか
ら100゜Ｋ以上に改善された。
め、電流閾値の温度特性が通常の半導体レーザに比べて
大幅に改善されている。具体的一例として、電流閾値の
特性パラメータである特性温度T0が従来の60〜70゜Ｋか
ら100゜Ｋ以上に改善された。
また、動特性に関しては、多重量子井戸構造のため緩
和振動がほとんど生ぜず、また高速変調時のスペクトル
拡がりが小さくほぼ数本に抑圧されることが確認でき
た。このため、長距離伝送にも有利となる。
和振動がほとんど生ぜず、また高速変調時のスペクトル
拡がりが小さくほぼ数本に抑圧されることが確認でき
た。このため、長距離伝送にも有利となる。
このように、緩和振動が生じにくく1Gb/s以上でも光
メモリ動作が可能な高速の光双安定半導体レーザが実現
された。
メモリ動作が可能な高速の光双安定半導体レーザが実現
された。
第１図は本発明の一実施例の多重量子井戸型光双安定半
導体レーザの斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ′断面
図、第３図は上記実施例の多重量子井戸光双安定半導体
レーザの製造方法を説明するための断面図、第４図は従
来の光双安定半導体レーザの構成を示す斜視図である。 21……ｐ形GaAs基板、22……ｐ形AlGaAsクラッド層、23
……活性層、24……ｎ形AlGaAsクラッド層、25……メ
サ、26……ｐ形AlGaAs電流ブロック層、27……ｎ形AlGa
As埋め込み層、28……ｎ形GaAsキャップ層、29……溝、
30……SiO2膜、31……電子注入用の電極、32……正孔注
入用の電極、33……可飽和吸収領域。
導体レーザの斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ′断面
図、第３図は上記実施例の多重量子井戸光双安定半導体
レーザの製造方法を説明するための断面図、第４図は従
来の光双安定半導体レーザの構成を示す斜視図である。 21……ｐ形GaAs基板、22……ｐ形AlGaAsクラッド層、23
……活性層、24……ｎ形AlGaAsクラッド層、25……メ
サ、26……ｐ形AlGaAs電流ブロック層、27……ｎ形AlGa
As埋め込み層、28……ｎ形GaAsキャップ層、29……溝、
30……SiO2膜、31……電子注入用の電極、32……正孔注
入用の電極、33……可飽和吸収領域。
Claims (1)
- 【請求項１】多重量子井戸構造の活性層と、レーザ共振
器面と、このレーザ共振器面を連ねる軸方向に溝を介し
て分割された複数の電極とを備えた多重量子井戸型光双
安定半導体レーザにおいて、 前記溝直下の前記多重量子井戸構造の活性層部分が不純
物を導入されて混晶化されてなることを特徴とする多重
量子井戸型光双安定半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62044198A JP2518255B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 多重量子井戸型光双安定半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62044198A JP2518255B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 多重量子井戸型光双安定半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63211785A JPS63211785A (ja) | 1988-09-02 |
| JP2518255B2 true JP2518255B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=12684873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62044198A Expired - Lifetime JP2518255B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 多重量子井戸型光双安定半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2518255B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02168691A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-06-28 | Fujitsu Ltd | 光双安定半導体レーザ．光双安定レーザ装置及び制御方法 |
| JPH07112095B2 (ja) * | 1989-06-30 | 1995-11-29 | 松下電器産業株式会社 | 超短光パルス発生装置 |
| US5023673A (en) * | 1989-07-21 | 1991-06-11 | At&T Bell Laboratories | Semiconductor mesa structured optical processing devices, with added side-surface recombination centers to improve the speed of operation |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61150293A (ja) * | 1984-12-24 | 1986-07-08 | Nec Corp | 双安定半導体レ−ザ |
-
1987
- 1987-02-27 JP JP62044198A patent/JP2518255B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63211785A (ja) | 1988-09-02 |
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