JPH03106094A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH03106094A
JPH03106094A JP2239132A JP23913290A JPH03106094A JP H03106094 A JPH03106094 A JP H03106094A JP 2239132 A JP2239132 A JP 2239132A JP 23913290 A JP23913290 A JP 23913290A JP H03106094 A JPH03106094 A JP H03106094A
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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】 [産業上の利用分野ゴ 本発明は、半導体レーザおよびレーザ土曽幅器のような
デバイス、特に、量子井戸からなるこのようなデバイス
と、このようなデバイスからなる装置に関する。
[従来の技術] 半導体レーザは、科学技術のさまざまな分野で使用され
ている。例えば、このようなレーザは、光ファイバ通信
システムで幅広く使用されている。
光ファイバ通信システムの動作速度は、少なくともある
1つの市販のシステムはギガヘルッの範囲で動作すると
いうところまで、劇的に増大している。ますます速い動
作速度へ向かう傾向は続いていくと期待される。従って
、出力の簡単な高速度変調ができる半導体レーザが使用
可能になることが非常に望まれる。
単一の、所定の波長でのビット速度の増大による情報処
理量の増加に加えて、波長分割多重化法による処理量の
増加も研究されている。この応用のためには、1つより
多《の波長で動作し、特に、2つの(あるいはそれより
多くの)波長の間で急速にスイッチすることができる半
導体レーザが使用可能であることが望まれる。このよう
なレーザはまた、光情報記憶システムへの応用、特に、
2つの出力波長が相対的に大きく離れている場合に興味
深い。例えば、2つの波長のうちの長いほうが格納情報
を「読む」ために使用され、短いほうが記憶媒体に情報
を「書く」ために使用される。
2つの波長で放射光するレーザは当業者に公知である。
例えば、N.K.  ドウッタ(N. K. Dutt
a)他、「アプライド・フィジックス・レターズ(^p
plied Physics Letters) J 
、第48巻(第25号)、1725〜1726ページ,
H.E.マエス(H. E. Maes)他、「エレク
トロニクス・レターズ(Electronlcs Le
tters) J 、第18巻(第9号)、372〜3
74ベージ;Y9トクダ(Y. Tokuda)他、「
アブライド・フィジックス・レターズ」、第51巻(第
21号)、1664〜1666ページ参照。これらの論
文には、2つの分離独立アクティブ領域をもち、それぞ
れ各波長に対応しているようなレーザが開示されている
。このようなデバイスは製造が困難であり、従って高価
であることが予想される。
従来周知の半導体レーザの特殊な種類にいわゆる「量子
井戸」レーザがある。例えば、W.T,ツァン(W. 
T. Tsang)他、「I EEE−ジャーナル・オ
ヴ・クワンタム・エレクトロニクス(IEEEJour
nal of’ Quantum Electroni
cs) J第QE−20巻(第10号)、1119〜1
132ページ参照。これには量子井戸レーザ( Lli
−m子井戸レーザを含む)およびその分子線エピタキシ
法による発展が説明されている。また、N.B.バテル
(N. B. Patel)他、rlEEE−ジャーナ
ル・オウ゛●クワンタム・エレクトロニクス」第QE−
23巻(第6号)、988〜992ページ参照。これに
は段階つき障壁単一量子井戸レーザにおけるしきい値電
流について考察されている。
M.ミッテルスタイン(M. Mittelste1n
)他の「アプライド・フィジックス・レターズ」、第4
9巻(第25号)、1689〜1691ページには、単
一量子井戸レーザを段階的に短い長さに(70〜470
μmの長さにわたって)男閲することにより、レーザ波
長を変化させることが可能である。周知のように、レー
ザの(モード)利得は、レーザの活動領域の長さの関数
である。従って、他の点では同等のレーザをだんだん短
い長さへと臂開していくと、このレーザはだんだん低い
モード利得をもつことになる。この利得は習慣的こ波数
( c m−1)で測られる。ミッテルスタインらは、
約1.00cm−1のレーザ波長での急激な変化を報告
している。この変化は、量子井戸の第2副バンドからの
レーザ発振の開始と同定される。
Q−スイッチは、色素レーザにおいて周知であるが、半
導体レーザにおいても知られている。例えば、D.Z.
ツァン(D. Z. Tsang)他の「アプライド・
フィジックス・レターズ」、第45巻(第3号) 、2
04〜206ページ参照。これには、増幅器部分および
、これから電気的にほとんど絶縁された変調器部分から
なるQ−スイッチレーザが開示されている。増幅器部分
の長さは、150〜200μmの範囲にあり、変調器部
分の長さは25〜75μmの範囲にある。増幅器部分と
変調器部分の間の「導波管」部分の長さは25μmであ
る。レーザ空洞の利得は、変調器部分への電気的な(逆
)バイアスを変えることによって変化させることができ
、これによってレーザ出力の振幅変調が可能となる。こ
の論文には、このデバイスは10GHzの完全オン/オ
フ変調速度で連続的に動作したと報告されている。
空洞内モノリシック損失変調器をもつ多重量子井戸レー
ザのQ−スイッチによる振幅変調は、Yアラカワ他の「
アプライド・フィジックス・レターズ」、第48巻(第
9号)、561〜563ページにも報告されている。こ
れらの研究者もまた、増幅器部分および、これから電気
的にほとんど絶縁された変調器部分からなる半導体レー
ザについて報告している。増幅器部分および変調器部分
の長さはそれぞれ250および50μmであり、2つの
部分の間の抵抗は5kΩである。変調器部分への電気的
バイアスを変化させることによって、このデバイスによ
って放出される放射光の振幅を変化させることかできる
Y.  トクダ他の「アプライド・フィジックス・レタ
ーズ」、第49巻(第24号)、1629〜1631ペ
ージでは、注入電流の適当な変化による単一ユ子井戸レ
ーザの波長スイッチが製作されている。この電流の変化
は一般的に相対的に大きいので、このスイッチングには
出力放射光の非常に大きな音が伴うと考えられる。
少なくとも部分的に上で説明された理由のため、放射出
力を容易にそして急速に変調することができ、その出力
が2つの所定の波長、特に相対的に大きく離れた波長の
間でスイッチされることができるような半導体レーザが
使用可能になることが強く望まれる。本出願はこのよう
なレーザについて開示している。
半導体レーザは、電子システム、サブシステム、素子の
相互接続の手段、すなわち、電子スイッチングマシンの
ような装置の一部である2個以上の回路基板を相互接続
する手段として使用されている。従来、光学的な相互接
続は、動作速度を増大し、混雑の少ない(従って、より
「透明な」)「バックブレーン」となることがわかって
いる。
光学的な相互接続手段を含む装置においては、これらの
手段は、・一般的に、電気的アセンブリまたはサブアセ
ンブリのある適当な点で現れる電気信号に従って放射光
出力が変調される(一般的には、スイッチオン/オフさ
れる)ような半導体レーザを含む。レーザの放射光出力
は(自由空間光通信も原理的には可能であるが)一般的
に光ファイバ内に結合され、そのファイバを通して1つ
以上の下流のロケーションへ伝送され、そこで放射光は
検出器に衝突して、検出器に入射した放射光に応じた電
気信号を生成する。このようにして生成された電気信号
は(調節またはその他の処理を受けて、あるいは受けず
に)第2電気的アセンブリまたはサブアセンブリの人力
を形成する。
一般的に、第1アセンブリまたはサブアセンブリはディ
ジタルゲートからなり、その出力は、そのディジタルゲ
ートの出力に従ってレーザ出力を変調するために必要な
相対的に大きな電流を供給する増幅手段への人力として
使用される。このような出力増幅器は当業者に周知であ
り、光学的}目互接続機構における重要な費用項目を構
成する。
従来の光学的相互接続機構に付随する費用およびその他
の不利益の観点から、出力増幅器を使用する必要性に従
う不利益を受けない光学的相互接続手段が使用可能にな
ることが非常に望まれる。
本出願はこのような相互接続手段を開示(一でいる。
[発明のほ要] 本発明は「特許請求の範囲」で定義されている。
例えば、本発明は、モノリシックに集積された空月内損
失変調器を有する量子井戸デバイスからなる装置、およ
びこのような装置を操作する方怯からなる。従って、本
発明によるデバイスは、1つ以上の「利得部分」に加え
て、1つ以上の「損失部分」を有する。損失部分へのバ
イアス条件を変化させることによって(この損失部分は
、電気的には利得部分からほとんど絶縁されている)、
この構造体のモード利得を変化させることができる。
バイアス条件は一般的に損失部分への電気的パイアスを
変化させることによって変えられるが、損失部分の光ボ
ンビングによっても変えることかできる。
本発明によるデバイスは、Q−スイッチ放射光源や、可
変利得増幅器や、波長スイッチ放射光源のような、さま
ざまの方面に使用することができる。
ある特殊な実施例では、本発明の装置は、Lc/LA〉
20の量子井戸デバイスからなる。
ただし、L およびLAはそれぞれデバイスの光C 空洞および損失部分の全長であり、損失部分と利得部分
の間の絶縁抵抗は少なくとも約3kΩである。例えばこ
のような構造体のファセットに適当な反射層を形或する
ことにより、このデバイスは高速Q−スイッチレーザと
して使用することかできる。適当な反射防止膜を形成す
ることにより、このデバイスは高速の可変利得レーザ増
幅器として使用することができる。
特に、ある特殊な目的においては、本発明はレーザから
なる装置において実現され、そのレーザは、利得部分お
よび、光学的に利得部分と結合しているが電気的にはほ
とんど絶縁されている長さLAの損失部分とをもつ半導
体からなる。この装置はさらに利得部分に電流を流す手
段と、損失部分を電気的にバイアスする手段とからなる
。半導体は少なくとも1つの量子井戸を有する。半導体
こは、所定の波長の放射光に対する利得が付随する。こ
の放射光は一般的に、量子井戸に付随する副バンドのう
ちの1つからのレーザ発振による。
この装置はまた一般的に、レーザによって放出される放
射を利用する手段も含む。特に、前記の特殊な実施例で
はLC/LAは20よりも大きい。
ただし、Lcはレーザのファセット間の距離である。さ
らに、利得部分と損失部分の間の電気的絶縁抵抗は少な
くとも約3kΩである。本発明のデバイスでは、放射光
に対する利得は、損失部分バイアスを変えることによっ
てただちに変化させることができ、これによってレーザ
放射光の振幅変調が可能となる。損失部分バイアスは一
般的に損失部分への電気的バイアスを変えることによっ
て変化されるが、損失部分の光ポンビングによって変化
させることもできる。
さらに他の目的によれば、本発明は光増輻器を含む装置
において実現される。この増幅器は2つの面をもつ半導
体からなり、その面のうちの少なくとも1つには所定の
波長に対する反射防止膜が形成される。この半導体には
所定の波長の放射光に対する利得が付随し、この半導体
は少なくとも1つの量子井戸からなる。この装置はさら
に、2つの面のうちの1つに所定の波長の放射光を入射
させる手段と、もう一方の面から放出される所定の波長
の放射光を利用する手段εからなる。特に、半導体は、
利得部分および、光学的には利得部分と結合しているが
電気的にはほとんど絶縁された、長さLAの損失部分と
からなる。この装置はさらに、所定の波長の放射光に対
する利得を変化させる手段からなり、この手段は損失部
分に電気的バイアスを印加する手段からなる。この装置
はまた、利得部分を通る電流を生或する手段からなる。
本発明の光増幅器は可変利得をもち、これは損失部分へ
のバイアスを変えることにより達成される。
このバイアスは電気的に、または損失部分の光ボンビン
グにより変えることができる。望ましい実施例ではLc
/LA〉20である。ただし、Lcは半導体の長さであ
る。一般的に、利得部分と損失部分の間の絶縁抵抗は3
kΩよりも大きく、100kΩさらにはIMΩよりも大
きいのが望ましい。
さらにもう1つの目的によれば、本発明は、利得部分お
よび、光学的には利得部分と結合しているが電気的には
ほとんど絶縁された、損失部分からなる半導体を有する
装置において実現される。
この半導体は長さLCをもち、この半導体には所定の波
長の放射光に対する利得が付随している。
この装置はまた、利得部分を通る電流を生戊する手段と
、(損失部分に電気的バイアスを印加する手段を含む)
所定の波長の放射光に対する利得を変える手段と、この
半導体によって放出される放射光を利用する手段とから
なる。この半導体は少なくとも1つの量子井戸を有し、
この量子井戸には第1エネルギー副バンドおよび第2エ
ネルギー副バンドが付随する。特に、利得を変える手段
は、波長λ1の第1放射光の放出に付随する第1値から
、波長λ2の第2放射光の放出に飼随する第2値へ、L
Cを変えることなく、利得を変化させることに適合して
いる(1λ1−λ2 1は少なくとも約10nm)。し
ばしば、第1放射光は、第1副バンドおよび第2副バン
ドのうちの1つからの電気的遷移に付随し、第2放射光
は、第1副バンドおよび第2副バンドのうちの他方から
の電気的遷移に付随する。しかし、これは必要なことで
はなく、大きな波長のシフトは所定の副バンド内でも達
或される。利得は損失部分への電気的バイアスを変える
こと、または、損失部分の光ポンピングによって変化さ
れる。
本発明はまた上で説明されたように装置を使用する方法
において実現されている。この方法は、損失部分を通る
電流を生成ことと、レーザが波長λ1の第1放射光を放
出するように損失部分へ電気的にバイアスをかけること
からなる。この方法はさらに、レーザが、[λ1−λ2
 1が少なくεも10nmとなるような波長λ2の第2
放射光を放出するように、(半導体の長さを変えること
なく)第1放射光に対する半導体の利得を変えることか
らなる。
ある特殊な実施例では本発明によるレーザは光学的相互
接続手段を含む装置において使用される。
この装置は少なくとも1つの、電気的出力をもつ(例え
ばECL  MOSまたはC−MOS技術で形威されて
いるような)ディジタルゲートからなり、この出力は、
増幅器を介することなく、多重電極レーザの損失部分に
電気的に接続され、このゲートの出力は、レーザの出力
が、相対的に低い値(例えば強度およそ0)と、相対的
に高い値(例えば放射光出力1μWよりも大きい値)の
間でスイッチすることができるようなものである。
本発明による現在望ましい装置は、複数のディジタルゲ
ート(Gl,G2, ・・・・・・,G ;n n≧2)と、ゲートの出力を多重化された電気信号に結
合する手段と、多重化された電気信号を、増輻なしに、
多重電極レーザの損失部分に印加する手段と、光ファイ
バ手段と、このファイバ手段を通って伝送されるレーザ
放QJ先を検出する手段と、この検出器手段の電気的出
力を再生する手段と、再生された電気信号の少なくとも
1つに反応する電子アセンブリ、サブアセンブリ、また
はデバイスとからなる。
[実施例] 第1図は、本発明によるレーザー0の例を模式的に示し
ている。これは、GaAsを基礎とした利得誘導型の傾
斜屈折率分離閉じ込めヘテロ横造(GRINSCH)単
一量子井戸(SQW)レーザである。しかし、本発明は
この特定の型のレーザまたは物質系に制限されるもので
はない。例えば、本発明によるデバイスは他の半導体系
(例えば、I n G a A. s / I n P
系)において実現することができ、また、1つ以上の量
子井戸をもつこともできる。さらに、本発明は他のレー
ザの型、例えば、埋め込みへテロ構造(BH)QWレー
ザ、外部ブラッグ素子を使用したDFBレーザ、襞開て
はなくエッチングしたファセットをもつレーザにおいて
も実現できる。
レーザ10は、半絶縁の<10[’)>方向GaAS基
板1〕と、そこにエビタキシャル形成されたn+GaA
sの層12からなる。層12の一部は金属接触ストライ
プ13によって被覆され、他の一部はn型AIGaAs
層14に対する基板を形成する。厚さ約11nmのGa
Asi子井戸16は、2つの厚さ200nmの傾斜エビ
タキシャルAlxGa1−,As導波路領域(15およ
び17)の間にはさまれている。ただし、XはO、2か
らO、55まで変化し、x−0.2が約1nm厚のGa
AS量子井戸16に最も近い。層17の上にはp型AI
GaAs層18がエビタキシャル形成され、このp型A
IGaAs層18の一部は、p+GaAs層19がエビ
タキシャル形成された切片で被覆され、これは続いて金
属接触ストライプ切片(20および21)によって被覆
される。
例えば幅2μmの狭いギャップが、金属接触ストライプ
切片21、20の2つの部分との間に存在する。ストラ
イプは幅Wおよび全長LCをもち、切片21は長さLA
をもつ。特に、少なくともある実施例では、LcはLA
よりもずっと大きくすることができ、望ましくはLc/
LA〉10または20にも達し、小さいLAおよび通常
の逆バイアス動作に付随する小さい電気容量のため、高
速デバイスにおける実現可能性がある。ストライプ切片
20はデバイスの「利得」部分を定義し、切片21は「
損失」部分を定義する。損失部分は利得部分から電気的
に絶縁されている。例えば、絶縁は酸素注入領域22、
22“ による。この絶縁注入がデバイスの活動領域に
広がらないことを保証するように注意しなければならな
い。利得部分と損失部分の間の電気抵抗は、高いほうが
好ましく、一般的には3または10kΩ以上、望ましく
は100kΩ以上である。酸素絶縁注入法により、1M
Ω以上の絶縁もただちに達成でき、速度の改善の可能性
に寄与する。当業者に周知のように、反射被覆をレーザ
の両側のファセットに形成することができる。
第1図はまた、利得部分と電気的に接触する手段と、損
失部分に接触する分離手段を模式的に示している。利得
部分に印加される電圧とそこを流れる電流はここではそ
れぞれV およびl。で示G され、損失部分に付随する電圧および電流はそれぞれV
 およびI で示されている。IcはしばA     
  ^ しば庄人電流と呼ばれる。
当業者によってただちに認識されるように、利得部分お
よび損失部分のレイアウトは図示されたようなものであ
る必要はない。例えば、利得部分は2つの等しい部分で
ある必要はなく、分割されないことも可能であり、2つ
よりも多くの部分からなることも可能である。さらに、
本発明のデバイスは単一の損失部分をもつ必要もない。
本発明によるデバイスは、適当な技術、例えば、分子線
エビタキシー(MBE)、従来の写真製版およびエッチ
ング、金属層のスバツタ蒸着法からなるプロセスによっ
て、製造することができる。
都合よく、金属ストライブ切片が、下のp+層に対する
エッチマスクとして、および注入マスクとして使用され
る。
第1図のデバイスによって例示されているような空洞内
モノリシック損失部分(または損失「変調器」)をもつ
レーザは、損失部分への(一般的に逆バイアスの)バイ
アスを変えることによりQ一スイッチングすることがで
きる。バイアスの変化は、レーザによって放出される放
射光強度の変化を生じる。われわれは、LAをLCより
もずっと小さ<  (LC/LAを20よりも大きく)
シ、相対的に高い絶縁抵抗(3kΩ以上、望ましくは1
0または100kΩ以上)を損失部分と利得部分の間に
形成することによって、非常に小さい電気的出力で相当
の光出力をスイッチすることが可能であることを発見し
た。例えば、I nGaAs/I nP−BH−GR 
INSCH−SQWレーザ(QWの厚さd=16nm,
活動領域の幅約2μm1損失部分と利得部分の間のギャ
ップはそれぞれ6μm.L  m6μmSLc−300
μm,絶A 縁抵抗>3kΩ)において、VAの30mVの変化で、
光強度は約8mWから約0.5mWにスイツチされた(
 1  −8 0 mA,  VA 〜O V) o吸
G 収部分への電気的出力の全変化は約30μWであった。
本発明のデバイスの少なくともある実施例の、逆バイア
スをかけられた損失部分が、小サイズで、低電流で駆動
し、低い電気容量であることは、般的に、注入電流I6
を一定に維持しながら、損失部分への電気的バイアスを
変化させることによって、レーザ光出力の高速な電気的
変調を可能にする。低iS流駆動のため、相対的に小さ
い、単純な高速トランジスタの設計が損失部分の駆動の
だめに使用され、従って費用を縮小し、一般的に、信頼
性を改善する。
レーザ出力の高速振幅変調は、本発明によれば、レーザ
の損失部分の光ボンビングによっても達戊される。この
実施例ではまた、IGは一般的には一定である。例えば
、vAもまた一定であり、もう1つのレーザからのポン
プ放射光パルスが本発明のレーザの損失部分に入射され
る。特に、損失部分を利得部分から電気的に絶縁するた
めに、望ましい実施例で使用される絶縁注入は、一般的
に、光学的に生成された電子一ホール対の非放射光寿命
を減少させ、従ってパルス反応速度を増大する。
空洞内モノリシック損失変調器をもつ量子井戸デバイス
はまた都合よく光増幅器として使用することができる。
このようなデバイスは第7図に模式的に示されており、
そこでは半導体70は、反射防止膜(71、71゛)が
使用されていることを除いては、第1図に示されたもの
とほとんど同じ構遣をもっている。このような反射防止
膜は当業者には周知である。所定の波長の放射光は増幅
器のファセットのうちの1つに入射され、そこで当業者
に周知の方法で増幅され、もう一方のファセットから放
出され、適当な利用デバイス(図示されていない)へと
結合される。増幅度は、デバイスの損失部分に印加され
ている電気的バイアスにより、また随意に損失部分の光
ボンビングにより、変えることができる。
このようなレーザ増幅器は多くの好ましい特性と、多く
の応用をもつ。光出力は損失部分によって監視または制
御される。このデバイスの動作は+14遺体を通る単一
バスの光子に関連しているため、そして、損失部分は非
常に短く (10μmのオーダまたはさらに小さく)す
ることができるため、増幅出力の非常に高速の変調が可
能である。本発明のデバイスは、電圧によって制御され
た光信号のバルス或形や、空間光変調器として使用する
ことができる。このデバイスはまた、本発明による増幅
器部分を逆バイアスp−i−n吸収部分とともに使用す
ることにより、都合よく、集積低雑音検出器に使用する
ことができる。複数の損失部分を形或した場合、本発明
の増幅器は、以下で説明されるものとほとんど同等の方
法で、エンコーダ/デコーダまたは論理素子として使用
することができる。
第2図には、第1図に示された型の本発明によるレーザ
に対して、注入電流I。に対するファセットあたりの光
強度の曲線の例20、21、22が示されている。接触
ストライブの幅Wは20μm1空洞の全長LCは500
μm,そして損失部分の長さLAは20μmであった。
固定した注入電流に対し、損失部分へのバイアスを変化
させることにより出力強度を変化させることができる。
例えば、小さな順バイアス(そのときIA−15mA)
から逆バイアス(V^一一〇.2および一1.OV)に
変化させると、出力強度は約7.5mWからそれぞれ約
2.5mWおよび0.5mWに減少する。I p, −
 1 5 mAでは、量子井戸の第1(n−1)m子状
態からのレーザ電子遷移に対応して、しきい値電流It
hは80mAであり、レーザ波長は869nmであった
。しきい値電流は、増大する負バイアスとともにやや増
大するが、これはおそらく、損失領域における量子閉じ
込めシュタルク効果と、利得領域におけるバンドギャッ
プ収縮によるものである。第2図の結果は、適当な動作
条件のもとでは、本発明によるレーザは、損失部分の逆
バイアスによって効率的に振幅変調することができるこ
とを示している。
第3図、第4図は、第1図に示された型の本発明のレー
ザに対して、波長に対する放出された光強度の結果の例
を示している。レーザは、空洞の全長L  −400μ
mSLA−60μmsストラC イブ幅W−6μmであった。デバイスの配置は、相対的
に低い利得(電流の広がりおよび横への電流の拡散によ
る)をもつように選択された。これによって、あるバイ
アス条件下ではレーザ発振は量子井戸の第2副バンド(
n = 2)から生じる。
特に、第3図は、注入電流I。−245mA,順バイア
スをかけられた損失部分( I A. − 2 0 m
 A )に対して放出された光強度を示している。これ
らのバイアス条件下では、第2副バンドからのレーザ発
振に対応して、光強度はλ−842nmで最大値をとる
。第4図は、異なるバイアス条件下で、すなわち、逆バ
イアスをかけられた損失部分(VA−−0.3V)の場
合、第1副バンドからのレーザ発振に対応して、放出さ
れる強度はλ−875nmで最大値をとる。第1および
第2副バンドの両方からのレーザ発振が、中間的なバイ
アス条件、例えば、I A −2 m Aに対して観測
される。
当業者に周知のように、量子井戸の第1副バンドと第2
副バンドの間のエネルギー差は、特に、井戸の厚さに依
存する。従って、本発明によるデバイスで得られる波長
差Δλは設計変数である。
第3図、第4図は、Δλは相対的に大きくすることがで
きs 30nm以上にすることができることを示してい
る。これは、以下に説明されるように、重要な利点であ
る。
本発明の波長スイッチ方式の実施例では、λ1−λ2 
1は少なくとも10nmである。このトロ対的に大きい
波長差は、従来の波長スイッチレーザでは不可能であっ
た応用(例えば、情報記憶システム)を可能にする。従
来のデバイス(例えば、電気的に制御されたブラッグ素
子のついたDFBレーザ)では、達成できる最大のΔλ
は一般的に10nmよりもずっと小さく、しばしば1n
mのオーダである。
本発明による装置の例が第5図に模式的に示されており
、そこでは、本発明のレーザは、パイアス条件によって
、波長λ またはλ2の放射光を1 放出する。放出される放射光は、利用デバイス、例えば
、別のまたは同一の電子アセンブリもしくはサブアセン
ブリ上の半導体検出器や、光ディスクまたはその他の光
記憶媒体や、光ファイバによって受信される。利得電源
は注入電流■。をレーザの利得部分に供給し、バイアス
電源は利得部分に電気的に接続されている。バイアス条
件はバイアス制御信号に応じてセットされる。
例えば、■ −0で、■ は臨界電流I。ritまA 
        G たはそれに接近した値にセットされる。その値は構造体
内の利得のさまざまな損失に依存する。従って、損失部
分への順バイアスの印加によって、量子井戸の副バンド
のうちの1つ(例えば、第1副バンド)からの発振を生
じ、適当な逆バイアスによってもう1つの副バンド(例
えば、第2副バンド)からのレーザ発振を生じる。
本発明は、さまざまな実施例の形をとり得る。
その1つの例が第6図に模式的に示されている。
電気的に制御された空間光変調器60の例は、第1図に
関連して説明されたものとほとんど同一であるが、2つ
のp一接触ストライブ切片のセットからなる層構造をも
つ半導体からなる。特に、2つの利得部分接点(20、
20゛)は電気的に接続され、2つの損失部分接点(2
1、21゜)も同様である。2つの接触ストライプ切片
の間には回折格子62が配置され、回折格子の周期は、
放射光がかなり大きな角度θで自由空間へ効率的に結合
して放出されるように選択される。例えば、波長約1,
5μmの放射光に対し、周期約0.5μmの回折格子は
約708のオーダのθを生じることができる。反射膜6
1、61′が形成され、反射膜61′はレーザ放射光が
付随するファセットから放出されるように選択される。
放出の方向(第6図に示された角θ)はレーザ放射光の
波長に依存する。従って、損失部分のバイアス条件の変
化によって、λ からλ2への波長の変化を生{ じることにより、θの変化を生じることができる。
電気的に制御された空間光変調器は、例えば、光スキャ
ニング、光波分配回路、空間的に分離された電子または
光電子サブシステムもしくはシステムの間のチップ間光
相互接続のような、多くの応用をもつ。
本発明による装置の例は、光情報記憶装置であって、こ
れは、本発明によるレーザからなり、このレーザは、適
当な記憶媒体に格納された情報を読みとるために使用さ
れる相対的に長い波長と、例えば電子一ホール対生成や
適当な化学反応を誘導することによって媒体に情報を書
き込むために使用される相対的に短い波長とをもつ。
本発明による装置のもう1つの例は、2つ(またはそれ
より多くてもよい)の独立にアドレス可能な損失部分を
もつ本発明のレーザからなる。このような装置は論理演
算を実行するために使用され、周波数で制御される光デ
ータ伝送において応用がある。例えば、レーザのt目対
的に長い波長の放射光を論理Oに付随させ、相対的に短
い波長を論理1に付随させることにより、2つの損失部
分(AおよびB)は正(+Vモ0)および負(−V=1
)にバイアスされ、固定したIGに対しレーザ光出力は
ANDに対する真理値表、すなわち、による波長をもつ
。やや大きい注入電流に刻しては、レーザ出力はORに
対する真理値表、すなわによる波長をもつ。本発明の光
電子デバイスによって実行されるその他の論理関数もあ
る。例えば、両方の損失部分に逆バイアスをかけるとレ
ーザをオフにするように装置が設計されている場合には
、加算に対する真理値表は、F目対的に長い波長を「和
」として定義し、相対的に短い波長を「繰り上がり」と
して定義することによって生成される。
Δλは本発明のレーザでは相対的に大きくすることがで
きるので、上で説明された装置に安価なフィルタおよび
回折格子を使用することができる。
これは明らかに本発明の利点である。
望ましい実施例では、本発明のデバイスは、電子デバイ
スまたはサブアセンブリ(例えば、利得部分を通る電流
を生じる手段や、損失部分に電気的バイアスを印加する
手段)とともに、共通の半導体基板上に配置される。随
意に、同一の基板上に、その他の光電子デバイス、例え
ば、検出器や他のレーザを配置することができる。さら
に、逆バイアスをかけられた損失部分に流れる光電流は
周知の手段で監視することができ、フィードバックルー
プを介して、VAおよびIGのうちの1つ(または両方
)を変化させることにより、光出力を制御するために使
用することができる。この制御を実行する手段もまた、
当業者にはただちに明らかなように、都合よく共通の基
板上に集積することができる。
例1:(100)一方向のn−1nP基板上にエビタキ
シャル層が大気圧MOVPE (T. タンブンーエク
(T. Tanbun−Ek)他、「アプライド・フィ
ジックス・レターズ」、第55巻、819ページ参照)
によって形成された。はじめに1μmのn−1nP緩衝
層が形戊された。つづいて、InPに適合した厚さ22
nmの階段状のドープされていない4要素からなる層の
格子と、1.0μm11,1μm,1.25μm,1.
.33μmの減少するバンドギャップをもつ、GRIN
SCH層の下部が形或された。次に、単一の、3つの要
素からなる、厚さ約14nmの量子井戸が形戊された。
これに続いて、GRINSCH−1 nGaAsP閉じ
込め層の上部(バンドギャップは1.33μmから1.
0μmへ4段階に増大)が形戊された。
つづいて、上部クラッディング(50nm1非ドーブ)
からのZn拡散の効果を最小にするためのInP逆転層
、p−1nPクラッディング(1μrr+)、およびp
−InGaAsPキャップ層を順に形成した。T.タン
ブンーエク(T. Tanbun−Ek)他、「エレク
トロニクス・レターズ」、第24巻、1483ページに
説明されているものとほとんど同様の技術を使用して、
BHレーザが製造された。
活動領域の幅は約2μmに縮小され、Fe−ドープ半絶
縁1nPが再形成され、通常の金属被覆層が蒸着された
。p側の接点のパターンが形成され、単一の損失部分と
2つの利得部分との間に6μmのギャップが形成された
。LAは6μmであり、デバイスはLc−800μmと
なるように男開された。このようにして製造されたレー
ザは通常の手段を使用してテストされた。I c − 
2 5 0 m AおよびVA−0,3Vに対し、出力
放射光はλ一1.51μmをもち、TE分極していた。
Icを330mAに、VAを−〇.4vに変えると、出
力放射はλ−1,46となり、やはりTE分極していた
。スイッチ速度は使用されたエレクトロニクスによって
制限された。
例2:レーザは、レーザが4つの量子井戸からなり、L
Aが約30μmであることを除いては、例1に説明され
ているものとほとんど同様にして製造された。出力放射
光の波長は、Δλが約60nmであったことを除いては
例1とほとんど同様にしてスイッチすることができた。
さらに、波長は、VAを変化させることにより工、(所
定の副バンド内で)調節することができた。
第8図は、本発明による特定の望ましい装置の関連部分
を示す模式図である。装置は複数の(同一である必要は
ない)ディジタルゲートG1,G  ・・・・・・,G
 からなり、回路基板81上の2’      n 数字801、802、・・・・・・、80 で同定され
n る。n個のゲートの出力は多重化手段82によりて結合
され、多重化された出力信号83は、増幅されずに、多
重電極量子井戸レーザ84の損失部分へ送られる。レー
ザにはまた、通常のものであって図示されていない手段
によって、駆動電流85が供給される。ゲートおよび多
重化手段もまた通常のものであってもよい。レーザ84
の光(可視光である必要はない)出力86は、多重化さ
れた信号83に反応して、通常の手段によって光ファイ
バ87へと結合され、ファイバを通って伝播し、1つの
(1つより多くてもよく、同一基板上に配置される必要
はない)検出器88によって検出される。検出器は通常
のものでよい。検出器出力89は、例えば多重化手段を
含む通常の方法における出力に反応した、図示されてい
ない、手段へと送られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるレーザの例を示す模式図、 第2図は、注入電流に対する、放出光強度の値を、損失
部分のバイアスの関数として与えた例を示す図、 第3図および第4図は、波長に対する放出光強度のデー
タの例を示す図、 第5図は、本発明による装置の模式図、第6図は、本発
明による特殊な実施例、すなわち、空間光変調器を示す
模式図、 第7図は、本発明のもう1つの特殊な実施例である、可
変利得光増幅器を示す模式図、第8図は、本発明による
光相互接続手段を含む装置の関連部分を示す模式図であ
る。 人:アメリカン テレフォン アンド FIG。2 FIG. l 注入電流 ,恥(mA) 入(nm) FT0. 4 850 波 長  .入(+unl 880 FIG. 5 FIG. 7 FT0. 6 FIG 8

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体からなる光電子デバイスを有する装置にお
    いて、前記半導体は利得部分および、前記利得部分に光
    学的に結合されているが電気的にはほとんど絶縁された
    、長さL_Aの損失部分からなり、前記半導体は長さL
    _Cおよび所定の波長の放射光に対する利得をもち、前
    記半導体は少なくとも1つの量子井戸を有し、前記量子
    井戸は第1および第2のエネルギー副バンドをもち、前
    記装置はさらに、 a)前記利得部分を通る電流を生じる手段と、 b)前記所定の波長の放射光に対する前記利得を変化さ
    せる手段と、 c)前記デバイスによって放出される放射光を利用する
    手段とからなり、 d)前記デバイスが第1のレーザであって、このとき、
    b)の手段は、LCを変化させることなく、前記利得を
    、波長λ_1の第1放射光の放出に付随する第1値から
    、波長λ_2の第2放射光の放出に付随する第2値に変
    化させることに適合しており、ここで|λ_1−λ_2
    |は少なくとも、10nmであり、または、 e)前記デバイスが第2レーザであって、このとき、L
    _C/L_Aは10より大であり、前記利得部分と前記
    損失部分の間の電気的絶縁抵抗は少なくとも約3kΩで
    あり、これによって前記所定の波長の放射光に対する前
    記利得は前記損失部分のバイアスの変化によって変化さ
    せることができ、またこれによって前記レーザによって
    放出される放射光の高速な変調が達成され、または、 f)前記デバイスが光増幅器であって、前記半導体が2
    つの面をもち、前記面のうちの少なくとも1つに前記所
    定の波長に対する反射防止膜をもち、前記装置が前記面
    のうちの1つに前記所定の波長の放射光を入射させる手
    段を有することを特徴とする量子井戸デバイスからなる
    装置。
  2. (2)前記利得を変化させる前記手段が前記損失部分へ
    の前記電気的バイアスを変化させる手段と(又は)、前
    記損失部分を光ポンピング放射光に暴露する手段とから
    なることを特徴とする請求項1記載の装置。
  3. (3)L_C/L_Aが20より大であることを特徴と
    する請求項1および2記載の装置。
  4. (4)前記デバイスが前記第1レーザであつて、前記半
    導体が少なくとも2つの損失部分からなり、各損失部分
    は利得部分に光学的に結合されているが電気的には前記
    利得部分およびもう一方の損失部分からほとんど絶縁さ
    れ、各損失部分は、前記レーザが所定の真理値表に従っ
    て第1放射光および第2放射光を放出することができる
    ように前記半導体の前記利得を変化させる手段をもつこ
    とを特徴とする請求項1または2記載の装置。
  5. (5)前記デバイスが前記第1レーザであって、前記半
    導体がさらに回折格子を有し、前記放出される放射光に
    は放出角が付随し、前記回折格子が、前記第1放射光に
    対する前記放出角が前記第2の放射光に対する前記放出
    角と異なるように選択されることを特徴とする請求項1
    または2記載の装置。
  6. (6)a)電気的出力をもつ少なくとも1つのディジタ
    ル電子ゲートと、 b)増幅器を介することなく前記ゲートに電気的に結合
    され、前記ゲートの前記電気的出力に反応した放射光出
    力をもつ半導体レーザと、c)検出器手段、および前記
    検出器手段に前記レーザの前記放射光出力を入射させる
    のに適合した手段であって、前記検出器手段が電気的出
    力をもつものと、 d)前記検出器手段の出力に反応する手段からなること
    を特徴とする量子井戸デバイスからなる装置。
  7. (7)前記半導体レーザが、少なくとも1つの利得部分
    および少なくとも1つの損失部分を有する量子井戸レー
    ザであって、前記電子ゲートの前記電気的出力は前記少
    なくとも1つの損失部分に印加され、さらに前記レーザ
    に駆動電流を供給する手段を有し、前記駆動電流は前記
    少なくとも1つの利得部分に印加されることを特徴とす
    る請求項6記載の装置。
  8. (8)複数のディジタルゲートおよび多重化手段からな
    り、各ディジタルゲートは電気的出力をもち、前記複数
    の出力は前記多重化手段に印加され、前記多重化手段の
    前記出力は前記少なくとも1つの損失部分に印加される
    ことを特徴とする請求項6または7記載の装置。
  9. (9)前記装置が電気的スイッチング装置であることを
    特徴とする請求項6乃至8記載の装置。
  10. (10)量子井戸デバイスからなる装置において、前記
    レーザが、利得部分および、前記利得部分に光学的に結
    合されているが電気的にはほとんど絶縁されている長さ
    L_Aの損失部分からなる半導体を有し、前記半導体は
    長さL_Cおよび所定の波長の放射光に対する利得をも
    ち、前記半導体が少なくとも1つの量子井戸を有し、前
    記装置が前記利得部分を通る電流を生じる手段と、前記
    所定の波長の放射光に対する前記利得を変化させる手段
    とを有し、LC/LAは10より大であり、前記利得部
    分と前記損失部分の間の電気的絶縁抵抗は少なくとも約
    3kΩであることを特徴とする請求項6記載の装置。
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