JPH0336779A

JPH0336779A - 光論理素子

Info

Publication number: JPH0336779A
Application number: JP17158889A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Suzuki; 安弘鈴木; Osamu Mikami; 修三上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-02-18
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JP2781211B2

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、光通信、光情報処理等の分野で使用される、
外部からの光の注入によりレーザ発振の制御が可能な半
導体レーザに関するものである。

（従来の技術）光情報処理における論理素子として、半導体レーザを用
い、その側面注入光による発振消衰効果を利用する方法
がある。

従来、発振用レーザおよび消衰（クエンチ）用レーザの
二つを用いて、論理動作を起こしていた。

第５図はその説明図であって、９は発振している主レー
ザ、１０はクエンチ用レーザであり、両者は直交してい
る。矢印はレーザ光を示す。主レーザ９が発振している
ときに、クエンチ用レーザ１０に電流を注入してクエン
チ用レーザ１０を発振させると、主レーザ９における利
得が減少して、主レーザ９の出力が減少する。また、ク
エンチ用レーザｌＯへの電流注入を停止すると、主レー
ザ９は再び元の出力状態に戻る。以上により論理動作が
可能となる。

また、ＴＥ偏光で発振している半導体レーザに７Ｍ偏光
の光を入射すると、ＴＥ偏光の出力が減少することを利
用して、レーザ発振を制御する例もある。

しかしながら、上記の主レーザとクエンチ用し−ザを用
いる場合では、主レーザとクエンチ用レーザの相互作用
領域が小さいので、クエンチ用レーザに電流注入したと
きの主レーザの出力減少の割合（消光比）が小さい。消
光比を上げるためには、クエンチ用レーザのストライプ
幅を大きくし、相互作用領域を大きくする必要があった
が、この場合、クエンチ用レーザへの電流注入を大きく
しなければならないという問題があった。

また、偏光を用いる場合では、制御するための光が出力
側に通り抜けてしまうので、出射側に偏光子をおかなけ
ればならず、システムが大きくなるという欠点があった
。

（発明が解決しようとする課題ｙ本発明は、前記の問題点に鑑みなされたもので、光通信
、光情報処理の分野において、消光比が大きく、消費パ
ワーの小さい、レーザ発振制御可能な半導体レーザを提
供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の半導体レーザは、活性層として異種の半導体を
交互に積層させた超格子構造を有する半導体レーザにお
いて、ストライプ状の活性層が、超格子構造の半導体結
晶からなる導波路であり、該ストライプ状活性層を含む
平面内で該ストライプ状活性層に相隣り合うクラッド領
域が前記超格子を混晶化した半導体結晶からなり、かつ
該半導体レーザのストライプ状導波路は、入力端および
出力端が一直線状にないようなストライプの形状とする
。

（作　用）本発明によれば、超格子構造および超格子の混晶化を用
いることにより、半導体レーザの活性層を形成するスト
ライプ状導波路層には、ＴＥ偏光のみが導波し、州偏光
は導波しないようにすることができる。この性質と非直
線状のストライプ形状により、ＴＥ偏光で発振している
レーザに制御光として７Ｍ偏光を入射させ、レーザ発振
を停止させ、出射端面では、制御光である７Ｍ偏光が出
射されないようにすることが可能である。

さらに、レーザ光と制御光の相互作用領域は、導波路に
沿った形になるので、大きくなる。従って、レーザ発振
を停止させるための制御光のパワーは、小さくてすむ。

また、レーザの活性領域として超格子を用いるので、レ
ーザの発振闇値電流は、低くなっている。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。

実転Ｕ州よ第１図は、本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図で
ある。

第１図において、１は基板であって、例えばｎ型のＧａ
Ａｓ基板からなる。２はｎ、型の下部クラッド層であっ
て、ＧａＡｓ基板より低屈折率を有するＡｔ。

Ｇａ、、Ａｓ　（たとえばｘ　＝０．３　）からなり、
ｎ型の半導体にするためにＳｔを１０”／ｃｍ″程度の
濃度で混入させている。３は半導体レーザの活性層であ
って、ＧａＡｓ、　ＡＩ、Ｇａ１−、Ａｓ　（たとえば
ｙ＝０．３　）の８０人程度の薄層の繰り返し構造の超
格子層からなる。４は後述する方法で、活性層と同構造
の超格子を部分的に混晶化した、部分的混晶化超格子で
ある。５はｐ型の上部クラッド層であって、旧２Ｇａ、
−、Ａｓ　（たとえばｚ　＝０．３　）からなり、Ｐ型
の半導体にするためＢｅを１０　’　”　／　ｃｍ　’
程度の濃度で混入させている。６はＧａＡｓからなるキ
ャップ層である。７はｐ型のオーミンク電極である。ま
た、基板の裏側には、ｎ型のオーミック電極８が形成さ
れている。

次に、上記構成による半導体レーザの作製方法について
説明する。

まず、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）または有機金属気
相成長法（ＭＯＣＶＤ）等の原子レヘルでの膜厚制御可
能な結晶法を用いて、基板ｌの上にｎ型のクラッド層２
を２μｍ１続いて活性層および横方向のクラッド層とな
る前記超格子層３を０．６μｍ、上部クラッド層５を１
．５μｍ、キャップ層６を０．２μｍエピタキシャル成
長させる。

該成長ウェハについて以下のようなプロセスを行う。

まず、ウェハの全面にＳｉＯ□をプラズマＣＶＤ法など
により、２００ＯＡ程度堆積させる。その後、Ｓ字状の
レーザ領域の上部のみを、フォトリソグラフィの技術、
および反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）により除去す
る。レーザ領域の幅は、５μｍである。次にこのＳｆＯ
□でパターン化された超格子と別のＧａＡｓウェハとを
重ねた状態で、水素雰囲気中で昇温速度３０゛Ｃ／５ｅ
Ｃ１熱処理温度９５０℃、熱処理時間３０ｓｅｃの条件
で熱処理する。この熱処理によってＳｉＯ２膜の下部の
超格子は部分的に混晶化され、部分的混晶化超格子とな
り、活性層の横方向のクラッド層が形成される。

次に、ＲＩＥ等によりＳｉＯ□を除去し、基板を８０μ
踵程度まで薄くする。その後、第１図に示すように、Ｓ
字状レーザ領域の上部にｐ型のオーミック電極７を蒸着
し、最後にｎ型のオー呉ツク電極８を基板１の裏面に蒸
着し、へき関して作製が完了する。

上記のプロセスにより、超格子部分に比べて、ＳｉＯ□
によって部分的に混晶化した領域は、バンドギャップが
大きくなり、屈折率は、第２図（ａ）に示すように、混
晶化の程度を大きくしていくにつれて、複屈折率性が小
さくなっていく。ＴＥ偏光に関しては部分的に混晶化し
た領域は、第２図（ｂ）に示すように、レーザ活性領域
に比べて屈折率が小さくなるので、活性領域のクラッド
層として機能し、レーザの活性領域では、Ｔε偏光のみ
が導波可能となる。

次に、レーザの動作について述べる。

超格子構造を有する活性層では、ＴＥ偏光の利得が７Ｍ
偏光の利得より大きいこと、共振器の旦う−を構成する
結晶へき開面での反射率がＴＥ偏光の方が７Ｍ偏光の場
合に比べて大きいこと、上記に述べた導波路構造により
ＴＥ偏光のみが導波すること、などの理由により、レー
ザ発振はＴＥ偏光で起きる。

該レーザ活性領域の導波路に洲偏光を入射させると、７
Ｍ光は、活性領域内の反転分布を刺激し、誘導放出を起
こす。

その結果、７Ｍ光は増幅され、ＴＥ光の発振は、利得の
低下により、停止する。増幅された７Ｍ光は、導波路を
導波しないので、半導体基板内に拡散する。第３図（ａ
）に示すように、レーザのストライプが直線状ではなく
Ｓ字状であるので、拡散した７Ｍ光は、導波路内からほ
ぼ完全に抜けてしまう。従って、レーザの活性層領域を
形成する導波路の出射端での出力光を観測すると、７Ｍ
光の入射のオン、オフにともない、ＴＥ発振光がオフ、
オンし、また、ＴＥ光のオフ状態では、出射端に光がほ
とんど透過してこない。以上述べた出力光の様子を第３
図（ｂ）に示す。出力光のパワーのオン、オフ比（消光
比）は、２０ｄＢ程度であった。

夫脂拠呈第４図に、本発明の第２の実施例の動作を示す。

第２の実施例では、Ｔ９光の入射端に反射率を低下させ
るコート（＾Ｒコート）を施した点が第１の実施例と異
なる。このＡＲコートの反射率は、レーザが発振する程
度の大きさにしである。該コートにより、７Ｍ光を入射
させるときに、導波路端面での反射が小さくなり、有効
に導波路内に光を入射させることができるので、低パワ
ーでＴＥ発振光のオン、オフ比（消光比）を大きくする
ことができ、２５ｄＢ以上であった。

この実施例では、ＧａＡｓ　／　Ａ　ｌＧａＡｓ系の例
を示したが、Ｉ　ｎＧａＡｓＰ　／　Ｉ　ｎＰ系、Ｉｎ
ＡｌＡｓ系　ＩｎＡｌＡｓ系など他の半導体材料にも適
用可能であることは、言うまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、異種の半導体を
交互に積層させた超格子構造および不純物を含まない超
格子の混晶化、およびＳ字状導波路構造を利用して、低
消費パワーの制御光で、レーザ発振のオン、オフをする
ことが可能である。

また制御光が導波路に混入しないので、消光比（オン、
オフ時のパワー比）においても２０ｄＢ程度が達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図、第２図（ａ）は複屈折率の混晶化依存性を示す図、第２
図（ロ）はＴＥ偏光に対する屈折率を示す図、第３図（
ａ）は第１の実施例の動作を示す図、第３図中）は第１
の実施例の光出力を示す図、第４図は本発明の第２の実
施例の動作を示す図、第５図は従来の発振用レーザおよ
び消衰用レーザを用いた論理動作の説明図である。１・・・基板２・・・ｎ−ＡｌＸＧａｌ−ＸＡｓクラッド層３・・・
超格子活性層　　　４・・・部分的混晶化超格子５−　
ｐ　　ＡｌｚＧａｌ−Ｊｓクラッド層６・・・ＧａＡｓ
キャップＮ　　７・・・ｐ−オーミック電極８・・・ｎ
−オーミック電極

Claims

【特許請求の範囲】

１、活性層として異種の半導体を交互に積層させた超格
子構造を有する半導体レーザにおいて、ストライプ状の
活性層が、超格子構造の半導体結晶からなる導波路であ
り、該ストライプ状活性層を含む平面内で該ストライプ
状活性層に相隣り合うクラッド領域が前記超格子を混晶
化した半導体結晶からなり、かつ該半導体レーザのスト
ライプ状導波路は、入力端および出力端が一直線状にな
いようなストライプの形状をなしていることを特徴とす
る半導体レーザ。