JPH0318083A - 半導体レーザ - Google Patents

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〕 本発明は、波長多重光情報伝送・処理・記録等に有用な
半導体レーザ素子に関し、特に注入電流の大きさを制御
することにより、異なる波長のレーザー光を発する半導
体レーザに関する。

〔従来の技術〕

近年、光通信や光学的情報処理の分野の技術の進歩はめ
ざましく、通信分野の伝送帯域の拡大のための波長多重
伝送や周波数変調伝送方法など、また、光記録分野の波
長多重化による記録密度の向上など、半導体レーザに求
められる機能として、高性能な波長可変機能が重要とな
ってきた。

このため、波長を可変とするため、最近、量子井戸層内
の基底準位と高次準位を用いた波長可変半導体レーザ（
特開昭６３−３２９８５）や、組成または幅の異なる複
数の量子井戸層の各々の準位を用いた波長可変半導体レ
ーザ（特開昭６３−３１２６８８）などが提案されてい
る。

これらの波長可変の原理を、以下に説明する。

まず、量子井戸構造からなる活性層の場合、注入電流の
増加につれて、活性層内の利得曲線は前者の場合第６図
、後者の場合第３図に示すように利得の最大値は低エネ
ルギーギャップ（以下、Ｅｇと記す）（長波長）側から
高Ｅｇ（短波長）側へ移ることはよく知られている。

このような量子井戸構造の活性層をもつ半導体レーザに
おいて、共振方向に均一に電流注入を行なった場合、長
波長光が発振する。つまり、共振器内の全損失を低《し
た状態で、低Ｅｇに対応する光を発振させるのである。

また、この半導体レーザにおいて、不均一に電流注入を
行なうと、短波長光が発振する。この際、損失領域では
利得が小さくなるので、利得領域ではその分利得を大き
くする為、多くの電流注入を行なう。特に、損失領域の
短波長側の利得は非常に小さいので、利得領域への注入
電流を非常に大きくして共振器内の全利得を短波長光に
おいて最も大きくなるようにする。

ここで、共振方向の均一注入とは、活性層内の光、電子
が集中している活性導波路の光の共振方向において、等
しい電流密度で注入している状態をいう。これに対し、
ある領域で電流密度が共振方向の長さあたり均一であっ
ても、全共振器において各領域ごとに異なる電流密度で
注入している状態が不均一注入である。また、各領域へ
の注入電流を異ならせるためには、領域間に分離部分が
必要である。この分離部分は、均一注入の際にも電流が
注入されていないことになる。しかしながら、この分離
部分が１０μｍ以下の長さであれば、活性層内部でのキ
ャリアの広がりを考慮すると、ほぼ均一注入状態である
とみなせる。このように、従来の波長可変方式は均一注
入時に長波長光を発振し、不均一注入時に短波長光を発
振させるというものであった。

〔発明が解決しようとしている課題〕

しかしながら、上記従来例では、均一注入時の電流値と
不均一注入時の電流値との差が非常に大きいという問題
点があった。例えば、均一注入時に対する不均一注入時
の発振しきい値電流は、通常、数十倍以上になる。この
為、素子の温度が上昇し、素子の寿命を短かくしてしま
う。

また、上記従来例においては、吸収領域の長さは非常に
重要であり、不均一注入時の吸収領域が長いと短波長光
の損失量が大きくなり、活性領域の利得をいくら大きく
増加させても短波長光が発振しなくなる場合も生じた。

なぜならば、損失領域での短波長側の利得は注入電流の
減少にともなって著しく低下するが、利得領域での短波
長側の利得は注入電流の増加につれて飽和傾向を示すた
め、損失領域での短波長光の損失を補いきれない状態が
生じ得るからである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、注入
電流密度を大きく変化させることなく、発振波長を容易
に制御し得る波長可変な半導体レーザを提供することに
ある。

本発明の上記目的は、量子井戸構造の活性層を含み積層
された半導体から成る共振器と、該共振器の共振方向に
並設された複数の電極とを有し、これらの電極から注入
される電流の密度を各々独立に制御することによって、
対応する量子化エネルギーが互いに異なる光を発振する
半導体レーザにおいて、各々が利得領域、損失領域及び
調整領域に対応する３つの電極を少なくとも設け、且つ
、これらの領域に等しい電流密度で注入を行なったとき
に大きな量子化エネルギーに対応する光が発振し、領域
に応じて異なる電流密度で注入を行なったときに小さな
量子化エネルギーに対応する光が発振するように、前記
共振器の端面損失を設定することによって達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

まず、本発明を理論的に示すために簡単な例として単一
量子井戸層（ＳＱＷ）からなる活性層において、共振方
向に３つの領域（１，　ＩＩ，　ｍ）に注入電流密度が
変えられる半導体レーザの発振条件を考える（第５図）
。各領域での利得ｇは、注入キャリア密度ｎと波長λの
関数なので、ｇ　（ｎ＋，　　λ１）と書ける。各々の
領域の長さをＬＩ，Ｌ■，Ｌｒｎとして全共振器長Ｌ＝
Ｌ夏＋Ｌ　ｎ　＋Ｌ　ｗとする。

このとき、ある波長λ１での発振条件は、合について説
明する。λ４の光が発振するとして、（１）式はｎｌ”
ｎ　ｔｌ　：ｎ　Ｉｆｆ　：ｎ　Ｑより、となる。これ
は、通常の半導体レーザの式であり、に等しくなった状
態で発振する。

この均一注入時に発振する波長λ４が、高Ｅｇに対応す
る短波長となるためには、低Ｅ，に対応するをλ３とす
るとき、第６図において ｇ（ｎｏ，　　λ３）＜ｇ（ｎｏ，　　λ４）である。

また、ｎ−＜ｎ。ならば、 において、ＧＩ＝０となる状態である。ここで、「はＳ
ＱＷ内の光閉じ込め係数、αは共振器内の内部損失、Ｒ
ｔ，　　Ｒｂは前後面の端面反射率を表わす。

まず、共振方向に均一に電流注入を行なった場である必
要がある。

これらの条件を満たすためには、 であればよい。つまり、内部損失または端面損失が大き
ければ、高Ｅｇに対応する短波長を発振させられる。

一般に、内部損失の増加は、共振器内の熱的上昇や光の
モードの不安定性の原因となる。従って、本発明におい
ては、端面損失を増加させることによって目的を達成し
ている。

具体的には、共振器長Ｌを短くする方法、または、端面
反射率Ｒ．，Ｒｂを小さくする方法を用いることが出来
る。

第７図に、量子井戸構造からなる活性層をもつ半導体レ
ーザの、共振器長Ｌに対する発振波長の変化を模式的に
示した。Ｌが小さくなるにつれてＥｇ＋に対応する光で
発振しているものが、しきい利得の増加につれて、バン
ドフイリング効果で短波長側ヘシフトしていく。そして
、Ｌ１の共振器長で、ＥｇｌとＥｇ２に対応する利得が
等しくなり、２つの波長のいずれかまたは同時に発振し
たり、２つの波長のスイッチングが生じる状態となる。

さらに、Ｌが小さくなると、Ｅｇｚに対応する光が発振
し、さらに、短波長側ヘシフトしていく。このように、
発振波？は共振器長によって変化し、Ｌ１を境にして異
なるＥ■に対応する光を発振する。

このことを有効に活用したのが本発明であり、まず、均
一電流注入時にＥｇ２に対応する光（短波長光）が発振
するように共振器長をＬ１よりも小さく設定しておく。

この半導体レーザに複数の領域に異なる電流密度で注入
、つまり共振方向に不均一に電流注入を行えば、電流密
度の小さい損失領域ではＥｇ２に対する利得が小さいた
めに、共振器内のＥ，２に対する全利得よりも、Ｅ，ｌ
に対する全利得の方が早くしきい利得に達するようにな
り、Ｅｇｌに対応する光（長波長光）が発振することに
なる。

この波長切り換えの際の注入電流の変化は小さいため、
素子に悪影響を与えることなく実現できる。

次に端面反射率Ｒｒ，　　Ｒｈを小さくした場合の本発
明の原理を説明する。第８図に、量子井戸構造からなる
活性層をもつ半導体レーザの端面反射率に対する発振波
長の変化を模式的に示した。この場合も、Ｌと同様の挙
動を示し、Ｒ　ｒｌ−　，　　Ｒ　１）１が小さくなる
につれて、Ｅよｌに対応する光（長波長光）は短波長側
ヘシフトしていき、反射率Ｒｔ，　　ＲｂにおいてＥｇ
＋とＥ，２に対応する利得が等し《なり、２つの波長の
いずれか、または同時に発振したり、２つの波長のスイ
ッチングが生じる。さらに反射率が小さくなるとＥｇ２
に対応する光が発振し、さらに短波長側ヘシフトしてい
く。

このように発振波長は端面反射率によって変化し、Ｒ　
１１　，　　Ｒ　ｈ＋を境にして異なるＥ２に対応する
光を発振する。このことを有効に活用したのが、本発明
の別の手法であり、ある共振器長の半導体レーザにおい
て、均一に電流注入を行った際にＥｇ２に対応する光が
発振するように端面反射率を、へき開のみの反射率約３
２％よりも小さく設定しておく。

この方法は、誘電体を端面に蒸着、スバツタ等によりコ
ーティングすることにより容易に実現できる。

次に、このように端面損失が制御された半導体レーザに
おいて、その共振方向に不均一に電流注入を行なった場
合の挙動を説明する。領域［Ｉ］を損失領域、［ＩＩ］
を利得領域、［Ｉ［［］を調整領域とし、（１）式にお
いてｎ＋＜ｎｏ＜ｎｎ，ｎｍ＜ｎｌＩとする。第６図に
、注入電流が変化した場合の波長に対する利得曲線を示
す。ｎ１〜ｎ−，ｎｕ〜ｎ＋とした場合、 領域［Ｉ］ではｇ（旧，λ４　）　《ｇ　（　ｎ　ｒ　
，λ３）領域［Ｉ［］ではｇ（ｎＴ１，λ４）＞ｇ（ｎ
ｒ１．λ３）となる。そして、 領域［ｍ］においてｇ（ｎｍ，λ４）二ｇ（ｎｍ，λ３
）であるときに発振するように共振器損失を決めている
場合、Ｇ４くＧ３＝Ｏとなり、λ３の波長で発振する。

このように、損失領域ではλ４に対する利得はλ３に比
べて著しく小さく設定されてしまうため、結果としてλ
３に対するＧ３が大きくなる。なお、このようにＣＩ］
と［ＩＩ］を用いて発振波長を決定し、一方、［ＩＩ［
］ではλ３，λ４またはそれらの間の波長における利得
を波長に対してあまり依存性のないように平坦にバイア
ス電流を形成しておくことにより、［Ｉ］と［ＩＩ］で
たし合わせた利得の最大の波長の光を選択し、［ＩＩ［
］でその光を増幅して光出力を制御することができる。

この際、［Ｉｆｆ］の領域の長さは［Ｉ］，　　［ＩＩ
］部に比べて長い方が、少ない注入電流差で利得分布の
波長依存性をあまり変化させずに利得を大きくできるの
で、光出力制御が容易である。

つまり、本発明のレーザ素子を用いることにより、共振
方向において発振波長の制御部と光出力の制御部を分離
することが可能となった。そして光出力と波長制御のた
めの構造パラメーターが増え、光出力を一定に保ったま
ま発振波長を変化させたり、発振波長を一定に保ったま
ま光出力を変化させたりすることが容易になった。

更に、本発明のレーザ装置の利点として、波長制御領域
（［■］と［１］）における利得は、従来のように発振
しきい利得と等しくなるまで増加させる必要はないので
、［工］と［Ｉｒ］への各々の注入電流の差は小さくて
もすむという点がある。

また、本発明のレーザ装置を高速に変調する場合、波長
制御部のＣＩ］と［ＩＩ］は所望の波長が発振するよう
一定電流にバイアスＬ１光出力制御部である［ｍ］を変
調すればよい。こうすることにより［Ｎと［ＩＩ］を変
調した際に生じる過渡的な波長変化のノイズの発生を抑
制することが可能である。

以上、本発明のレーザ装置の例として、単一量子井戸層
を活性層にもち、第５図に示すように井Ｐ層内の量子化
されたＥｇ３とＥ　ｇ４についてそれぞれに対応する発
振波長の変化を説明したが、本発明のレーザの活性層と
しては、量子化された複数のＥｇが発光可能なように形
或されていれば適用できる。

例えば、組成または幅が異なる量子井戸層が複数近接さ
れて活性層として構威されており、発光が可能になって
いるレーザ素子などにおいても、共振方向に３つ以上の
電極を設け、少なくともそのうちの２つを損失領域、利
得領域として波長制御を行ない、他の１つを調整領域と
して光出力の制御を行なうことによって、安定な波長と
光出力で発振する波長可変レーザを実現できる。

前記Ｅｇについては、量子化されたエネルギーのうち２
つのＥ．に対してのみ説明してきたが、発光可能な２つ
以上の複数のＥｇの波長においても本発明は有効であり
、さらに場合によってはＥｇ間の波長においても発振さ
せることができる。

第１図は本発明を用いた波長可変半導体レーザの模式的
構造図であり、左側は共振方向に垂直な断面図、右側は
共振方向に平行な断面図を示す。以下、このレーザの構
成を説明する。

膜構成は、ｎ”−ＧａＡａ基板ｌ上に０．５　μｍのｎ
”−ＧａＡｓバツファ層２、１．５　μｍのｎ−Ａ１ｏ
．ｓＧ　ａ　ｏ．ｓ　Ａ　ｓクラツド層３、活性層４、
１．５　μｍのｐ一Ａ　Ｉ！ｏ．ｓＧａｏ．ｓＡｓクラ
ツド層５、０．５　μｍのｐ−−ＧａＡｓキャップ層６
が分子線エビタキシャル法により積層されており、ｐ側
にはＡ　ｕ　／　Ｃ　ｒ電極７、ｎ側にはＡｕ−　Ｇ　
ｅ　／　Ａ　ｕ電極８が蒸着され、オーミツクコンタク
トをとるようアロイ化してある。

活性層は第２図に示したようにＧａＡｓ　　８０Ａの量
子井戸層Ｗ１とｋｌ　ｏ．ｏｓＧａｏ９２Ａｓ　　１６
０人の量子井戸層Ｗ２及びそれらを隔てるＡＩ！ｏ３Ｇ
ａｏ７Ａｓ　　１５０人の障壁層Ｂから戊る。更に、量
子井戸層の外側には、厚さ４００人のＧＲＩＮ−ＳＣＨ
層Ｇ，，Ｇ２が、Ａ　ｌ　Ｏ．３　Ｇ　ａ　Ｏ，７　Ａ
　ｓからＡ　ｌ　ｏ，ｓ　Ｇ　ａ　ｏ．ｓ　Ａ　ｓまで
徐々に変化して、光及び電子の閉じ込めを行う構造とな
っている。また、ｐ側の光・電子の閉じ込め層と障壁層
はｐ型にドーピングされている。

本実施例の半導体レーザの共振方向に垂直な横方向の構
造は、第１図に示したように、リツジ導波路型構造を用
い、リツジの深さは上面より１．８μｍの切り込みがな
され、リッジ幅は３μｍである。また、リツジの両側は
Ｓｔ　３　Ｎ　４膜９をプラズマＣＶＤにより成膜し、
上部を電流注入窓とするようにエッチング加工を行った
後、ｐ側電極７を蒸着してある。ｐ側電極７は、共振方
向に３つに分離されており、共振器の全長は２６０μｍ
，［Ｉ］部６０μｍ１［１］部６０μｍ，［ＩＩ［］部
１２０　ｐ　ｍ，分離部１０μｍとなっている。

まず、ここで、本発明の第１の特徴である共振器長につ
いて説明する。第４図に本実施例の半導体レーザについ
てその共振器長と発振波長の関係の実験値を示す。共振
器長が短くなるにつれて発振波長が短波長化し、Ｌ二３
００μｍとＬ：１５０μｍにおいて波長の不連続な短波
長へのシフトが生じた。このように短共振器化は、レー
ザ内部での端面損失を増大させて、しまい利得の増加に
より短波長化を可能とする。

本実施例の半導体レーザでは、共振器長を２６０μｍに
設定することにより、共振器方向に均一に電流注入した
場合、しきい値よりもわずかに上の電流値で、波長８１
５．７ｎｍで発振した。この波長はＡｊ？ＧａＡｓ井戸
層のＷ２の基底準位に対応するものである。この均一注
入時の２つの井戸層の利得を光閉じ込め係数を考慮して
足し合せた利得の波長依存性を第３図に示す。図中には
、注入キャリア密度を示してあり、均一注入時にはｎ。

である。

このとき利得の波長依存性は、λ１とλ２で極大値をも
つが、λ２に対しての利得のピークが最も大きいので、
短波長光λ２が発振している。

次に、この半導体レーザに均一に電流注入を行った際の
発振の挙動について説明する。

損失領域［Ｉ］では、注入キャリア密度はｎ−であり、
ｎｏよりも小さい。このときの利得の波長依存性は、第
３図に示すように、波長λ２に対する利得は均一注入時
に比べて著しく減少し、λ２に対する利得よりもかなり
小さくなる。

一方、利得領域［ｎ］では、損失領域での利得の減少を
補うだけの利得を得るために、均一注入時よりも多くの
注入キャリア密度ｎ＋が必要となる。

このときの利得の波長依存性は、第３図のｎ十に示した
ように、ｎＱよりも一層短波長側の利得が大きくなる。

しかしλ２における共振器内全利得は、λ１におけるそ
れよりも小さくなり、波長制御部である［Ｉ］と［■］
の利得の合計は、結局λ，で最も大きくなる。

このように［Ｉ］と［Ｉｒ］で発振が起こりやすい波長
が決まった状態において、調整領域［ＩＩ［］に、均一
注入時の注入キャリア密度ｎ。よりもわずかに小さい電
流注入を行い、λ１とλ２の波長の利得を等しい程度に
設定するならば、［Ｉ］と［ＩＩ］により選択された波
長が発振することになる。

なお実際には、光出力の制御は［ＩＩＩ］部への注入電
流のみの制御ではな＜、［Ｉ］と［ｎ］部の微調整を行
なうとより正確になる。なぜならば、［■］部の利得の
増加は、［Ｉ［］部と同様に短波長側の利得の増加に影
響するからである。

本発明においては、３つの電流注入部があるため、波長
制御と光出力制御の両方の要求に容易に対応できる自由
度をもっている。実験によれば、均一注入時は［Ｉ］部
Ｉ＋＝１７ｍＡ，　［ＩＩ］部Ｉ　ｎ　＝　１７ｍＡ，
Ｃｍ］部Ｉｍ＝３４ｍＡがしきい電流となり、８１５．
７ｎｍで発振し、均一に注入電流を増加させていけば、
光出力が増加した。

一方、不均一注入し、［Ｉ］部１＋＝１０ｍＡ、［ＩＩ
］部１ｎ＝１００ｍＡ，［ｍｌ部Ｉｇ＝３０ｍＡをしき
い値として、８３４．７ｎｍで発振し、ｔｍを増加させ
るにしたがって波長はほぼ一定に保ったまま光出力が増
加した。

また、［Ｉ］と［ＩＩ］部の注入電流密度の比をいろい
ろ変化させると、発振波長はおよそ８１６ｎｍから８３
９ｎｍの間で連続に変化した。

このように、［Ｉ］と［■］部により発振波長は決まり
、［ＩＩ［］部により光出力が制御できた。

また、活性層内の量子井戸層及び障壁層の設定や、共振
器長の長さ、利得領域と損失領域の長さなど構造を変化
させることにより、利得曲線上の特定な波長のみ選択的
に発振させることができ、不連続に波長を変化させるこ
とが可能である。また、ある条件によれば、２つのＥｇ
に対応する波長２つだけを切り換えることも可能である
。

以上述べた実施例においては共振器長Ｌについてのみ説
明をしたが、前述の（１）式においてＬと同様、端面反
射率Ｒｆ，　　Ｒｂも小さくすることにより、しきい利
得を増加させることができるので、均一注入時の短波長
光の選択的発振手段として有効である。この場合、誘電
体等を端面にコーティングすることにより、容易にＲｌ
，　　Ｒｂは減少できる。

また、高出力化、高発振効率化のためにはＲｂ　＞　Ｒ
＋が望ましいが、Ｒｂ≦Ｒ『でも本発明は有効である。

本発明の半導体レーザ装置の使用法としては、ある発振
波長において光出力を変化させる使い方と、ある光出力
において発振波長を変化させる使い方等があるが、３つ
の異なる領域があるので、波長と光出力の同時制御が容
易である。

第５図に本発明の他の実施例として、活性層がＳＣＨ層
をもつ単一量子井戸層（ＳＱＷ）からなる場合について
説明する。第５図はＳＱＷ層内のバンド構造を模式的に
示した図であり、ｎ＝１の遷移により波長λ３の光がｎ
＝２の遷移により波長λ４の光が発振する。レーザー構
造は第１図と同じでも、また別の形態でもよい。第６図
は、波長に対する利得曲線の注入キャリア密度依存性を
示している。よく知られているように注入キャリア密度
が小さいときは、基底準位に対応する光において利得は
大きいが、さらにキャリア密度が増加すると、高次準位
にも利得のピークが生じ始め、ついには基底準位の利得
は飽和して高次準位の利得が増加していくことになる。

第３図は第６図のようなＳＱＷが２種類あるためにそれ
らを足し合せたものとして利得が決まっているが、注入
キャリア密度の変化に対する利得曲線の変化は、ほぼ同
様の挙動を示している。

このようにＳＱＷ構造の活性層をもつ半導体レーザにお
いても、本発明による波長可変は可能である。

すなわち、本実施例では、共振器長Ｌ，または、端面反
射率Ｒｔ，　　Ｒｂを小さくすることにより、均一注入
時の共振器内の発振しきい利得を大きくし、高次準位に
対する波長λ４を発振するように共振器を構成しておく
。この場合の利得曲線は、第６図においてｎ。で示した
ように、λ４の波長において最も利得が大きい状態なの
で、ここで発振することになる。

共振器方向に不均一に電流注入を行った場合、損失領域
では、キャリア密度が小さい状態なので、第６図中ｎ−
に示したように利得はλ３において最大となり、λ４で
は小さくなり、時には負となる。

一方、利得領域では、損失領域での光の損失分を補うだ
けの利得をもつ必要があるので、注入キャリア密度はｎ
＋に増加し、結果としてλ４側の利得が増大し、λ３側
の利得は飽和することになる。

このように、損失領域と利得領域に異なる電流密度で注
入し、λ４での損失領域での損失量を増加させ、λ４の
発振を起こりにくくするために、λ３の利得が上記２領
域の合計として最も大きくなる。

さらに、調整領域への注入電流を制御すればλ３の波長
で光出力を自由に制御できる。

このことから、ＳＱＷ層を活性層とする場合においても
、３電極構成の本発明のレーザ素子で共振方向に不均一
に電流注入を行ない、波長制御部と光出力制御部を設け
ることにより、少ない電流変化でも波長が容易に変化し
、なおかつ光出力を制御することが可能となった。

もちろん、ここで示した単一の量子井戸構造の場合のみ
ならず、複数の等価な量子井戸構造の場合においても全
く同様の説明がなされる。また、光・電子の閉じ込め層
は、量子井戸構造の場合は、低しきい値化のために有効
であるが、ない場合でも本発明を適応することは出来る
。

本発明の他の実施例として、活性層が３つの異なる量子
井戸層により構威されている場合の伝導帯のエネルギー
バンド図を第９図に示す。

それぞれの井戸に対応するエネルギーギャップはＥｇｌ
　＋　　Ｅ　ｇ２　＋　　Ｅ　ｇ３で、Ｅｇ＋　＜　Ｅ
ｇｚ　＜　Ｅｇ３とする。

本発明を適用し、共振器長Ｌ又は端面反射率Ｒｒ，Ｒｈ
を小さくすることにより共振器内の端面損失に対応する
波長を発振する。このレーザに、電流を不均一注入すれ
ば、Ｅｇ３に対応する波長からＥｇｚに対応する波長へ
、さらにはＥ，ｌに対応する波長へ、どんどん長波長化
し、波長可変幅は２つの井戸層の場合に比べて大きくす
ることができる。第ｌＯ図は、活性層が異なる２つの量
子井戸層から戒り、かつ、各々の高次準位が存在する場
合の伝導帯のエネルギーバンドである。

一方の量子井戸層のｎ　−＝　１準位エネルギーギャッ
プＥｇｏ、ｎ−２準位のエネルギーギャップＥ　ｇｌ２
、他方の量子井戸層のｎ＝１準位エネルギーギャップＥ
ｇ２１，ｎ＝２準位のエネルギーギャップＥ８２２とす
ると、この例においては、Ｅｇｏ　＜　Ｅｇｚ＋　＜　
Ｅｇ＋２＜　Ｅｇｚｚである。

このような場合においても、本発明は有効であ方向で電
流注入を均一、不均一にすることにより、隣りあうエネ
ルギーギャップ、例えばＥ　ｇ２＋　”−　Ｅ　ｇｌ２
等に対応する波長間の波長可変動作が可能となる。

ここで、端面損失を大きくして、均一注入時にＥ２２２
が発振するようにしておくと、不均一さを増すにつれて
Ｅ　ｇ２２→Ｅｇ＋ｚ→Ｅｇ２＋→Ｅｇｏとそれぞれに
対応する波長に発振波長が変化することになる。

本発明の共振方向の領域は、上記実施例においては、３
つに分離形威されている場合を説明したが、本質的には
波長を制御するための損失領域及び利得領域と、光出力
を制御するための調整領域との合計３つの領域が少なく
とも含まれていれば、他に、注入を行なわない領域があ
っても、別の電流注入領域があっても問題ない。

上記実施例において、レーザの共振方向に垂直な断面構
造はりツジ導波路型構造を用いたが、電極ストライプ型
構造等のような利得導波型の構造においても、また埋込
み型構造等のような屈折率導波型の構造においても本発
明は有効である。また、基板はｎ型、ｐ型、半絶縁性で
あってもレーザ構造が形成されていればよく、横方向注
入型等のレーザ構造を用いることもできる。

更に、前述の実施例としてＡｊ！ＧａＡｓ系の半導体レ
ーザ素子を示したが、本発明は、ＩｎＧａＡａＰ系、ｋ
ｌ　ＧａｌｎＰ系等、どのような材料のレーザにおいて
も適用が可能である。

更に、本発明のレーザ素子は、広い波長範囲で動作する
高効率の光増幅器として使うことも可能である。

すなわち、本発明のレーザ素子の各々の電極にレーザ発
振するしきい電流よりもわずかに少ない電流を注入し、
広い波長範囲において利得が正になるようにしておく。

これに外部から該素子の共振器内部に所定の波長の光を
入射結合させる。

共振器内部へ光を入射結合させる方法としては、該素子
の一方の端面を通して光を入射する方法、共振方向に垂
直に横方向または素子上部から入射する方法などがある
。

このように所定波長の光を入射すると、同一の波長をも
つ光を端面から出射させることができる。

また、本発明のレーザ素子を広い波長範囲において波長
可変機能をもつ高効率の光波長変換器として使うことも
できる。すなわち、本発明のレーザ素子の各々の電極に
所望の波長の光が発振するしきい電流値よりもわずかに
少ない電流を注入しておく。これに外部から該素子の共
振器内部にある光を入射結合させると、該素子への注入
電流で制御した所望の波長の光が端面から出射すること
ができる。

本発明では、出射させる所望の波長の可変範囲は広く、
かつ、共振方向での注入電流の不均一さの度合いを制御
してバイアスすればよいので波長を変化させるのが容易
である。

上記、光増幅器、光波長変換器として本発明の半導体レ
ーザを用いる際には、該レーザ素子の端面は無反射コー
ティングを補す方が良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の半導体レーザによれば、
少ない注入電流差により大きな幅で波長を変化させるこ
とが可能である。また、その為、本発明によって発熱量
が少なく、長寿命の半導体レーザが得られたものである
。

また、本発明の半導体レーザにおいては、利得領域、損
失領域の他に調整領域を設けたので、波長とは独立に光
出力を簡単に制御することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザの一実施例を示す略断面
図、第２図は２つの異なる量子井戸層を有する活性層の
エネルギーバンド図、第３図は第２図の活性層における
波長に対する利得曲線を示す図、第４図は共振器長と発
振波長との関係を示す図、第５図は単一の量子井戸層を
有する活性層のエネルギーバンド図、第６図は第５図の
活性層における波長に対する利得曲線を示す図、第７図
は共振器長と発振波長との関係を示す図、第８図は共振
器の端面反射率と発振波長との関係を示す図、第９図及
び第１０図は夫々本発明の他の実施例を示すエネルギー
バンド図である。 １・・・ｎ二ＧａＡｓ基板 ２・・・ｎ”−ＧａＡｓバツファ層 ３−−−ｎ−Ａｊ！　ｏ．ｓＧａｏ，ｓＡｓクラツド層
４・・・活性層 ５・ｐ−Ａｌ　ｏ５Ｇａｏ．ｓＡｓクラッド層６・・・
ｐ”一ＧａＡｓキャップ層 ７・・・ｐ側電極 ８・・・ｎ側電極 ９・・・絶縁層 遅長 ｆ／ｔ− （ｃ）ｙｌ−／） 万 義 Ｏ ／／Ｌｆ λ １，，（漸Ｒｈ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）量子井戸構造の活性層を含み積層された半導体か
   ら成る共振器と、該共振器の共振方向に並設された複数
   の電極とを有し、これらの電極から注入される電流の密
   度を各々独立に制御することによって、対応する量子化
   エネルギーが互いに異なる光を発振する半導体レーザに
   おいて、前記複数の電極は、各々が利得領域、損失領域
   及び調整領域に対応する３つの電極を少なくとも含み、
   且つ、これらの領域に等しい電流密度で注入を行なった
   ときに大きな量子化エネルギーに対応する光が発振し、
   領域に応じて異なる電流密度で注入を行なったときに小
   さな量子化エネルギーに対応する光が発振するように、
   前記共振器の端面損失が設定されたことを特徴とする半
   導体レーザ。
2. （２）前記活性層が、発振可能な複数の量子準位を有す
   る少なくとも１つの量子井戸層から成る特許請求の範囲
   第１項記載の半導体レーザ。
3. （３）前記活性層が、互いに異なる量子準位構造を有す
   る複数の量子井戸層から成る特許請求の範囲第１項記載
   の半導体レーザ。
4. （４）前記共振器の少なくとも一方の端面に誘電体膜を
   コーティングすることによって、この端面の反射率を減
   少させた特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ。