JP2828706B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2828706B2 JP2828706B2 JP33239889A JP33239889A JP2828706B2 JP 2828706 B2 JP2828706 B2 JP 2828706B2 JP 33239889 A JP33239889 A JP 33239889A JP 33239889 A JP33239889 A JP 33239889A JP 2828706 B2 JP2828706 B2 JP 2828706B2
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- waveguide
- semiconductor laser
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザに関し、特に高速化が可能で
ある量子井戸構造の半導体レーザに関する。
ある量子井戸構造の半導体レーザに関する。
〔従来の技術〕 量子井戸構造を有する半導体レーザにあっては、例え
ば特開昭63−32980号公報に開示されているように、高
次量子準位間の遷移によるレーザ発振の利得より最低量
子準位間の遷移によるレーザ発振の利得が大きいので、
最低量子準位間の遷移によりレーザ発振が起きることが
一般的である。
ば特開昭63−32980号公報に開示されているように、高
次量子準位間の遷移によるレーザ発振の利得より最低量
子準位間の遷移によるレーザ発振の利得が大きいので、
最低量子準位間の遷移によりレーザ発振が起きることが
一般的である。
ところで、量子井戸構造の半導体レーザでは、高次量
子準位間の遷移によるレーザ発振の微分利得（注入キャ
リアの変化に対する利得の変化率）が、最低量子準位間
の遷移によるレーザ発振の微分利得より大きいので、高
速化を図るためには、高次量子準位間の遷移によるレー
ザ発振を採用した方が有利である。ところが、前述した
ように、利得の大きさの違いにより、通常の量子井戸構
造の半導体レーザにおいて、高次量子準位間の遷移によ
るレーザ発振は生じない。
子準位間の遷移によるレーザ発振の微分利得（注入キャ
リアの変化に対する利得の変化率）が、最低量子準位間
の遷移によるレーザ発振の微分利得より大きいので、高
速化を図るためには、高次量子準位間の遷移によるレー
ザ発振を採用した方が有利である。ところが、前述した
ように、利得の大きさの違いにより、通常の量子井戸構
造の半導体レーザにおいて、高次量子準位間の遷移によ
るレーザ発振は生じない。
そこで、最低量子準位間におけるレーザ発振を抑制し
た量子井戸構造の半導体レーザの提案が本出願人よりな
されている（特願平１−151977号）。この半導体レーザ
は、共振器長，端面反射率を所定の値に設定することに
よって反射率を小さくして、内部損失を高め、最低量子
準位間の遷移においては光損失を利得よりも大きくし
て、最低量子準位間でのレーザ発振を抑制し、高次量子
準位間の遷移によるレーザ発振を可能にするものであ
る。
た量子井戸構造の半導体レーザの提案が本出願人よりな
されている（特願平１−151977号）。この半導体レーザ
は、共振器長，端面反射率を所定の値に設定することに
よって反射率を小さくして、内部損失を高め、最低量子
準位間の遷移においては光損失を利得よりも大きくし
て、最低量子準位間でのレーザ発振を抑制し、高次量子
準位間の遷移によるレーザ発振を可能にするものであ
る。
また、このような量子井戸構造の半導体レーザにおい
て、２つの光導波路を並列に有し、一方の光導波路（活
性導波路）から放出される光を共振構造をなす他方の光
導波路（出力導波路）に結合させ、出力導波路にてこの
放出光を共振させて外部に出力する二重導波路構造のも
のがある。このような構成の半導体レーザにあっても、
高速化を図るために、高次量子準位間の遷移によるレー
ザ発振を可能にしたいという要望がある。
て、２つの光導波路を並列に有し、一方の光導波路（活
性導波路）から放出される光を共振構造をなす他方の光
導波路（出力導波路）に結合させ、出力導波路にてこの
放出光を共振させて外部に出力する二重導波路構造のも
のがある。このような構成の半導体レーザにあっても、
高速化を図るために、高次量子準位間の遷移によるレー
ザ発振を可能にしたいという要望がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、二
重導波路構造であって活性導波路が量子井戸構造をなす
半導体レーザにおいて、活性導波路と出力導波路との結
合係数を調整することにより、最低量子準位間の遷移に
よるレーザ発振を抑制して高次量子準位間の遷移による
レーザ発振を可能とし、高速化を図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。
重導波路構造であって活性導波路が量子井戸構造をなす
半導体レーザにおいて、活性導波路と出力導波路との結
合係数を調整することにより、最低量子準位間の遷移に
よるレーザ発振を抑制して高次量子準位間の遷移による
レーザ発振を可能とし、高速化を図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。
本発明に係る半導体レーザは、活性導波路と出力導波
路とを有し、前記活性導波路からの放出光を前記出力導
波路に結合し、前記出力導波路にてこの放出光を共振さ
せて外部に出力する半導体レーザにおいて、前記活性導
波路は量子井戸構造をなし、前記活性導波路と前記出力
導波路との結合係数が、最低量子準位間の遷移に相当す
る波長では小さく高次量子準位間の遷移に相当する波長
では大きく、高次量子準位間の遷移によるレーザ発振を
行うことを特徴とする。
路とを有し、前記活性導波路からの放出光を前記出力導
波路に結合し、前記出力導波路にてこの放出光を共振さ
せて外部に出力する半導体レーザにおいて、前記活性導
波路は量子井戸構造をなし、前記活性導波路と前記出力
導波路との結合係数が、最低量子準位間の遷移に相当す
る波長では小さく高次量子準位間の遷移に相当する波長
では大きく、高次量子準位間の遷移によるレーザ発振を
行うことを特徴とする。
本発明の半導体レーザにあっては、量子井戸構造をな
す活性導波路と共振動作が行われる出力導波路との結合
係数が、最低量子準位間の遷移に相当する波長では小さ
く高次量子準位間の遷移に相当する波長では大きくなっ
ており、光損失は結合係数に反比例するので、最低量子
準位間の遷移においては光損失が利得を上まわってレー
ザ発振は起こらず、高次準位間の遷移においてレーザ発
振が起こる。
す活性導波路と共振動作が行われる出力導波路との結合
係数が、最低量子準位間の遷移に相当する波長では小さ
く高次量子準位間の遷移に相当する波長では大きくなっ
ており、光損失は結合係数に反比例するので、最低量子
準位間の遷移においては光損失が利得を上まわってレー
ザ発振は起こらず、高次準位間の遷移においてレーザ発
振が起こる。
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体
的に説明する。
的に説明する。
第１図は本発明に係るAlGaAs/GaAs系の半導体レーザ
の構造図であり、図中１はｎ−GaAs基板を示す。基板１
上には、クラッド層2,出力導波路である出力導波層3,ス
ペーサ層４がこの順に積層形成されており、スペーサ層
４の上部はメサ状をなし、このメサ部4a上には、光閉じ
込め層5,活性導波路である量子井戸層6,光閉じ込め層7,
クラッド層8,キャップ層９をこの順に積層してなるメサ
状の積層体が形成されている。このメサ状の積層体の表
面及びスペーサ層４の露出表面には、SiO2膜10,上部電
極11がこの順に被着形成されている。なお、メサ状の積
層体（キャップ層９）の一部の領域では、SiO2膜10が開
口されていて電流注入部12となっている。一方、基板１
の下面には下部電力13が形成されている。なお、結合領
域は化学エッチングにより長さ200μｍとし、共振器長
は400μｍである。また、クラッド層2,出力導波層3,ス
ペーサ層4,光閉じ込め層5,量子井戸層6,光閉じ込め層7,
クラッド層8,キャップ層９の、夫々の膜厚,A1組成比，
導電型を表記すると、上記第１の如くになる。
の構造図であり、図中１はｎ−GaAs基板を示す。基板１
上には、クラッド層2,出力導波路である出力導波層3,ス
ペーサ層４がこの順に積層形成されており、スペーサ層
４の上部はメサ状をなし、このメサ部4a上には、光閉じ
込め層5,活性導波路である量子井戸層6,光閉じ込め層7,
クラッド層8,キャップ層９をこの順に積層してなるメサ
状の積層体が形成されている。このメサ状の積層体の表
面及びスペーサ層４の露出表面には、SiO2膜10,上部電
極11がこの順に被着形成されている。なお、メサ状の積
層体（キャップ層９）の一部の領域では、SiO2膜10が開
口されていて電流注入部12となっている。一方、基板１
の下面には下部電力13が形成されている。なお、結合領
域は化学エッチングにより長さ200μｍとし、共振器長
は400μｍである。また、クラッド層2,出力導波層3,ス
ペーサ層4,光閉じ込め層5,量子井戸層6,光閉じ込め層7,
クラッド層8,キャップ層９の、夫々の膜厚,A1組成比，
導電型を表記すると、上記第１の如くになる。
第２図は本実施例における出力導波層３と量子井戸層
６との結合係数の波長依存性を示すグラフである。ま
た、第３図は本実施例における光損失，利得の波長依存
性を示すグラフであって、図中（ａ）は光損失を示すグ
ラフであり、図中（ｂ）は利得を示すグラフである。
６との結合係数の波長依存性を示すグラフである。ま
た、第３図は本実施例における光損失，利得の波長依存
性を示すグラフであって、図中（ａ）は光損失を示すグ
ラフであり、図中（ｂ）は利得を示すグラフである。
本実施例にあっては、第２図に示すように、ｎ＝２の
高次量子準位間の遷移に相当する波長（810nm）では、
活性導波路である量子井戸層６と出力導波路である出力
導波層３との結合係数が大きく、ｎ＝１の最低量子準位
間の遷移に相当する波長（860nm）では、量子井戸層６
と出力導波層３との結合係数が小さくなるように、構成
する各層の組成，膜厚を設定している。結合係数が大き
いということは、高次量子基準間（ｎ＝２）の遷移に相
当する波長において量子井戸層６と出力導波層３との整
合がとられていることを示し、両層の実効屈折率が一致
するように本実施例の半導体レーザは設計されている。
高次量子準位間の遷移に相当する波長（810nm）では、
活性導波路である量子井戸層６と出力導波路である出力
導波層３との結合係数が大きく、ｎ＝１の最低量子準位
間の遷移に相当する波長（860nm）では、量子井戸層６
と出力導波層３との結合係数が小さくなるように、構成
する各層の組成，膜厚を設定している。結合係数が大き
いということは、高次量子基準間（ｎ＝２）の遷移に相
当する波長において量子井戸層６と出力導波層３との整
合がとられていることを示し、両層の実効屈折率が一致
するように本実施例の半導体レーザは設計されている。
そして、結合係数と光損失とは反比例の関係をなすの
で、高次量子準位間の遷移に相当する波長（810nm）で
は、第３図に示すように、光損失が小さくなって利得が
光損失を上まわり、最低量子準位間の遷移に通する波長
（860nm）では、光損失が大きくなって常に光損失が利
得を上まわる。従って、最低量子準位間の遷移（ｎ＝
１）においては、常に光損失が利得を上まわるのでレー
ザ発振は起こらず、高次量子準位間の遷移（ｎ＝２）に
おいてのみレーザ発振が起こる。
で、高次量子準位間の遷移に相当する波長（810nm）で
は、第３図に示すように、光損失が小さくなって利得が
光損失を上まわり、最低量子準位間の遷移に通する波長
（860nm）では、光損失が大きくなって常に光損失が利
得を上まわる。従って、最低量子準位間の遷移（ｎ＝
１）においては、常に光損失が利得を上まわるのでレー
ザ発振は起こらず、高次量子準位間の遷移（ｎ＝２）に
おいてのみレーザ発振が起こる。
本実施例における半導体レーザを実際に発振させて、
レーザ特性を調べた結果は、発振波長が815nm、しきい
値電流が80mA、変調周波数の上限が15GHzであった。ま
た、最低量子準位間の遷移によるレーザ発振は抑制さ
れ、高次量子準位間の遷移によるレーザ発振が起きてい
ることが確認された。
レーザ特性を調べた結果は、発振波長が815nm、しきい
値電流が80mA、変調周波数の上限が15GHzであった。ま
た、最低量子準位間の遷移によるレーザ発振は抑制さ
れ、高次量子準位間の遷移によるレーザ発振が起きてい
ることが確認された。
以上詳述した如く、本発明の半導体レーザでは、高次
量子準位間の遷移に相当する波長について結合係数が大
きくなるように設計しているので、最低量子準位間の遷
移によるレーザ発振を抑制でき、高次量子準位間の遷移
によるレーザ発振を起こさせることができ、この結果、
大幅な高速化の達成が可能である。
量子準位間の遷移に相当する波長について結合係数が大
きくなるように設計しているので、最低量子準位間の遷
移によるレーザ発振を抑制でき、高次量子準位間の遷移
によるレーザ発振を起こさせることができ、この結果、
大幅な高速化の達成が可能である。
第１図は本発明に係る半導体レーザの構造図、第２図は
本発明の実施例における結合係数の波長依存性を示すグ
ラフ、第３図は本発明の実施例における光損失，利得の
波長依存性を示すグラフである。 １……基板、２……クラッド層、３……出力導波層、４
……スペーサ層、５……光閉じ込め層、６……量子井戸
層、７……光閉じ込め層、８……クラッド層、９……キ
ャップ層、10……SiO2膜、11……上部電極、12……電流
注入部、13……下部電極
本発明の実施例における結合係数の波長依存性を示すグ
ラフ、第３図は本発明の実施例における光損失，利得の
波長依存性を示すグラフである。 １……基板、２……クラッド層、３……出力導波層、４
……スペーサ層、５……光閉じ込め層、６……量子井戸
層、７……光閉じ込め層、８……クラッド層、９……キ
ャップ層、10……SiO2膜、11……上部電極、12……電流
注入部、13……下部電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−32980（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−170907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−106192（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−32987（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−163706（ＪＰ，Ａ) 1989年（平成元年）秋季第50回応物学 会予稿集 28ａ−ＺＨ−８ ｐ．903 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (1)
- 【請求項１】活性導波路と出力導波路とを有し、前記活
性導波路からの放出光を前記出力導波路に結合し、前記
出力導波路にてこの放出光を共振させて外部に出力する
半導体レーザにおいて、 前記活性導波路は量子井戸構造をなし、前記活性導波路
と前記出力導波路との結合係数が、最低量子準位間の遷
移に相当する波長では小さく高次量子準位間の遷移に相
当する波長では大きく、高次量子準位間の遷移によるレ
ーザ発振を行うことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33239889A JP2828706B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33239889A JP2828706B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03191589A JPH03191589A (ja) | 1991-08-21 |
| JP2828706B2 true JP2828706B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=18254527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33239889A Expired - Fee Related JP2828706B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2828706B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-20 JP JP33239889A patent/JP2828706B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９８９年（平成元年）秋季第５０回応物学会予稿集 ２８ａ−ＺＨ−８ ｐ．９０３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03191589A (ja) | 1991-08-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |