JPH0311783A - 面入出力双安定半導体レーザおよび半導体レーザアレイ - Google Patents

面入出力双安定半導体レーザおよび半導体レーザアレイ

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JPH0311783A
JPH0311783A JP1145468A JP14546889A JPH0311783A JP H0311783 A JPH0311783 A JP H0311783A JP 1145468 A JP1145468 A JP 1145468A JP 14546889 A JP14546889 A JP 14546889A JP H0311783 A JPH0311783 A JP H0311783A
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JP
Japan
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laser
semiconductor laser
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bistable
light
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Pending
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JP1145468A
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English (en)
Inventor
Hideho Saito
斎藤 秀穂
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
    • G02F3/02Optical bistable devices
    • G02F3/026Optical bistable devices based on laser effects
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers

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】 (+)  発明の属する技術分野 本発明は、並列光信号処理システムの基本構成デバイス
であるスイッチ・メモリ機能を備えた(2次元)面入出
力双安定半導体レーザおよび2次元半導体レーザアレイ
に関するものである。
(2)従来技術 従来、タンデム電極型双安定半導体レーザは、単に単体
の半導体レーザの電極を分割した構成であるので、半導
体レーザの端面ば、へき開面を使用していた。
第3図は従来例を示すものであり、1はn −InP基
板、2はn−1nPクラッド層、3はu  InGa八
sPへ性層、4はp−1nPクラッド層、5はp−In
GaAs Pキャップ層、7はn−電極、8はp−電極
、9はゲイン領域I、10はゲイン領域■、11は可飽
和吸収領域、15は出力光である。この断面図に示す如
く、双安定レーザの制御用注入光は、レーザ端面に垂直
に横から注入しなければならず、かつ、レーザの出力光
と他端面から横に取り出すものであったため、並列光信
号処理システムに必要な多数の2次元アレイ化は不可能
であった。
(3)発明の目的 本発明は、このような欠点を鑑みてなされたもので、そ
の目的は、ドライエツチング等の方法によって、斜反射
鏡を伴ったレーザ端面を形成し、斜反射鏡に、注入光お
よび出力光を反射させて、デバイス表面方向からの光の
入出力を可能とし、多数の双安定レーザのモノリシック
な2次元アレイ化によって、並列光信号処理システムに
不可欠の光信号処理の同時並列化を可能とした面入出力
双安定半導体レーザを提供することにある。
(4)発明の構成と特徴 この目的を達成するために、本発明による面入出力双安
定半導体レーザと半導体レーザアレイは次のような構成
を有している。
■ストライブ状の電流注入活性領域と高抵抗の電流狭窄
層とが設けられ、かつ2つのレーザ端面を有している埋
込構造半導体レーザ構造をもち、前記ストライプ状の電
流注入活性領域が利得領域と可飽和吸収領域とに分割さ
れているタンデム電極型双安定半導体レーザにおいて、
前記レーザ端面ばストライプ状の電流注入活性領域とp
−n接合平面に対して垂直に形成され、かつ該レーザ端
面の近傍にはp−n接合平面に対して40゜〜60°傾
けた斜反射鏡が形成され、レーザの出力光を該斜反射鏡
に反射せしめてpn接合平面に対してほぼ垂直な方向に
取り出すことを可能とし、かつ双安定レーザを制御する
p−n接合平面に対してほぼ垂直な方向の外部からの注
入制御光を該斜反射鏡に反射せしめて前記ストライプ状
の電流注入活性領域に前記レーザ端面から注入せしめ得
ることを可能とし゛たことを特徴とする画人出力双安定
半導体レーザ。
■面入出力のための斜反射鏡に、高反射膜を形成したこ
とを特徴とする第1項記載の面入出力双安定半導体レー
ザ。
■第1項又は第2項記載の面入出力双安定半導体レーザ
が、同一基板上に、2次元アレイ状に、モノリシックに
多数配置されたことを特徴とする半導体レーザアレイ。
本発明は、ドライエツチング等の方法によって、双安定
半導体レーザの垂直端面とその近傍に斜反射鏡を形成す
ることにより、デバイス表面方向からの光の入力および
表面方向への光の出力を可能としたことにより、双安定
半導体レーザのモノリシンクな2次元アレイ化を可能と
したことを主要な特徴とする。従来の双安定半導体レー
ザは、へき開面をレーザ端面としていたので、単体の双
安定レーザもしくは、1次元レーザアレイのみであった
。双安定半導体レーザの2次元アレイ化によって、始め
て、多数のモノリシック集積化が可能となり、並列光信
号処理システムの同時並列光信号処理が1チツプで、実
現できるようになった。
(実施例) 第1図は本発明の第1の実施例の面入出力双安定半導体
レーザを説明する斜視図である。図には示していないが
、電極の分離を完全に行うため、電極分離帯16のキャ
ップ層5は、エツチング等で除いである。lはn−In
P基板、2はn−1nPクラッド層、3はu −1nG
aAs P活性層、4はp  InPクラッド層、5は
p −1nGaAs Pキャップ層、6はSl(Sem
i−Insulating)−1nP高抵抗層、7はn
−電極、8はP−電極、9はゲイン領域■、10はゲイ
ン領域■、11は可飽和吸収領域、12は垂直レーザ端
面、13は高反射膜付斜反射面、14は注入光(制御光
)、15は出力光、16は電極分離帯である。
これを動作させるには、lOのゲイン領域■に所定の一
定電流を流し、9のゲイン領域■の電流を上げていく、
可飽和吸収領域11の吸収は、最初のうちは大きいから
、双安定レーザはなかなか発振しないが、9のゲイン領
域1OEL光が、可飽和吸収領域11に注入され、その
強度が一定のレベルに達すると、可飽和吸収領域11の
可飽和吸収体が飽和し、吸収係数がEL注大光の強度が
増すにつれて、急激に減少し、双安定レーザは発振し、
ON状態に遷移する(ターンオン)。また、発振状態の
双安定レーザにおいて、内部の光強度は、大きいから、
可飽和吸収領域11の可飽和吸収体の吸収係数は飽和し
て小さくなり、この状態から徐々に、9のゲイン領域1
の注入電流を下げていくと、前記のOFF→ON遷移の
電流値より下げてもまだ、双安定レーザは発振を続け、
さらに、IOのゲイン領域■の電流を下げていくと、内
部の光強度はさらに下がる。内部の光の強度があるレベ
ルまで下がると、可飽和吸収領域11の可飽和吸収体の
吸収係数が象、激に上がり、双安定レーザは発振を停止
し、ON→OFF i!!移がおこる(ターンオフ)。
これが双安定レーザにおいてヒステリシス現象がおこる
理由である。
ヒステリシスの遷移中、すなわち0FF−+ONの9の
ゲイン領域■の電流値とON→0旺の9のゲイン領域■
の電流の値の差、および遷移電流値(9のゲイン領域1
の電流値)そのものも、10のゲイン領域■の電流によ
って制御できる。可飽和吸収領域11の電流によっても
、もちろん遷移電流および遷移中は制御できるが、可飽
和吸収領域11の電流は、主に遷移スピードを速くする
ようにすなわち高速動作可能なるように調節せられる。
双安定半導体0N−OFFの制御は、9のゲイン領域I
の電流をターンオフ・ターンオンの中間の領域に設定し
ておき(もちろん10のゲイン領域■および吸収領域の
電流にも依存する)、プラスあるいはマイナスの電流パ
ルスによっても行えるが、光の注入によってもおこすこ
とができる(光制御)、すなわち、9のゲイン領域Iの
電流値をターンオフ・ターンオンの中間の状態に設定し
、OFF状態の双安定レーザにトリガ光を、ゲイン領域
■に注入すると、ターンオンし、またON状態の双安定
レーザに発振光より長波長の強めの注入光を10のゲイ
ン領域Hに注入すると、その注入光が増幅され、かつキ
ャリアが消費され、発振光での利得低下、すなわち光ク
エンチングが起こり、ターンオフする。
光クエンチングを起こすには、光の波長と、強度を適切
に選ぶ必要がある。一般には、ターンオンに、光トリガ
、ターンオフにはマイナス極性の電流パルスを用いるの
が通例である。
斜反射鏡はp−n接合面に対して40’〜60°傾けて
形成されている。この斜反射鏡の存在により、本発明の
双安定レーザの光制御はデバイスの表面方向からの注入
光によって行わせ、かつ出力光もデバイスの表面方向に
取り出すことが可能である利点がある。
第2図は本発明の第2の実施例の2次元画人出力双安定
半導体レーザアレイの主要部を示す斜視図である。lは
n−1nP基板、3はu −InGaAs P活性層、
7はn−電極、8はp−電極、9はゲイン領域■、10
はゲイン領域■、11は可飽和吸収領域、12は垂直レ
ーザ端面、13は高反射膜付斜反射面、14は注入光(
制御光)、15は出力光である。
図面の簡単化のため、本発明に直接関係のないものが省
略して描かれているが、特にここで強調しておきたいの
は、図示を省略しである配線パターンは、絶縁膜を介し
て多層配線とし、各々の独立に電流設定・制御ができる
ようになっていることである。斜反射鏡の存在により光
の画人出力が可能となっているので、同一基板に、モノ
リシックに2次元アレイ状に多数配置することができる
そのため、並列光信号処理システムに、不可欠の光信号
処理の同時並列化を可能とする利点がある。
なお、本実施例には、タンデム電極双安定半導体レーザ
として、電極3分割型をあげたが、この3分割型に限ら
れるわけでなく、2分割型あるいは多分割型も同様に実
現可能である。
また、レーザ構造の埋込み構造も、高抵抗埋込みに限ら
れるわけではない。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明の面人出力双安定半導体レ
ーザは、斜反射鏡の存在により、表面方向からの光の入
力、出力が可能であるから、同一基板上に、2次元アレ
イとして多数集積できる利点がある。また、この2次元
面入出力双安定半導体レーザアレイは、個々のレーザが
独立でかつスイッチ・メモリ機能を有しているので、光
神経回路網等の並列光信号処理システムの基本構成デバ
イスとして、光の同時並列処理に欠かせないものである
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の面人出力双安定半導体
レーザを示す斜視図、第2図は本発明の第2の実施例の
2次元量大出力双安定半導体レーザアレイを示す斜視図
、第3図は従来の双安定半導体レーザを示す斜視図であ
る。 t・・・n−1nP基板、  2−n−1nPクランド
層、3−= u −1nGaAs P活性層、 4−p
−1nPクラッド層、  5−= p −1nGaAs
 Pキャyプ層、  6・・・5l−1nP高抵抗層、
 7・・・n−電極、8・・・p−電極、 9・・・ゲ
イン領域I、 10・・・ゲイン領域■、 11・・・
可飽和吸収領域、 12・・・垂直レーザ端面、 13
・・・高反射膜付反射鏡、14・・・注入光(制御光)
、  15・・・出力光、16・・・電極分離帯。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ストライプ状の電流注入活性領域と高抵抗の電流
    狭窄層とが設けられ、かつ2つのレーザ端面を有してい
    る埋込構造半導体レーザ構造をもち、前記ストライプ状
    の電流注入活性領域が利得領域と可飽和吸収領域とに分
    割されているタンデム電極型双安定半導体レーザにおい
    て、前記レーザ端面はストライプ状の電流注入活性領域
    とp−n接合平面に対して垂直に形成され、かつ該レー
    ザ端面の近傍にはp−n接合平面に対して40゜〜60
    ゜傾けた斜反射鏡が形成され、レーザの出力光を該斜反
    射鏡に反射せしめてp−n接合平面に対してほぼ垂直な
    方向に取り出すことを可能とし、かつ双安定レーザを制
    御するp−n接合平面に対してほぼ垂直な方向の外部か
    らの注入制御光を該斜反射鏡に反射せしめて前記ストラ
    イプ状の電流注入活性領域に前記レーザ端面から注入せ
    しめ得ることを可能としたことを特徴とする面入出力双
    安定半導体レーザ。
  2. (2)面入出力のための斜反射鏡に、高反射膜を形成し
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の面入出
    力双安定半導体レーザ。
  3. (3)特許請求の範囲第1項又は第2項記載の面入出力
    双安定半導体レーザが、同一基板上に、2次元アレイ状
    に、モノリシックに多数配置されたことを特徴とする半
    導体レーザアレイ。
JP1145468A 1989-06-09 1989-06-09 面入出力双安定半導体レーザおよび半導体レーザアレイ Pending JPH0311783A (ja)

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