JPH04333290A - 垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面入出力光電融合素子 - Google Patents
垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面入出力光電融合素子Info
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- JPH04333290A JPH04333290A JP3102285A JP10228591A JPH04333290A JP H04333290 A JPH04333290 A JP H04333290A JP 3102285 A JP3102285 A JP 3102285A JP 10228591 A JP10228591 A JP 10228591A JP H04333290 A JPH04333290 A JP H04333290A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 7
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高並列な光伝送や光情
報処理に用いられる垂直共振器型面発光レーザおよび垂
直共振器型ｐｎｐｎ面入出力光電融合素子（垂直共振器
型ＶＳＴＥＰ）に関する。
報処理に用いられる垂直共振器型面発光レーザおよび垂
直共振器型ｐｎｐｎ面入出力光電融合素子（垂直共振器
型ＶＳＴＥＰ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】この様な面方向に光の入出力が可能な素
子を光増幅素子として用いると、通常の水平共振器構造
を有する半導体レーザを用いた光増幅器に比べて、小型
にできる。ところが、従来の面型光増幅器としては、片
方のみに半導体多層膜反射鏡を形成した構造が報告され
ているが、これではあまり大きな利得は得られなかった
（アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）５８巻、５号
、１９９１年の４３８〜４４０頁）。一方、活性層の両
側に半導体多層膜反射鏡を形成した垂直共振器型面発光
レーザや、オン状態でレーザ光を出す垂直共振器型のｐ
ｎｐｎ構造をしたＶＳＴＥＰでは、２つの反射鏡の反射
率を最適設計することによって大きな光増幅が得られる
。
子を光増幅素子として用いると、通常の水平共振器構造
を有する半導体レーザを用いた光増幅器に比べて、小型
にできる。ところが、従来の面型光増幅器としては、片
方のみに半導体多層膜反射鏡を形成した構造が報告され
ているが、これではあまり大きな利得は得られなかった
（アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）５８巻、５号
、１９９１年の４３８〜４４０頁）。一方、活性層の両
側に半導体多層膜反射鏡を形成した垂直共振器型面発光
レーザや、オン状態でレーザ光を出す垂直共振器型のｐ
ｎｐｎ構造をしたＶＳＴＥＰでは、２つの反射鏡の反射
率を最適設計することによって大きな光増幅が得られる
。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のアプライド・フ
ィジクス・レターズ５８巻、５号、１９９１年の４３８
〜４４０頁に報告されている従来の面型光増幅器は活性
層の下側のみを半導体多層膜鏡としてあるので、これに
よって得られる利得は活性層を光が一回通過して得られ
る利得の高々２倍であり、１０ｄＢ程度に留まっていた
。一方、垂直共振器型面発光レーザや垂直共振器型ＶＳ
ＴＥＰでは活性層の両側を半導体多層膜反射鏡とした構
造であるため、この２つの反射鏡の射率を最適設計する
ことによって活性層で得られる利得を共振効果によって
何倍にも増大することができる。しかしながら、このタ
イプの光増幅器では共振効果を利用しているため利得の
得られる周波数帯域が著しく狭められ、２０ｄＢの利得
を得ようとすれば周波数帯域が０．１オングストローム
（以下Ａと記す）程度と狭くなることは避けられなかっ
た。
ィジクス・レターズ５８巻、５号、１９９１年の４３８
〜４４０頁に報告されている従来の面型光増幅器は活性
層の下側のみを半導体多層膜鏡としてあるので、これに
よって得られる利得は活性層を光が一回通過して得られ
る利得の高々２倍であり、１０ｄＢ程度に留まっていた
。一方、垂直共振器型面発光レーザや垂直共振器型ＶＳ
ＴＥＰでは活性層の両側を半導体多層膜反射鏡とした構
造であるため、この２つの反射鏡の射率を最適設計する
ことによって活性層で得られる利得を共振効果によって
何倍にも増大することができる。しかしながら、このタ
イプの光増幅器では共振効果を利用しているため利得の
得られる周波数帯域が著しく狭められ、２０ｄＢの利得
を得ようとすれば周波数帯域が０．１オングストローム
（以下Ａと記す）程度と狭くなることは避けられなかっ
た。
【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共
振器型ＶＳＴＥＰの面型素子としての利点を生かしつつ
、高い利得と広い帯域幅を同時に実現することにある。
で、その目的は垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共
振器型ＶＳＴＥＰの面型素子としての利点を生かしつつ
、高い利得と広い帯域幅を同時に実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明になる垂直多重共
振器型面発光レーザは、活性層を含む半導体層上下の半
導体多重層膜反射鏡によって挟むことによって基板面に
垂直に共振器構造が形成された垂直共振器型面発光レー
ザにおいて、上下の半導体多層膜反射鏡を構成するλ／
４厚の半導体層の一部の層厚がλ／２の整数倍であるこ
とにより、付加的な共振器が形成されていることを特徴
とする。
振器型面発光レーザは、活性層を含む半導体層上下の半
導体多重層膜反射鏡によって挟むことによって基板面に
垂直に共振器構造が形成された垂直共振器型面発光レー
ザにおいて、上下の半導体多層膜反射鏡を構成するλ／
４厚の半導体層の一部の層厚がλ／２の整数倍であるこ
とにより、付加的な共振器が形成されていることを特徴
とする。
【０００６】また、本発明の垂直共振器型面入出力光電
融合素子は、ｐｎｐｎ構造を含む半導体層と、複数の半
導体多層反射鏡を有し、基板面に垂直に共振器構造が形
成された垂直共振器型面入出力光電融合素子において、
前記半導体多層膜反射鏡を構成するλ／４厚の半導体層
の一部の層厚がλ／２の整数倍であることにより、付加
的共振器が形成されていることを特徴とする。
融合素子は、ｐｎｐｎ構造を含む半導体層と、複数の半
導体多層反射鏡を有し、基板面に垂直に共振器構造が形
成された垂直共振器型面入出力光電融合素子において、
前記半導体多層膜反射鏡を構成するλ／４厚の半導体層
の一部の層厚がλ／２の整数倍であることにより、付加
的共振器が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】同一波長で共鳴するように設計された複数の共
振器が適当なバリヤを介して接続された場合、共振波長
の分裂が生じる。このことは単一量子井戸が複数個、結
合することによって縮退が解け、いくつかの単位が形成
され、さらにミニバンドができることのアナロジーで理
解できる。分裂した共鳴線の各々の線幅は、それぞれの
共振器に閉じ込められた光子寿命の逆数で決まり、個々
の共振波長の間隔は、光が一つの共振器に局在した状態
から別の共振器に局在した状態へと移動する時間の逆数
で決まる。このため、共振器のＤＢＲの層数を増やすほ
ど線幅は狭くなり、共振器間隔を増やすほどそれらの間
隔は狭くなる。この関係を念頭において利得スペクトル
ができるだけ平坦に近くなるよう、ＤＢＲ全体の層数と
共振器間隔を最適に設計すれば、高利得、光帯域の面型
広増幅器が実現できる。
振器が適当なバリヤを介して接続された場合、共振波長
の分裂が生じる。このことは単一量子井戸が複数個、結
合することによって縮退が解け、いくつかの単位が形成
され、さらにミニバンドができることのアナロジーで理
解できる。分裂した共鳴線の各々の線幅は、それぞれの
共振器に閉じ込められた光子寿命の逆数で決まり、個々
の共振波長の間隔は、光が一つの共振器に局在した状態
から別の共振器に局在した状態へと移動する時間の逆数
で決まる。このため、共振器のＤＢＲの層数を増やすほ
ど線幅は狭くなり、共振器間隔を増やすほどそれらの間
隔は狭くなる。この関係を念頭において利得スペクトル
ができるだけ平坦に近くなるよう、ＤＢＲ全体の層数と
共振器間隔を最適に設計すれば、高利得、光帯域の面型
広増幅器が実現できる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例である。２個の共振
器からなり、利得は片方の共振器のみがもつ構造となっ
ている。（以下、これを垂直２重共振器構造と呼ぶ）。
器からなり、利得は片方の共振器のみがもつ構造となっ
ている。（以下、これを垂直２重共振器構造と呼ぶ）。
【０００９】図１はその垂直２重共振器型面発光レーザ
の断面図を示してある。上側中間層２を中心にｐｎｐｎ
構造とすれば、図２のような垂直２重共振器型面入出力
光電融合素子（ＶＳＴＥＰ）となる。
の断面図を示してある。上側中間層２を中心にｐｎｐｎ
構造とすれば、図２のような垂直２重共振器型面入出力
光電融合素子（ＶＳＴＥＰ）となる。
【００１０】まず、図１について説明する。ｎ−ＧａＡ
ｓ基板６の上にｎ−ＡｌＧｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜（
ドーピング濃度２．０×１０１８ｃｍ−３）からなる下
側ミラー５、３λ長のｎ−Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａ
ｓ（ドーピング濃度２．０×１０１８ｃｍ−３）下側中
間層４、ｎ−ＡｌＧｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜バリアミ
ラー（ドーピング濃度２．０×１０１８ｃｍ−３）３、
λ長のｎ−Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ（ドーピング
濃度８．０×１０１７ｃｍ−３）９、活性層となるノン
ドープのＩｎ０．２ Ｇａ０．８ Ａｓ（層厚１００Ａ
×３）８、２λ長のｐ−Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ
（ドーピング濃度１．２×１０１８ｃｍ−３）７、ｐ−
ＡｌＧｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜（ドーピング濃度３．
０×１０１８ｃｍ−３）上側ミラー１が、分子線ビーム
エピタキシー法で形成されている。λは媒質内共振波長
を示し、真空中での共振波長９５００Ａを媒質の屈折率
で割り算したものである。下側ミラー５、バリアー・ミ
ラー３、上側ミラー１ではＧａＡｓとＡｌＡｓとがいず
れも設計発振波長／（４×有効屈折率）に設定されてい
てＧａＡｓとＡｌＡｓが交互に下側ミラーで１６対、バ
リアー・ミラーで３６対、上側で１６対積層されている
。上側ミラー１とバリアミラー３で構成される上側共振
器の中には活性層８が形成されているが、バリアミラー
３と下側ミラー５で形成される下側共振器側には活性層
が形成されていない。そして、その点を除くと、上下に
鏡映対称となるような組成の層構造がバリア・ミラーを
挟んで作られている。本実施例では、λ／２の整数倍の
３λ長の下側中間層４を設けることにより、付加的共振
器、即ち下側共振器が形成されている。
ｓ基板６の上にｎ−ＡｌＧｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜（
ドーピング濃度２．０×１０１８ｃｍ−３）からなる下
側ミラー５、３λ長のｎ−Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａ
ｓ（ドーピング濃度２．０×１０１８ｃｍ−３）下側中
間層４、ｎ−ＡｌＧｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜バリアミ
ラー（ドーピング濃度２．０×１０１８ｃｍ−３）３、
λ長のｎ−Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ（ドーピング
濃度８．０×１０１７ｃｍ−３）９、活性層となるノン
ドープのＩｎ０．２ Ｇａ０．８ Ａｓ（層厚１００Ａ
×３）８、２λ長のｐ−Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ
（ドーピング濃度１．２×１０１８ｃｍ−３）７、ｐ−
ＡｌＧｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜（ドーピング濃度３．
０×１０１８ｃｍ−３）上側ミラー１が、分子線ビーム
エピタキシー法で形成されている。λは媒質内共振波長
を示し、真空中での共振波長９５００Ａを媒質の屈折率
で割り算したものである。下側ミラー５、バリアー・ミ
ラー３、上側ミラー１ではＧａＡｓとＡｌＡｓとがいず
れも設計発振波長／（４×有効屈折率）に設定されてい
てＧａＡｓとＡｌＡｓが交互に下側ミラーで１６対、バ
リアー・ミラーで３６対、上側で１６対積層されている
。上側ミラー１とバリアミラー３で構成される上側共振
器の中には活性層８が形成されているが、バリアミラー
３と下側ミラー５で形成される下側共振器側には活性層
が形成されていない。そして、その点を除くと、上下に
鏡映対称となるような組成の層構造がバリア・ミラーを
挟んで作られている。本実施例では、λ／２の整数倍の
３λ長の下側中間層４を設けることにより、付加的共振
器、即ち下側共振器が形成されている。
【００１１】下側の共振器の導電型はどちらでもよく、
図１ではｎ型としてある。実際に作るにはＭＢＥでｎ型
ＧａＡｓ基板か、半絶縁性ＧａＡｓ基板の上に図１のよ
うな層構造を作った後、バリア・ミラー３の所までメサ
エッチングして作ればよい。
図１ではｎ型としてある。実際に作るにはＭＢＥでｎ型
ＧａＡｓ基板か、半絶縁性ＧａＡｓ基板の上に図１のよ
うな層構造を作った後、バリア・ミラー３の所までメサ
エッチングして作ればよい。
【００１２】図２に面入出力融合素子は図１の上側中間
層２のうちＡｌＧａＡｓ層７と８の導電型を入れかえた
ものである。これにより請求項２のｐｎｐｎ型面入出力
融合素子（ＶＳＴＥＰ）が得られる。
層２のうちＡｌＧａＡｓ層７と８の導電型を入れかえた
ものである。これにより請求項２のｐｎｐｎ型面入出力
融合素子（ＶＳＴＥＰ）が得られる。
【００１３】本発明を適用するならば、垂直共振器型面
発光レーザや垂直共振器型ＶＳＴＥＰを作製する技術を
用いて簡単な層構造の変更をするだけで、最大利得を維
持しつつ広周波数帯域利得特性を実現できる。図３は本
実施例の構造での透過配置での利得スペクトルで、利得
係数が発振しきい値（２６４１ｃｍ−１）の０．９５倍
程度で最高利得２０ｄＢ以上、利得帯域０．５Ａ以上を
得ることがわかる。また図４には比較のために従来構造
（上側ミラー１５対＋Ａｕ、下側１５対）での利得スペ
クトルを示した。利得帯域の向上と共に最大利得が急激
に減少することがわかる。
発光レーザや垂直共振器型ＶＳＴＥＰを作製する技術を
用いて簡単な層構造の変更をするだけで、最大利得を維
持しつつ広周波数帯域利得特性を実現できる。図３は本
実施例の構造での透過配置での利得スペクトルで、利得
係数が発振しきい値（２６４１ｃｍ−１）の０．９５倍
程度で最高利得２０ｄＢ以上、利得帯域０．５Ａ以上を
得ることがわかる。また図４には比較のために従来構造
（上側ミラー１５対＋Ａｕ、下側１５対）での利得スペ
クトルを示した。利得帯域の向上と共に最大利得が急激
に減少することがわかる。
【００１４】本実施例では２重共振器の場合について説
明したが、本発明は３重以上の場合についても適用でき
る。即ち、図１ではバリアミラー３と下側ミラー５から
なる下部ミラーの中に下側中間層４を１個入れたが、複
数個入れることにより、多重共振器構造を形成できる。 また本実施例では、この中間層を下部ミラー側に入れた
が、上側ミラー１の中に入れても同様の効果がある。あ
るいは、上部と下部のミラーの中に同時にλ／２厚の整
数倍の厚さの中間層を入れてもよい。またこのように形
成した複数の共振器中に活性層を複数個形成してもよい
。共振器の数、活性層の数及び中間層の厚さ、反射膜の
厚さは、材料、共振波長、所望の帯域や利得等を考慮し
て最適化すればよい。
明したが、本発明は３重以上の場合についても適用でき
る。即ち、図１ではバリアミラー３と下側ミラー５から
なる下部ミラーの中に下側中間層４を１個入れたが、複
数個入れることにより、多重共振器構造を形成できる。 また本実施例では、この中間層を下部ミラー側に入れた
が、上側ミラー１の中に入れても同様の効果がある。あ
るいは、上部と下部のミラーの中に同時にλ／２厚の整
数倍の厚さの中間層を入れてもよい。またこのように形
成した複数の共振器中に活性層を複数個形成してもよい
。共振器の数、活性層の数及び中間層の厚さ、反射膜の
厚さは、材料、共振波長、所望の帯域や利得等を考慮し
て最適化すればよい。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、垂直共振器型面発光レ
ーザや面入出力光電融合素子において、高い利得と広帯
域特性を同時に達成できる。本発明は発光素子、光増幅
器等に利用できる。
ーザや面入出力光電融合素子において、高い利得と広帯
域特性を同時に達成できる。本発明は発光素子、光増幅
器等に利用できる。
【図１】本発明の垂直多重共振器型面発光レーザを示す
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の垂直多重共振器型ＶＳＴＥＰを示す断
面図である。
面図である。
【図３】本発明により得られた利得スペクトル図である
。
。
【図４】従来例による利得スペクトル図である。
１ 上側ミラー
２ 上側中間層
３ バリアミラー
４ 下側中間層
５ 下側ミラー
６ 基板
７ ｐ−ＡｌＧａＡｓ
８ ｉ−ＩｎＧａＡｓ活性層
９ ｎ−ＡｌＧａＡｓ
１０ ｎ−ＡｌＧａＡｓ
１１ ｐ−ＡｌＧａＡｓ
Claims (2)
- 【請求項１】 活性層を含む半導体層を上下の半導体
多層膜反射鏡によって挟むことによって基板面に垂直に
共振器構造が形成された垂直共振器型面発光レーザにお
いて、上下の半導体多層膜反射鏡を構成するλ／４厚（
λは媒質内共振波長）の半導体層の一部の層厚がλ／２
の整数倍であることにより、付加的な共振器が形成され
ていることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。 - 【請求項２】 ｐｎｐｎ構造を含む半導体層と、複数
の半導体多層膜反射鏡を有し、基板面に垂直に共振器構
造が形成された垂直共振器型面入出力光電融合素子にお
いて、前記半導体多層膜反射鏡を構成するλ／４厚の半
導体層の一部の層厚がλ／２の整数倍であることにより
、付加的な共振器が形成されていることを特徴とする垂
直共振器型面入出力光電融合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3102285A JPH04333290A (ja) | 1991-05-08 | 1991-05-08 | 垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面入出力光電融合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3102285A JPH04333290A (ja) | 1991-05-08 | 1991-05-08 | 垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面入出力光電融合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04333290A true JPH04333290A (ja) | 1992-11-20 |
Family
ID=14323342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3102285A Pending JPH04333290A (ja) | 1991-05-08 | 1991-05-08 | 垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面入出力光電融合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04333290A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009231633A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Furukawa Electric Co Ltd:The | リング型レーザ装置 |
| WO2013125214A1 (ja) * | 2012-02-21 | 2013-08-29 | 富士フイルム株式会社 | 半導体発光素子 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6179280A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-22 | Agency Of Ind Science & Technol | 面発光型半導体レ−ザ装置及びその製造方法 |
| JPH02302085A (ja) * | 1989-04-26 | 1990-12-14 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 電気励起キャビティ・レーザ装置 |
| JPH05508971A (ja) * | 1990-12-14 | 1993-12-09 | ベル コミュニケーションズ リサーチ インコーポレーテッド | 反射率変調の面発光レーザ位相同期アレイ |
-
1991
- 1991-05-08 JP JP3102285A patent/JPH04333290A/ja active Pending
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