JPH01230279A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH01230279A
JPH01230279A JP5499988A JP5499988A JPH01230279A JP H01230279 A JPH01230279 A JP H01230279A JP 5499988 A JP5499988 A JP 5499988A JP 5499988 A JP5499988 A JP 5499988A JP H01230279 A JPH01230279 A JP H01230279A
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JP
Japan
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quantum well
well layer
layer
gain
spectrum
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JP5499988A
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English (en)
Inventor
Shigenobu Yamagoshi
茂伸 山腰
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Optoelectronics Technology Research Laboratory
Original Assignee
Optoelectronics Technology Research Laboratory
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 発振波長を変化させることが可能な範囲を広く採り得る
ようにした半導体レーザ装置に関し、現在、安定に製造
することが可能になった量子井戸構造を利用し、発振可
能な波長範囲を広げることができるようにすることを目
的とし、複数の量子井戸層に於けるそれぞれの利得スペ
クトルの一部が重なり合って連続しそれ等の全体で単一
の活性層に於ける利得スペクトル幅と比較して拡幅され
たそれをもつ多重量子井戸層からなる活性層と、該活性
層の一端面との間でキャビティを構成してレーザ光を反
射する回折格子とを備えてなるよう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、発振波長を変化させることが可能な範囲を広
く採り得るようにした半導体レーザ装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、光多重通信や光情報処理を実現させる為、発振波
長を可変にした半導体レーザの開発・研究がなされ、成
る程度の成果が得られている。
第8図は発振波長を可変にした半導体レーザ装置の従来
例を説明する為の要部側断面説明図を表している。
図に於いて、1はn型GaAs1板、2はn型AlGa
Asクラッド層、3はGaAs活性層、4はp型AlG
aAsクラッド層、5はp型GaAsコンタクト層、6
は無反射コーテイング膜、7p側電極、8はn側電極、
9は回折格子、θは回折格子の回転角、λ、は回折格子
で反射される光の波長をそれぞれ示している。
この半導体レーザ装置に於ける回折格子9を除いた半導
体レーザ部分、即ち、利得領域の構成は基本的には従来
から多用されている通常のダブル・ヘテロ構造をもつ半
導体レーザと変わりないのであるが、唯、本来、導波方
向の両端にある鏡面の片方には無反射コーテイング膜6
が形成されていることから、光はその鏡面では反射され
ることなく、無反射コーテイング膜6を抜けて外に出て
しまい、回折格子9で反射されて戻るようになっている
。従って、キャビティは無反射コーテイング膜6が形成
されていない端面と回折格子9との間に構成されるもの
であり、そして、回折格子9の回転角θを変えることで
反射させる波長を選択することができるようになってい
る。
前記説明した半導体レーザ装置の外に、回折格子、即ち
、グレーティングを半導体レーザ部分内に形成し、電気
的に反射波長を変えるものも知られている。尚、前記従
来例では、0.7〜0.9〔μm〕帯のレーザ光を発生
させるものである為、材料としてはGaAs系を用いて
いるが、l 〔μm〕帯のレーザ光を必要とする場合に
はInP系を利用するものであり、その場合は、 基板1−h H型1nP クラッド層2→n型1nP 活性層3−1 n G a A s Pクラッド層4−
p型1nP コンタクト層5−p型1 nGaAs Pとする。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記説明したような従来技術に依る半導体レーザ装置で
は、発振可能な波長範囲は利得スペクトル幅で決められ
、その利得スペクトル幅は基本的には材料と注入キャリ
ヤ密度で決まってしまうので、大幅に変化させることは
困難である。
若し、発振波長の変化幅を広げることが出来れば、光多
重通信では、より一層の多重化を、また、光情報処理で
は、より多種類の処理が可能になる。
本発明は、現在、安定に製造することが可能になった量
子井戸構造を利用し、発振可能な波長範囲を広げること
ができるようにする。
〔課題を解決するための手段〕
前記したように、半導体レーザに於ける利得スペクトル
幅は材料或いは注入キャリヤ密度で決まるのであるが、
利得領域を寸法や組成を変えた複数の量子井戸で構成す
ると全体として利得スペクトル幅を拡大することができ
る。
一般に、量子井戸構造を用いると、量子サイズ効果に依
って状態密度関数がシャープになり、利得スペクトル幅
は狭くなる。然しなから、前記したように、量子井戸の
構造、例えば、層厚や組成を若干変えれば利得スペクト
ルを簡単に変化させることができることから、多重量子
井戸に於ける各量子井戸の層厚や組成を僅かずつ変える
ことで利得スペクトルを少しずつ変化させ、それを重ね
合わせると、通常のダブル・ヘテロ構造の半導体レーザ
に於ける利得スペクトル幅よりも広くすることが可能に
なるものである。尚、長波長側の量子井戸層は短波長側
の量子井戸層の発光を吸収するので損失を生ずることに
なるが、量子井戸層は極めて薄いので、光の閉じ込め係
数が小さく、従って、導波される光の大部分は透明なり
ラッド層の方を通過するので、吸収損失は余り大きくな
らない。
このようなことから、本発明に依る半導体レーザ装置に
於いては、それぞれの利得スペクトルの一部が重なり合
って連続しそれ等の全体で単一の活性層に於ける利得ス
ペクトル幅と比較して拡幅されたそれをもつ多重量子井
戸層(例えば多重量子井戸層23)からなる活性層と、
該活性層の一端面との間でキャビティを構成してレーザ
光を反射する回折格子(例えば回折格子29)とを備え
てなるよう構成する。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、各量子井戸層の利得スペク
トルが少しずつずれて連続し、多重量子井戸層全体とし
て広い利得スペクトル幅をもち、通常のダブル・ヘテロ
構造の半導体レーザに於ける利得スペクトル幅と比較す
ると二倍以上も広くすることができるから、発振波長の
可変範囲は著しく大になり、光多重通信成いは光情報処
理の為の光源として好適である。
〔実施例〕
第1図は本発明一実施例の要部側断面説明図を表してい
る。
図に於いて、21はn型GaAs1板、22はn型Af
fGaAsクラッド層、23は多重量子井戸層、24は
p型AffGaAsクラッド層、25はp型GaAsコ
ンタクト層、26は無反射コーテイング膜、27はp側
電極、28はn側電極、29は回折格子をそれぞれ示し
ている。尚、多重量子井戸層23が活性層の役目を果た
すことは云うまでもない。また、GaAs系に代えてI
nP系を用いるときは、 基板21−n型!nP クラッド層22−n型?nP ウェル層−1nGaAs  (P) バリヤ層−1nGaAs P クラッド層24−p型1nP コンタクト層25−p型InGaAsPとすれば良い。
尚、ウェル層はInGaAs或いハI n G a A
 s Pを用い、また、ウェル層とバリヤ層とは組成を
異にし、バリヤ層のエネルギ・ハンド・ギャップが大に
、従って、短波長側にずれた組成になっている。
本実施例に於ける各半導体層を形成するには、極めて薄
い層である量子井戸層を成長させることができれば良く
、通常は分子線エピタキシャル成長(molecula
r  beam  epitaxy:MBE)法や有機
金属化学気相成長(metalorganic  ch
emical  vapor  deposition
:MOCVD)法を用いるが、気相エピタキシャル成長
(v a p 。
r  phase  epitaxy:VPE)法や液
相エピタキシャル成長(liquid  phase 
 epitaxy:LPE)法を適用することも可能で
ある。
第2図は第1図に見られる線A−Aに沿う断面で見た多
重量子井戸層23近傍のエネルギ・ハンド・ダイヤグラ
ムである。尚、ここでは、伝導帯の底のみを表してあり
、また、第1図に於いて用いた記号と同記号は同部分を
表すが或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、23AはGaAs井戸層、23BはA I
 G a A S /Nリヤ層、d、、d2.d、、d
は井戸層23Aの厚さを示している。
各部分に関する主要データを例示すると次の通りである
(11n型A6GaAsクラッド層22についてX値(
A1のモル比)二0.5 (21CaAs井戸層23Aについて d、二〜38 〔人〕 d2 :〜50 〔人〕 d3 :〜70 〔人〕 d4 :〜120 〔人〕 f3)  A I! G a A s バリヤ層23B
X値:0.2 厚さ:〜35 〔人〕 (4)p型AffGaAsクラッド層24についてX値
:0.5 第3図は第1図及び第2図について説明した多重量子井
戸r!23に於ける各量子井戸層23AのTEモード波
に対する利得スペクトルを表す線図であり、横軸に波長
を、縦軸に利得をそれぞれ採っである。
全体の利得は、短波長側で吸収の効果で若干減少するも
のの、はぼ、重ね合わせた分布となり、その結果、81
5  (nm) 〜880 (nm)に亙り、発振波長
の選択を行うことが可能になり、この間の幅〜65(n
m)、即ち、650 〔人〕は従来技術に依る半導体レ
ーザ装置に於ける発振波長可変幅の二倍以上に相当する
前記実施例に於いては、利得スペクトル幅を拡幅するの
に各量子井戸層の厚さを変えたが、このほか、組成を変
化させたり、或いは、厚さと組成の両方を変化させるな
どしても良い。
また、このような発振波長可変範囲を大きくした半導体
レーザ装置に於いても横モード制御は必要であり、それ
には、通常の埋め込み構造やリッジ導波路構造など屈折
率分布を付与する手段を採れば良い。
更にまた、前記実施例に於いては、縦方向の光閉じ込め
にクラッド層を利用しているが、これに変えて、SCH
(separate−conf inement  h
eterostructure)構造やGRIN−3C
H(graded−index  waveguide
  separate−confinement  h
eterostructure)構造にすることができ
る。
第4図はSCH構造を採った場合の多重量子井戸層近傍
に於ける伝導帯のエネルギ・ハンド・ダイヤグラムを表
し、第2図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表す
か或いは同じ意味を持つものとする。
第5図はGRIN−3CH構造を採った場合の多重量子
井戸層近傍に於ける伝導帯のエネルギ・バンド・ダイヤ
グラムを表し、第2図及び第4図に於いて用いた記号と
同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。
第4図及び第5図に見られる構造にすると、第1図乃至
第3図について説明した実施例に比較して光の閉じ込め
を改善でき、従って、発振閾値電流を低減することが可
能になる。
前記実施例は何れも回折格子を半導体レーザ部分の外に
設ける構成を対象としたものであるが、回折格子が半導
体レーザ部分とモノリシックに形成された装置に実施す
ることもできる。
第6図及び第7図は回折格子を内蔵した実施例の要部側
断面説明図を表している。
図に於いて、31は発光領域、32は位相調整領域、3
3はDBR(distributedBragg  r
ef 1ector)領域、31Aは多重量子井戸層、
32Aは専波層、33Aは回折格子をそれぞれ示してい
る。
各実施例に於ける発光領域31は、前記説明した各実施
例に於ける半導体レーザ部分に相当するものであり、ま
た、位相調整領域32は安定した単一波長発振を得る為
の位相制御を、そして、DBRpJf域はブラッグ波長
の制御をそれぞれ行うものである。
この実施例に於いても、発光領域31の多重量子井戸層
3LAとして前記説明した条件を取り込むことに依り、
発振波長の可変範囲を拡大することが可能である。
前記各実施例に於いては、A j! G a A s 
/ G aAs系を対象に説明しであるが、I nGa
As P/InP系、或いは、Aj!GaSb/GaS
b系、或いは、I n A I!A s / I n 
G a A s / 1 n P系などの材料を用いて
も良い。
〔発明の効果〕
本発明に依る半導体レーザ装置に於いては、活性層が多
重量子井戸層で構成され、その多重量子井戸層は、厚さ
或いは組成或いはその両方が僅かずつ変化している複数
の量子井戸層からなっている。
前記構成を採ることに依り、各量子井戸層の利得スペク
トルは少しずつずれて連続している状態になるので、多
重量子井戸層全体として広い利得スペクトル幅となり、
通常のダブル・ヘテロ構造の半導体レーザに於ける利得
スペクトル幅と比較すると二倍以上も広くなるから発振
波長の可変範囲は著しく大になり、光多重通信或いは光
情報処理の為の光源として好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の要部側断面説明図、第2図は
第1図に見られる線A−Aに沿う断面で見た多重量子井
戸層23近傍のエネルギ・ハンド・ダイヤグラム、第3
図は第1図及び第2図について説明した多重量子井戸層
23に於ける各量子井戸層23AのTEモード波に対す
る利得スペクトルを表す線図、第4図はSCH構造を採
った場合の多重量子井戸層近傍のエネルギ・バンド・ダ
イヤグラム、第5図はGRIN−3CH構造を採った場
合の多重量子井戸層近傍のエネルギ・バンド・ダイヤグ
ラム、 第6図及び第7図は回折格子を内蔵した実施例
の要部側断面説明図、第8図は従来例の要部側断面説明
図をそれぞれ表している。 図に於いて、21はn型GaAs基板、22はn型Af
GaAsクラッド層、23は多重量子井戸層、24はp
型/’t’GaAsクラフト層、25はp型GaAsコ
ンタクト層、26は無反射コーテイング膜、27はp側
電極、28はn側電極、29は回折格子をそれぞれ示し
ている。 特許出願人 光技術研究開発株式会社 代理人弁理士    相 谷 昭 司 代理人弁理士    渡 邊 弘 − 本完明−実施例の要部側′!fr面説FA図第1図 第2図 第3図 ロRIN−SCH構Aを採フた場合の多重雪子井戸層近
岱のエネルギ・バンド・り゛イヤグラム回折格子を内蔵
した実施例の要部側断面説gA図第6図 回折格子空内蔵した実施例の要部側断面説明図第7図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 複数の量子井戸層に於けるそれぞれの利得スペクトルの
    一部が重なり合って連続しそれ等の全体で単一の活性層
    に於ける利得スペクトル幅と比較して拡幅されたそれを
    もつ多重量子井戸層からなる活性層と、 該活性層の一端面との間でキャビティを構成してレーザ
    光を反射する回折格子と を備えてなることを特徴とする半導体レーザ装置。
JP5499988A 1988-03-10 1988-03-10 半導体レーザ装置 Pending JPH01230279A (ja)

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JP5499988A JPH01230279A (ja) 1988-03-10 1988-03-10 半導体レーザ装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03148891A (ja) * 1989-11-06 1991-06-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 外部共振器型半導体レーザ及びこれを用いた光伝送装置
JPH07235734A (ja) * 1993-12-27 1995-09-05 Nec Corp 多重量子井戸分布帰還型半導体レ−ザ
JP2009152261A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光半導体装置

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