JP2822994B2 - モード同期半導体レーザ - Google Patents
モード同期半導体レーザInfo
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- 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
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- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
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- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—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
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理や光通
信等の分野で利用可能な超短光パルスを発生するモード
同期半導体レーザの実現方法に関する。
信等の分野で利用可能な超短光パルスを発生するモード
同期半導体レーザの実現方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、モード同期半導体レーザは、
簡便に超高速光パルスを発生させる手段として、光通信
あるいは光情報処理システムへの適用が期待されてい
る。モード同期半導体レーザを実現する方式としては、
受動モード同期半導体レーザと能動モード同期半導体レ
ーザとの２つの方式がある。
簡便に超高速光パルスを発生させる手段として、光通信
あるいは光情報処理システムへの適用が期待されてい
る。モード同期半導体レーザを実現する方式としては、
受動モード同期半導体レーザと能動モード同期半導体レ
ーザとの２つの方式がある。
【０００３】図３は、従来の受動モード同期半導体レー
ザの一構成例を示す概略構造図であり、アイ・トリプル
イー・ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス
誌（IEEE Journal of Quantum Electronics）、第３１
巻１０５１頁において、ジョーンズ（D.J.Jones）らに
より開示されているものである。
ザの一構成例を示す概略構造図であり、アイ・トリプル
イー・ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス
誌（IEEE Journal of Quantum Electronics）、第３１
巻１０５１頁において、ジョーンズ（D.J.Jones）らに
より開示されているものである。
【０００４】本従来例は図３に示すように、利得領域２
１と可飽和吸収領域２２とに電気的に分離されており、
それぞれ別々に電流注入またはバイアス電圧印加が行わ
れるように構成されている。
１と可飽和吸収領域２２とに電気的に分離されており、
それぞれ別々に電流注入またはバイアス電圧印加が行わ
れるように構成されている。
【０００５】なお、可飽和吸収領域２２は、適当な逆バ
イアス電圧が印加された際に光を吸収することによって
自らの吸収係数が減少するという飽和特性を有してい
る。
イアス電圧が印加された際に光を吸収することによって
自らの吸収係数が減少するという飽和特性を有してい
る。
【０００６】また、導波路構造の利得領域２１側の端面
は、劈開等により空気と接する境界面となっており３０
％程度の反射率を有する反射鏡として働く。また、可飽
和吸収領域２２側の端面は、誘電体多層膜がコーティン
グされることにより１００％近い反射率を有する反射鏡
２６となっており、光共振器構造が形成されている。
は、劈開等により空気と接する境界面となっており３０
％程度の反射率を有する反射鏡として働く。また、可飽
和吸収領域２２側の端面は、誘電体多層膜がコーティン
グされることにより１００％近い反射率を有する反射鏡
２６となっており、光共振器構造が形成されている。
【０００７】このような構造を有する半導体レーザにお
いては、利得領域２１に注入する電流の量及び可飽和吸
収領域２２に印加する逆バイアス電圧を調節することに
より、自己脈動（セルフ・パルセーション）動作した
り、自己スタートによりモード同期動作することが知ら
れている。
いては、利得領域２１に注入する電流の量及び可飽和吸
収領域２２に印加する逆バイアス電圧を調節することに
より、自己脈動（セルフ・パルセーション）動作した
り、自己スタートによりモード同期動作することが知ら
れている。
【０００８】図４は、従来の能動モード同期半導体レー
ザの一構成例を示す概略構造図であり、アイ・トリプル
イー・ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス
誌（IEEE Journal of Quantum Electronics）、第２８
巻２１８６頁において、デリクソン（D.J.Derickson）
らにより開示されているものである。
ザの一構成例を示す概略構造図であり、アイ・トリプル
イー・ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス
誌（IEEE Journal of Quantum Electronics）、第２８
巻２１８６頁において、デリクソン（D.J.Derickson）
らにより開示されているものである。
【０００９】本従来例は図４に示すように、利得領域３
１と可飽和吸収領域３２と利得変調領域３３との３つの
領域からなる導波路構造３８を有するものであり、利得
領域３１、可飽和吸収領域３２及び利得変調領域３３
は、互いに電気的に分離されており、それぞれ別々に電
流注入またはバイアス電圧印加が行われるように構成さ
れている。
１と可飽和吸収領域３２と利得変調領域３３との３つの
領域からなる導波路構造３８を有するものであり、利得
領域３１、可飽和吸収領域３２及び利得変調領域３３
は、互いに電気的に分離されており、それぞれ別々に電
流注入またはバイアス電圧印加が行われるように構成さ
れている。
【００１０】なお、導波路構造の両端面は、劈開等によ
り空気と接する境界面となっており３０％程度の反射率
を有する反射鏡として働き、光共振器構造が形成されて
いる。
り空気と接する境界面となっており３０％程度の反射率
を有する反射鏡として働き、光共振器構造が形成されて
いる。
【００１１】利得領域３１には、直流電源より定常的に
電流が注入され、可飽和吸収領域３２には、逆バイアス
電圧が印加され、利得変調領域３３には、外部に設けら
れた電源より、光共振器中の光周回時間の整数倍の周期
で変調された成分が重畳された順バイアス電圧が印加さ
れて電流が注入される。
電流が注入され、可飽和吸収領域３２には、逆バイアス
電圧が印加され、利得変調領域３３には、外部に設けら
れた電源より、光共振器中の光周回時間の整数倍の周期
で変調された成分が重畳された順バイアス電圧が印加さ
れて電流が注入される。
【００１２】このような構造を有する半導体レーザにお
いては、利得領域３１に注入する電流の量、可飽和吸収
領域３２に印加する逆バイアス電圧、並びに、利得変調
領域３３に注入する電流の変調度及び周波数を調節する
ことにより、モード同期動作を行わせることが可能であ
ることが知られている。
いては、利得領域３１に注入する電流の量、可飽和吸収
領域３２に印加する逆バイアス電圧、並びに、利得変調
領域３３に注入する電流の変調度及び周波数を調節する
ことにより、モード同期動作を行わせることが可能であ
ることが知られている。
【００１３】上述した２つの従来例は、端面劈開によっ
て光共振器構造が導波路構造と一体化された、いわゆる
モノリシックなモード同期半導体レーザであるが、上記
劈開面の１つまたは２つが外部鏡や波長選択的に反射鏡
として動作する回折格子に置き換えられて外部共振器が
構成されている例もある。外部共振器においては、共振
器長を長くとることができるので、光共振器中の光周回
時間を長くすることができ、低いパルス光の繰り返し周
波数を得ることができる。
て光共振器構造が導波路構造と一体化された、いわゆる
モノリシックなモード同期半導体レーザであるが、上記
劈開面の１つまたは２つが外部鏡や波長選択的に反射鏡
として動作する回折格子に置き換えられて外部共振器が
構成されている例もある。外部共振器においては、共振
器長を長くとることができるので、光共振器中の光周回
時間を長くすることができ、低いパルス光の繰り返し周
波数を得ることができる。
【００１４】なお、通常、劈開によってモノリシックな
共振器構造を形成した場合、共振器長にもよるが、繰り
返し周波数は１０ＧＨｚ程度以上となる。
共振器構造を形成した場合、共振器長にもよるが、繰り
返し周波数は１０ＧＨｚ程度以上となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のモード同期半導体レーザにおいては、以
下に記載するような問題点がある。
たような従来のモード同期半導体レーザにおいては、以
下に記載するような問題点がある。
【００１６】（１）受動同期モード半導体レーザにおい
てモード同期動作の自己スタート条件を満たすために
は、レーザの構造を十分に最適化しなければならない
が、現状では、最適化するための設計原理が明確となっ
ていないため、多種の構造を有するサンプルを作製し、
その中から試行錯誤により自己スタート条件を満たす素
子を探さなければならなかった。
てモード同期動作の自己スタート条件を満たすために
は、レーザの構造を十分に最適化しなければならない
が、現状では、最適化するための設計原理が明確となっ
ていないため、多種の構造を有するサンプルを作製し、
その中から試行錯誤により自己スタート条件を満たす素
子を探さなければならなかった。
【００１７】そのため、素子の歩留り率が悪く、素子の
設計変更が困難となってしまう。
設計変更が困難となってしまう。
【００１８】（２）受動モード同期半導体レーザにおい
て自己スタート条件を満たす素子が得られたとしても、
モード同期動作が可能な条件が狭く、所望の条件（パワ
ー、繰り返し等）において利用するのが困難となってし
まう。
て自己スタート条件を満たす素子が得られたとしても、
モード同期動作が可能な条件が狭く、所望の条件（パワ
ー、繰り返し等）において利用するのが困難となってし
まう。
【００１９】（３）能動モード同期半導体レーザにおい
ても、モード同期動作が可能な条件が狭く、所望の条件
（パワー、繰り返し等）において利用するのが困難とな
ってしまう。
ても、モード同期動作が可能な条件が狭く、所望の条件
（パワー、繰り返し等）において利用するのが困難とな
ってしまう。
【００２０】（４）受動及び能動同期半導体レーザに共
通して、パルス繰り返し周波数の安定度が低く、ジッタ
が大きい。
通して、パルス繰り返し周波数の安定度が低く、ジッタ
が大きい。
【００２１】この問題点は、モード同期半導体レーザを
光情報処理システムにおけるクロック源として用いるた
めには、必ず解決しなければならないものである。
光情報処理システムにおけるクロック源として用いるた
めには、必ず解決しなければならないものである。
【００２２】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、設計上にお
ける動作制限が緩く、かつ、動作条件が広く、ジッタの
少ない安定性の優れたモード同期半導体レーザを提供す
ることを目的とする。
する問題点に鑑みてなされたものであって、設計上にお
ける動作制限が緩く、かつ、動作条件が広く、ジッタの
少ない安定性の優れたモード同期半導体レーザを提供す
ることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光を発生し増幅させる利得領域と、該利得
領域において発生した光を吸収し、それにより自らの吸
収係数が減少する可飽和吸収領域とを含む光共振器から
構成されるモード同期半導体レーザにおいて、前記利得
領域は、熱的ド・ブロイ波長程度のサイズを有する２次
元あるいは３次元キャリア閉じ込め構造の半導体利得材
料により形成され、かつ、利得スペクトルが光共振器中
の光周回時間の逆数の整数倍の周波数周期で離散的なピ
ークを有するようにキャリア閉じ込め構造の半導体のサ
イズが制御されていることを特徴とする。
に本発明は、光を発生し増幅させる利得領域と、該利得
領域において発生した光を吸収し、それにより自らの吸
収係数が減少する可飽和吸収領域とを含む光共振器から
構成されるモード同期半導体レーザにおいて、前記利得
領域は、熱的ド・ブロイ波長程度のサイズを有する２次
元あるいは３次元キャリア閉じ込め構造の半導体利得材
料により形成され、かつ、利得スペクトルが光共振器中
の光周回時間の逆数の整数倍の周波数周期で離散的なピ
ークを有するようにキャリア閉じ込め構造の半導体のサ
イズが制御されていることを特徴とする。
【００２４】また、光を発生し増幅させる利得領域と、
外部からの信号に基づいて光学特性を変化させることに
よって光の振幅または位相を変調させる光変調領域とを
含む光共振器から構成されるモード同期半導体レーザに
おいて、前記利得領域は、熱的ド・ブロイ波長程度のサ
イズを有する２次元あるいは３次元キャリア閉じ込め構
造の半導体利得材料により形成され、かつ、利得スペク
トルが光共振器中の光周回時間の逆数の整数倍の周波数
周期で離散的なピークを有するようにキャリア閉じ込め
構造の半導体のサイズが制御されていることを特徴とす
る。
外部からの信号に基づいて光学特性を変化させることに
よって光の振幅または位相を変調させる光変調領域とを
含む光共振器から構成されるモード同期半導体レーザに
おいて、前記利得領域は、熱的ド・ブロイ波長程度のサ
イズを有する２次元あるいは３次元キャリア閉じ込め構
造の半導体利得材料により形成され、かつ、利得スペク
トルが光共振器中の光周回時間の逆数の整数倍の周波数
周期で離散的なピークを有するようにキャリア閉じ込め
構造の半導体のサイズが制御されていることを特徴とす
る。
【００２５】（作用）以下に、上記のように構成された
本発明の基本的な作用について説明する。
本発明の基本的な作用について説明する。
【００２６】近年、量子細線や量子ドット等と呼ばれる
微小サイズの低次元キャリア閉じ込め構造の電子デバイ
スや光デバイスへの応用研究が盛んである。これらの低
次元キャリア閉じ込め構造は、閉じ込めサイズがキャリ
ア系の熱的ド・ブロイ波長λ T（λT＝ｈ／（２πｍｋB
Ｔ）1/2；ｍ：キャリアの有効質量）程度であることが
特徴であり、このためにいわゆる量子効果と呼ばれる効
果が得られるものと期待されている。
微小サイズの低次元キャリア閉じ込め構造の電子デバイ
スや光デバイスへの応用研究が盛んである。これらの低
次元キャリア閉じ込め構造は、閉じ込めサイズがキャリ
ア系の熱的ド・ブロイ波長λ T（λT＝ｈ／（２πｍｋB
Ｔ）1/2；ｍ：キャリアの有効質量）程度であることが
特徴であり、このためにいわゆる量子効果と呼ばれる効
果が得られるものと期待されている。
【００２７】光デバイスにとって、これらの量子力学的
サイズにおける低次元キャリア閉じ込め構造（以下、量
子閉じ込め構造と称す）のメリットは、その状態密度が
急峻になるということである。これは、物理的にいえ
ば、媒体中に存在しうる双極子（電子−ホール対）を、
ある離散的な遷移エネルギー状態に集中させることがで
きるということを意味している。このようなことが可能
になるのは、キャリアを空間的に閉じ込めることによっ
てキャリアの非個別性が失われ、その結果、パウリの排
他律が緩和されるためである（パウリの排他律が効かな
いと、交換相互作用が生じないためエネルギー準位の縮
退が解けない）。
サイズにおける低次元キャリア閉じ込め構造（以下、量
子閉じ込め構造と称す）のメリットは、その状態密度が
急峻になるということである。これは、物理的にいえ
ば、媒体中に存在しうる双極子（電子−ホール対）を、
ある離散的な遷移エネルギー状態に集中させることがで
きるということを意味している。このようなことが可能
になるのは、キャリアを空間的に閉じ込めることによっ
てキャリアの非個別性が失われ、その結果、パウリの排
他律が緩和されるためである（パウリの排他律が効かな
いと、交換相互作用が生じないためエネルギー準位の縮
退が解けない）。
【００２８】本発明は、閉じ込めサイズを人工的に自由
に設計／制御することが可能であるという量子閉じ込め
構造の特性を利用するものである。量子閉じ込め構造に
おいては、各量子構造のサイズを制御することにより遷
移エネルギーを制御することができ、それにより、系全
体として見たときの状態密度の形状を自在にコントロー
ルすることができる。これを利用すれば、量子閉じ込め
系の利得スペクトルを自由に設計することができる。
に設計／制御することが可能であるという量子閉じ込め
構造の特性を利用するものである。量子閉じ込め構造に
おいては、各量子構造のサイズを制御することにより遷
移エネルギーを制御することができ、それにより、系全
体として見たときの状態密度の形状を自在にコントロー
ルすることができる。これを利用すれば、量子閉じ込め
系の利得スペクトルを自由に設計することができる。
【００２９】半径Ｒを有する球形の量子ドット構造の数
をＮ（Ｒ）とすると、これに対応する系全体としての状
態密度はｄＮ／ｄＥで与えられる。ここで、Ｅは遷移エ
ネルギーである。Ｎ（Ｒ）を制御することにより、所望
の状態密度を作り出すことができる。隣り合う量子構造
間の距離が十分離れている場合には量子間構造間での励
起移乗は無視でき、これら量子構造に等確率で均一にキ
ャリアが注入されるはずであるから状態密度形状に直接
比例した利得スペクトルが得られるはずである。
をＮ（Ｒ）とすると、これに対応する系全体としての状
態密度はｄＮ／ｄＥで与えられる。ここで、Ｅは遷移エ
ネルギーである。Ｎ（Ｒ）を制御することにより、所望
の状態密度を作り出すことができる。隣り合う量子構造
間の距離が十分離れている場合には量子間構造間での励
起移乗は無視でき、これら量子構造に等確率で均一にキ
ャリアが注入されるはずであるから状態密度形状に直接
比例した利得スペクトルが得られるはずである。
【００３０】本発明においては、上述した原理を用い
て、サイズが制御された量子閉じ込め系により、周期が
モード同期繰り返し周波数（光共振器中の光周回時間の
逆数）の整数倍に等しい離散的利得スペクトルを有する
利得媒体を作製し、モード同期半導体レーザの利得媒質
として利用する。
て、サイズが制御された量子閉じ込め系により、周期が
モード同期繰り返し周波数（光共振器中の光周回時間の
逆数）の整数倍に等しい離散的利得スペクトルを有する
利得媒体を作製し、モード同期半導体レーザの利得媒質
として利用する。
【００３１】よく知られているように、モード同期動作
が行われているレーザの発振スペクトルは、周期がモー
ド同期繰り返し周波数（共振器中の光周回時間の逆数）
に等しい離散的スペクトル構造を有する。モード同期動
作が行われない場合やモード同期動作が不安定な場合
は、このスペクトル構造が破壊される。そこで、利得媒
質として、予めモード同期時の発振スペクトル形状に似
た利得スペクトルを有する媒質を利用すれば、モード同
期動作が安定する。したがって、このような離散的利得
スペクトルを有する利得媒質を用いれば、従来技術の問
題点を解決した安定でかつ動作条件範囲の広いモード同
期半導体レーザが実現される。
が行われているレーザの発振スペクトルは、周期がモー
ド同期繰り返し周波数（共振器中の光周回時間の逆数）
に等しい離散的スペクトル構造を有する。モード同期動
作が行われない場合やモード同期動作が不安定な場合
は、このスペクトル構造が破壊される。そこで、利得媒
質として、予めモード同期時の発振スペクトル形状に似
た利得スペクトルを有する媒質を利用すれば、モード同
期動作が安定する。したがって、このような離散的利得
スペクトルを有する利得媒質を用いれば、従来技術の問
題点を解決した安定でかつ動作条件範囲の広いモード同
期半導体レーザが実現される。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
いて図面を参照して説明する。
【００３３】図１は、本発明のモード同期半導体レーザ
の実施の一形態を示す断面図であり、半導体の成長層に
平行な方向に光を出射する端面発光型の受動モード半導
体レーザを示す。
の実施の一形態を示す断面図であり、半導体の成長層に
平行な方向に光を出射する端面発光型の受動モード半導
体レーザを示す。
【００３４】本形態は図１に示すように、ｐ型電極及び
ｎ型電極のうち、エピタキシャル成長面側に位置する電
極が２つ以上の電極（図では２つのｐ型電極１２，１
３）に分割されており、互いに、低損失の導波路領域２
を挟んで、光を発生し増幅させる利得領域１と、利得領
域１において発生して導波路領域２内を導波された光を
吸収し、それにより自らの吸収係数が減少する可飽和吸
収領域３とは電気的に分離されている。
ｎ型電極のうち、エピタキシャル成長面側に位置する電
極が２つ以上の電極（図では２つのｐ型電極１２，１
３）に分割されており、互いに、低損失の導波路領域２
を挟んで、光を発生し増幅させる利得領域１と、利得領
域１において発生して導波路領域２内を導波された光を
吸収し、それにより自らの吸収係数が減少する可飽和吸
収領域３とは電気的に分離されている。
【００３５】以下に、図１に示したモード同期半導体レ
ーザの製造方法について説明する。
ーザの製造方法について説明する。
【００３６】ＭＯＶＰＥ等の薄膜成長装置を用いて、ま
ず、ｎ−ＩｎＰ基板４上にｎ−ＩｎＰクラッド層５を成
長させる。
ず、ｎ−ＩｎＰ基板４上にｎ−ＩｎＰクラッド層５を成
長させる。
【００３７】次に、ｎ−ＩｎＰクラッド層５上に、Ｓｔ
ｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔｒａｎｏｗ成長法（半導体歪
層成長時に２次元成長から３次元成長へ成長モードが変
化することを利用する量子ドット構造成長法）等によっ
て、ＩｎＧａＡｓＰ量子ドット構造を形成し、ｉ−Ｉｎ
Ｐで埋め込むことを繰り返し行い、多層のＩｎＧａＡｓ
Ｐ量子ドット層を含む活性層６を形成する。
ｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔｒａｎｏｗ成長法（半導体歪
層成長時に２次元成長から３次元成長へ成長モードが変
化することを利用する量子ドット構造成長法）等によっ
て、ＩｎＧａＡｓＰ量子ドット構造を形成し、ｉ−Ｉｎ
Ｐで埋め込むことを繰り返し行い、多層のＩｎＧａＡｓ
Ｐ量子ドット層を含む活性層６を形成する。
【００３８】次に、活性層６上にｐ−ＩｎＰクラッド層
７を成長させる。
７を成長させる。
【００３９】次に、化学エッチング等の方法により、導
波路領域２及び可飽和吸収領域３に相当する領域をｎ−
ＩｎＰクラッド層５の中間まで除去する。
波路領域２及び可飽和吸収領域３に相当する領域をｎ−
ＩｎＰクラッド層５の中間まで除去する。
【００４０】次に、ＭＯＶＰＥ等の成長装置を用いて、
導波路領域２及び可飽和吸収領域３に相当する領域のｎ
−ＩｎＰクラッド層５上にｎ−ＩｎＰクラッド層８を、
ｎ−ＩｎＰクラッド層８上にバンドギャップがレーザ発
振の光子エネルギーよりも大きな組成を有する導波路層
９を、導波路層９上にｐ−ＩｎＰクラッド層１０を順次
成長させる。
導波路領域２及び可飽和吸収領域３に相当する領域のｎ
−ＩｎＰクラッド層５上にｎ−ＩｎＰクラッド層８を、
ｎ−ＩｎＰクラッド層８上にバンドギャップがレーザ発
振の光子エネルギーよりも大きな組成を有する導波路層
９を、導波路層９上にｐ−ＩｎＰクラッド層１０を順次
成長させる。
【００４１】次に、利得領域１に形成されたｐ−ＩｎＰ
クラッド層７上に、電流を注入するためのｐ型電極１２
を形成し、また、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０上の可飽和
吸収領域３に相当する部分に、逆バイアス電圧を印加す
るためのｐ型電極１３を形成する。
クラッド層７上に、電流を注入するためのｐ型電極１２
を形成し、また、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０上の可飽和
吸収領域３に相当する部分に、逆バイアス電圧を印加す
るためのｐ型電極１３を形成する。
【００４２】その後、基板を研磨し、ｎ−ＩｎＰ基板４
の裏面にｎ型電極１４を形成する。
の裏面にｎ型電極１４を形成する。
【００４３】なお、可飽和吸収領域３のｐ型電極１３の
下部においては、逆バイアス電圧が印加されることによ
り電界がかかると、フランツ・ケルディッシュ効果によ
りバンドギャップが小さくなり、可飽和吸収層１１とし
て機能する。
下部においては、逆バイアス電圧が印加されることによ
り電界がかかると、フランツ・ケルディッシュ効果によ
りバンドギャップが小さくなり、可飽和吸収層１１とし
て機能する。
【００４４】また、素子の両端は、劈開により３０％程
度の反射率を有する反射鏡として機能し、光共振器が構
成される。
度の反射率を有する反射鏡として機能し、光共振器が構
成される。
【００４５】以上説明したモード同期半導体レーザの構
造自体は、公知のものである。
造自体は、公知のものである。
【００４６】本形態においては、活性層６を形成する際
に、熱的ド・ブロイ波長程度のサイズを有する２次元あ
るいは３次元キャリア閉じ込め構造の半導体利得材料に
より形成し、かつ、利得スペクトルが光共振器中の光周
回時間の逆数の整数倍の周波数周期で離散的なピークを
有するようにキャリア閉じ込め構造の半導体のサイズを
制御するように構成した。すなわち、各量子ドット層が
それぞれ異なる遷移周波数を有するように、各量子ドッ
ト形成ごとに成長条件を変化させた。
に、熱的ド・ブロイ波長程度のサイズを有する２次元あ
るいは３次元キャリア閉じ込め構造の半導体利得材料に
より形成し、かつ、利得スペクトルが光共振器中の光周
回時間の逆数の整数倍の周波数周期で離散的なピークを
有するようにキャリア閉じ込め構造の半導体のサイズを
制御するように構成した。すなわち、各量子ドット層が
それぞれ異なる遷移周波数を有するように、各量子ドッ
ト形成ごとに成長条件を変化させた。
【００４７】量子ドット構造を半径Ｒの球形と近似した
とき、最低次の遷移エネルギーは、近似的に、
とき、最低次の遷移エネルギーは、近似的に、
【００４８】
【数１】 で与えられる。ここで、Ｅgはバンドギャップエネルギ
ー、ｍe，ｍhはそれぞれ電子及びホールの有効質量であ
る。
ー、ｍe，ｍhはそれぞれ電子及びホールの有効質量であ
る。
【００４９】したがって、各量子ドット層毎に成長条件
を変化させ、各量子ドット層毎にサイズの異なる量子ド
ット層を形成することが可能であり、各量子ドット層毎
に遷移エネルギーの異なる量子ドット層を形成すること
ができる。
を変化させ、各量子ドット層毎にサイズの異なる量子ド
ット層を形成することが可能であり、各量子ドット層毎
に遷移エネルギーの異なる量子ドット層を形成すること
ができる。
【００５０】図２は、図１に示した活性層６における特
性を示す図であり、（ａ）は量子ドット数の量子ドット
サイズの依存性を示す図、（ｂ）は状態密度スペクトル
を示す図、（ｃ）は利得スペクトルを示す図である。
性を示す図であり、（ａ）は量子ドット数の量子ドット
サイズの依存性を示す図、（ｂ）は状態密度スペクトル
を示す図、（ｃ）は利得スペクトルを示す図である。
【００５１】図２に示すように、活性層における利得ス
ペクトルは、量子ドット層毎の量子ドットサイズの変化
を反映して離散的なスペクトル構造を有する。このと
き、この離散スペクトルのエネルギー間隔ΔＥがレーザ
共振器中の光走行時間ｔrの逆数と一致するように成長
条件を調節した。
ペクトルは、量子ドット層毎の量子ドットサイズの変化
を反映して離散的なスペクトル構造を有する。このと
き、この離散スペクトルのエネルギー間隔ΔＥがレーザ
共振器中の光走行時間ｔrの逆数と一致するように成長
条件を調節した。
【００５２】これにより、通常の受動モード同期半導体
レーザの動作原理に加えて、安定なモード同期動作がも
たらされる。
レーザの動作原理に加えて、安定なモード同期動作がも
たらされる。
【００５３】本形態における受動モード同期半導体レー
ザを用いた場合、従来の受動モード同期半導体レーザと
比べると、動作条件が５倍〜１０倍と広く、ジッタの大
きさは１／１０であるという優れた特性が得られること
が判明した。
ザを用いた場合、従来の受動モード同期半導体レーザと
比べると、動作条件が５倍〜１０倍と広く、ジッタの大
きさは１／１０であるという優れた特性が得られること
が判明した。
【００５４】なお、可飽和吸収領域３の代わりに、外部
からの信号に基づいて吸収係数または屈折率等の光学特
性を変化させることによって光の振幅または位相を変調
させる光変調領域を設けてもよい。
からの信号に基づいて吸収係数または屈折率等の光学特
性を変化させることによって光の振幅または位相を変調
させる光変調領域を設けてもよい。
【００５５】本形態においては、ある半導体材料を例に
挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。本形態においては、量子閉じ込め構造にＩｎＧａ
Ａｓを、また、バリア層にＩｎＰを用いたレーザを一例
として説明したが、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，
ＩｎＧａＡｓＰ等の他の半導体材料を用いたモード同期
半導体レーザに適用することも可能である。
挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。本形態においては、量子閉じ込め構造にＩｎＧａ
Ａｓを、また、バリア層にＩｎＰを用いたレーザを一例
として説明したが、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，
ＩｎＧａＡｓＰ等の他の半導体材料を用いたモード同期
半導体レーザに適用することも可能である。
【００５６】また、本形態においては、２電極端面発光
型受動モード同期半導体レーザの例について説明した
が、他の構造、例えば、面発光型レーザや多電極レー
ザ、能動モード同期半導体レーザ、受動能動ハイブリッ
トモード同期レーザ等の別種の構造を用いた場合にも適
用することができることはいうまでもない。
型受動モード同期半導体レーザの例について説明した
が、他の構造、例えば、面発光型レーザや多電極レー
ザ、能動モード同期半導体レーザ、受動能動ハイブリッ
トモード同期レーザ等の別種の構造を用いた場合にも適
用することができることはいうまでもない。
【００５７】さらに、本形態においては、モード同期半
導体レーザが量子ドット構造により構成される場合につ
いて説明したが、量子細線構造により構成されることも
可能である。
導体レーザが量子ドット構造により構成される場合につ
いて説明したが、量子細線構造により構成されることも
可能である。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
利得領域が、熱的ド・ブロイ波長程度のサイズを有する
２次元あるいは３次元キャリア閉じ込め構造の半導体利
得材料により形成され、かつ、利得スペクトルが光共振
器中の光周回時間の逆数の整数倍の周波数周期で離散的
なピークを有するようにキャリア閉じ込め構造の半導体
のサイズが制御されているため、設計上の動作制限が緩
く、かつ、動作条件が広く、ジッタの少ない安定性の優
れたモード同期半導体レーザを提供することができる。
利得領域が、熱的ド・ブロイ波長程度のサイズを有する
２次元あるいは３次元キャリア閉じ込め構造の半導体利
得材料により形成され、かつ、利得スペクトルが光共振
器中の光周回時間の逆数の整数倍の周波数周期で離散的
なピークを有するようにキャリア閉じ込め構造の半導体
のサイズが制御されているため、設計上の動作制限が緩
く、かつ、動作条件が広く、ジッタの少ない安定性の優
れたモード同期半導体レーザを提供することができる。
【図１】本発明のモード同期半導体レーザの実施の一形
態を示す断面図である。
態を示す断面図である。
【図２】図１に示した活性層における特性を示す図であ
り、（ａ）は量子ドット数の量子ドットサイズの依存性
を示す図、（ｂ）は状態密度スペクトルを示す図、
（ｃ）は利得スペクトルを示す図である。
り、（ａ）は量子ドット数の量子ドットサイズの依存性
を示す図、（ｂ）は状態密度スペクトルを示す図、
（ｃ）は利得スペクトルを示す図である。
【図３】従来の受動モード同期半導体レーザの一構成例
を示す概略構造図である。
を示す概略構造図である。
【図４】従来の能動モード同期半導体レーザの一構成例
を示す概略構造図である。
を示す概略構造図である。
１ 利得領域 ２ 導波路領域 ３ 可飽和吸収領域 ４ ｎ−ＩｎＰ基板 ５，８ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ６ 活性層 ７，１０ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ９ 導波路層 １１ 可飽和吸収層 １２，１３ ｐ型電極 １４ ｎ型電極
Claims (2)
- 【請求項１】 光を発生し増幅させる利得領域と、 該利得領域において発生した光を吸収し、それにより自
らの吸収係数が減少する可飽和吸収領域とを含む光共振
器から構成されるモード同期半導体レーザにおいて、 前記利得領域は、熱的ド・ブロイ波長程度のサイズを有
する２次元あるいは３次元キャリア閉じ込め構造の半導
体利得材料により形成され、かつ、利得スペクトルが光
共振器中の光周回時間の逆数の整数倍の周波数周期で離
散的なピークを有するようにキャリア閉じ込め構造の半
導体のサイズが制御されていることを特徴とするモード
同期半導体レーザ。 - 【請求項２】 光を発生し増幅させる利得領域と、 外部からの信号に基づいて光学特性を変化させることに
よって光の振幅または位相を変調させる光変調領域とを
含む光共振器から構成されるモード同期半導体レーザに
おいて、 前記利得領域は、熱的ド・ブロイ波長程度のサイズを有
する２次元あるいは３次元キャリア閉じ込め構造の半導
体利得材料により形成され、かつ、利得スペクトルが光
共振器中の光周回時間の逆数の整数倍の周波数周期で離
散的なピークを有するようにキャリア閉じ込め構造の半
導体のサイズが制御されていることを特徴とするモード
同期半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8240347A JP2822994B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | モード同期半導体レーザ |
| US08/914,106 US6031859A (en) | 1996-09-11 | 1997-08-19 | Mode-locked semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8240347A JP2822994B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | モード同期半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093184A JPH1093184A (ja) | 1998-04-10 |
| JP2822994B2 true JP2822994B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=17058142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8240347A Expired - Fee Related JP2822994B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | モード同期半導体レーザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| US7134074B2 (en) * | 1998-12-25 | 2006-11-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Data processing method and storage medium, and program for causing computer to execute the data processing method |
| CA2401461C (en) | 2000-03-06 | 2008-06-03 | Teledyne Lighting And Display Products, Inc. | Led light source with field-of-view-controlling optics |
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| JP2002094176A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ装置 |
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| US7561607B2 (en) * | 2005-12-07 | 2009-07-14 | Innolume Gmbh | Laser source with broadband spectrum emission |
| US7835408B2 (en) | 2005-12-07 | 2010-11-16 | Innolume Gmbh | Optical transmission system |
| JP2009518833A (ja) * | 2005-12-07 | 2009-05-07 | インノルメ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 広帯域スペクトル発光を有するレーザ光源 |
| US8411711B2 (en) * | 2005-12-07 | 2013-04-02 | Innolume Gmbh | Semiconductor laser with low relative intensity noise of individual longitudinal modes and optical transmission system incorporating the laser |
| US7733923B2 (en) * | 2005-12-08 | 2010-06-08 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | Wide-bandwidth mode-locked laser |
| DE102010055621A1 (de) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Epcos Ag | Aktor, Aktorsystem und Ansteuerung eines Aktors |
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| US5274649A (en) * | 1990-11-21 | 1993-12-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wavelength-tunable distributed-feedback semiconductor laser device |
| US5214664A (en) * | 1991-10-18 | 1993-05-25 | Xerox Corporation | Multiple wavelength semiconductor laser |
| JPH05291700A (ja) * | 1992-04-13 | 1993-11-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置 |
| JPH0794833A (ja) * | 1993-09-22 | 1995-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US5802084A (en) * | 1994-11-14 | 1998-09-01 | The Regents Of The University Of California | Generation of high power optical pulses using flared mode-locked semiconductor lasers and optical amplifiers |
| JPH08172217A (ja) * | 1994-12-19 | 1996-07-02 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置 |
-
1996
- 1996-09-11 JP JP8240347A patent/JP2822994B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-08-19 US US08/914,106 patent/US6031859A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1093184A (ja) | 1998-04-10 |
| US6031859A (en) | 2000-02-29 |
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