JPH05152674A - 外部変調器付き面発光半導体レーザ - Google Patents
外部変調器付き面発光半導体レーザInfo
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- JPH05152674A JPH05152674A JP33566891A JP33566891A JPH05152674A JP H05152674 A JPH05152674 A JP H05152674A JP 33566891 A JP33566891 A JP 33566891A JP 33566891 A JP33566891 A JP 33566891A JP H05152674 A JPH05152674 A JP H05152674A
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- doped mirror
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction 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
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
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-
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-
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光時に波長変動の少ない垂直共振器型面発
光半導体レーザを実現する。 【構成】 活性層１０４の上部に光吸収層１０８が形成
され、その光吸収層１０８はＢｅドープ・ミラー１０６
とＳｉドープ・ミラー１１０で挾まれた構成となってい
る。これにより、光吸収層の層厚が薄い場合でもオン・
オフ比の高い変調が可能となる。
光半導体レーザを実現する。 【構成】 活性層１０４の上部に光吸収層１０８が形成
され、その光吸収層１０８はＢｅドープ・ミラー１０６
とＳｉドープ・ミラー１１０で挾まれた構成となってい
る。これにより、光吸収層の層厚が薄い場合でもオン・
オフ比の高い変調が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光インターコネクショ
ン等に用いられる外部変調器付き面発光半導体レーザに
関する。
ン等に用いられる外部変調器付き面発光半導体レーザに
関する。
【０００２】
【従来の技術】垂直共振器型の面発光半導体レーザの構
造を図２に示す。これはエレクトロニクスレターズ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）の第２５巻第
２０号、１９８９年の１３７７頁〜１３７８頁に報告さ
れているもので、小型で低閾値発振が可能な構造とし
て、色々な機関で研究が行われている。図２ではＳｉド
ープＧａＡｓ基板２０１の上にＳｉドープ・ミラー２０
２と活性領域２０３、Ｂｅドープ・ミラー２０４が形成
されている。活性領域２０３はＧａＡｓにＩｎを若干加
えたＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層（厚さ〜１００Å）から
成り、層数は１層、或いは３層のものが報告されてい
る。活性層をＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層とすると、禁制
帯波長が長波長側にずれてＧａＡｓ基板２０１に対して
発振光が透明になって、基板２０１を通して出てこられ
るようになる。活性層を歪量子井戸層にした、もう一つ
の大きな理由は、歪を加えることによって、発振閾値電
流密度の低減が可能となるからである。Ｓｉドープ・ミ
ラー２０２やＢｅドープ・ミラー２０４はそれぞれＳｉ
やＢｅをドープしたＧａＡｓ，ＡｌＡｓのλ／４（λは
媒質内波長）多層膜より作られている。
造を図２に示す。これはエレクトロニクスレターズ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）の第２５巻第
２０号、１９８９年の１３７７頁〜１３７８頁に報告さ
れているもので、小型で低閾値発振が可能な構造とし
て、色々な機関で研究が行われている。図２ではＳｉド
ープＧａＡｓ基板２０１の上にＳｉドープ・ミラー２０
２と活性領域２０３、Ｂｅドープ・ミラー２０４が形成
されている。活性領域２０３はＧａＡｓにＩｎを若干加
えたＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層（厚さ〜１００Å）から
成り、層数は１層、或いは３層のものが報告されてい
る。活性層をＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層とすると、禁制
帯波長が長波長側にずれてＧａＡｓ基板２０１に対して
発振光が透明になって、基板２０１を通して出てこられ
るようになる。活性層を歪量子井戸層にした、もう一つ
の大きな理由は、歪を加えることによって、発振閾値電
流密度の低減が可能となるからである。Ｓｉドープ・ミ
ラー２０２やＢｅドープ・ミラー２０４はそれぞれＳｉ
やＢｅをドープしたＧａＡｓ，ＡｌＡｓのλ／４（λは
媒質内波長）多層膜より作られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
垂直共振器型面発光半導体レーザでは変調時に発振波長
が変動するという問題があった。その原因は発熱によっ
てミラーでの屈折率が変化するためであった。ＧａＡｓ
やＡｌＡｓなどの半導体の屈折率の温度変動に伴なう、
波長変化は約０．６Å／℃である。２０μｍφの素子サ
イズの垂直共振器型面発光半導体レーザの熱抵抗θ［℃
／ｗ］は放熱等を色々改善してみてもθ≒３００℃／ｗ
がせいぜいであった。この値は他の研究機関から報告さ
れている値とほぼ同じで、素子サイズが小さい点から、
原理的にこの値を大きく低減することは、困難であると
思われる。電気−光変換効率の現状は我々の所では２．
５％で１ｍＷの光出力を得るのに電力としては４０ｍＷ
要る。そのために１ｍＷの光出力を出すと、発振波長が
３００℃／ｗ×４０ｍＷ×０．６Å／℃＝７．２Å、長
波長側にシフトしてしまうことになる。図３は、パルス
状に電流を加えた時の光出力の様子を模式的に示したも
のである。発振波長が時間と共にλ1 →λ2 →λ3 と長
波側にシフトしていくか、λ2 の波長で光出力が一旦低
下するのは基板の表面からの戻り光の影響によるもの
で、これは基板にＡＲコートをすることによって取り除
かれる。
垂直共振器型面発光半導体レーザでは変調時に発振波長
が変動するという問題があった。その原因は発熱によっ
てミラーでの屈折率が変化するためであった。ＧａＡｓ
やＡｌＡｓなどの半導体の屈折率の温度変動に伴なう、
波長変化は約０．６Å／℃である。２０μｍφの素子サ
イズの垂直共振器型面発光半導体レーザの熱抵抗θ［℃
／ｗ］は放熱等を色々改善してみてもθ≒３００℃／ｗ
がせいぜいであった。この値は他の研究機関から報告さ
れている値とほぼ同じで、素子サイズが小さい点から、
原理的にこの値を大きく低減することは、困難であると
思われる。電気−光変換効率の現状は我々の所では２．
５％で１ｍＷの光出力を得るのに電力としては４０ｍＷ
要る。そのために１ｍＷの光出力を出すと、発振波長が
３００℃／ｗ×４０ｍＷ×０．６Å／℃＝７．２Å、長
波長側にシフトしてしまうことになる。図３は、パルス
状に電流を加えた時の光出力の様子を模式的に示したも
のである。発振波長が時間と共にλ1 →λ2 →λ3 と長
波側にシフトしていくか、λ2 の波長で光出力が一旦低
下するのは基板の表面からの戻り光の影響によるもの
で、これは基板にＡＲコートをすることによって取り除
かれる。
【０００４】波長が変動すると、面発光レーザの外側に
波長分散性のあるホログラム素子などを置いて用いるこ
とが難かしくなる。
波長分散性のあるホログラム素子などを置いて用いるこ
とが難かしくなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために成された外部変調器付き面発光半導体レー
ザに関するものであり、第１導電型の第１の多層膜反射
鏡の上方に活性層が形成され、更に第２導電型の第２多
層膜反射鏡が形成され、更に光り吸収層が形成され、更
に第１導電型の第３の多層膜反射鏡が形成されており、
前記活性層への定常的な電流注入によって得られるレー
ザ光を、前記光吸収層に逆バイアス電圧を加えて、その
吸収係数を変化させ、前記第２の多層膜反射鏡と第３の
多層膜反射鏡による共鳴効果で正味の光の吸収率を増大
させて変調し、前記第３の多層膜反射鏡の外部へ出力光
として出射瀬せしむることを特徴とする。
決するために成された外部変調器付き面発光半導体レー
ザに関するものであり、第１導電型の第１の多層膜反射
鏡の上方に活性層が形成され、更に第２導電型の第２多
層膜反射鏡が形成され、更に光り吸収層が形成され、更
に第１導電型の第３の多層膜反射鏡が形成されており、
前記活性層への定常的な電流注入によって得られるレー
ザ光を、前記光吸収層に逆バイアス電圧を加えて、その
吸収係数を変化させ、前記第２の多層膜反射鏡と第３の
多層膜反射鏡による共鳴効果で正味の光の吸収率を増大
させて変調し、前記第３の多層膜反射鏡の外部へ出力光
として出射瀬せしむることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明を用いれば、外部変調で出力光をオン・
オフできるので、先に述べた様な波長変動の問題は解決
できる。本発明は更に、ＩｎＧａＡｓの様な歪量子井戸
層を活性層に持った面発光レーザに有効であるのが要点
である。格子定数が基板と一致しない半導体層は、臨界
膜厚以上に、厚く成長させることはできなく、数１００
Åが限界である。勿論臨界膜厚は、格子不整の程度によ
って異なり、格子不整が小さい程、臨界膜厚は厚くでき
るが、ＩｎＧａＡｓの場合、禁制帯波長を１μｍとする
と、それは３００Å位になる。そのために、面発光レー
ザの活性層がＩｎＧａＡｓで禁制帯波長とすると、外部
変調器の部分での光吸収層も３００Å程度しか積層でき
ないことになる。通常、バンドギャプ付近での光吸収係
数は１，０００〜１０，０００ｃｍ-1であるので、光吸
収層が少なく共１μｍ以上はないと外部変調器の所で充
分な消光比が得られないことになる。
オフできるので、先に述べた様な波長変動の問題は解決
できる。本発明は更に、ＩｎＧａＡｓの様な歪量子井戸
層を活性層に持った面発光レーザに有効であるのが要点
である。格子定数が基板と一致しない半導体層は、臨界
膜厚以上に、厚く成長させることはできなく、数１００
Åが限界である。勿論臨界膜厚は、格子不整の程度によ
って異なり、格子不整が小さい程、臨界膜厚は厚くでき
るが、ＩｎＧａＡｓの場合、禁制帯波長を１μｍとする
と、それは３００Å位になる。そのために、面発光レー
ザの活性層がＩｎＧａＡｓで禁制帯波長とすると、外部
変調器の部分での光吸収層も３００Å程度しか積層でき
ないことになる。通常、バンドギャプ付近での光吸収係
数は１，０００〜１０，０００ｃｍ-1であるので、光吸
収層が少なく共１μｍ以上はないと外部変調器の所で充
分な消光比が得られないことになる。
【０００７】しかるに本発明では、外部変調器の両端に
半導体多層膜を設けることによって、その共振効果で、
実効的な光吸収率を１００％近く迄で増大させることが
できる。それによって波長変動が小さくオン／オフ比の
高い面型レーザ光源が実現できる。
半導体多層膜を設けることによって、その共振効果で、
実効的な光吸収率を１００％近く迄で増大させることが
できる。それによって波長変動が小さくオン／オフ比の
高い面型レーザ光源が実現できる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す縦断面であ
る。同図に於いて、１０１半絶縁性ＧａＡｓ基板、１０
２はｎ−ＧａＡｓ（λ／４厚、ドービング濃度ｎ＝２×
１０18ｃｍ-3）とｎ−ＡｌＡｓ（λ／４厚、２×１０18
ｃｍ-3）が交互に２４．５周期積層されている（描画上
の制限から図面では３．５周期しか書かれていない）Ｓ
ｉドープ・ミラーである。ＧａＡｓ基板１０１側から見
るとｎ−ＡｌＡｓで始まり、Ｓｉドープ・ミラー１０２
の上部はｎ−ＡｌＡｓで終わっている。１０３はアンド
ープのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ、１０４は厚さ１００Åの
アンドープのＩｎＧａＡｓ活性層、１０５はアンドープ
のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓで、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ１０
３と１０５の層厚は等しく、ほぼλ／２である。１０６
はｐ−ＧａＡｓ（λ／４厚、ドーピング濃度ｐ＝２×１
０18ｃｍ-3）とｐ−ＡｌＡｓ（λ／４厚、２×１０18ｃ
ｍ-3）が交互に１４．５周期、積層されて形成されたＢ
ｅドープ・ミラーである。但し１０２のＳｉドープ・ミ
ラーと同様、Ｂｅドープ・ミラー１０６は図面には３．
５周期しか描かれていない。Ｂｅドープ・ミラー１０６
の下部はｐ−ＡｌＡｓで始まり、最上部はｐ−ＡｌＡｓ
で終わっている。１０７はｐ−ＧａＡｓ（３λ厚、ｐ＝
３×１０18ｃｍ-3）、１０８は３つのＩｎＧａＡｓ歪量
子井戸層（アンドープ、１００Å）とＧａＡｓバリア層
（アンドープ、８０Å）から成る光吸収層、１０９はア
ンドープのＧａＡｓ（λ厚）である。光吸収層１０８の
禁制帯波長は約９９００Åである。１１０はｎ−ＧａＡ
ｓ（λ／４厚、ｎ＝２×１０18ｃｍ-3）とｎ−ＡｌＡｓ
（λ／４厚、ｎ＝２×１０18ｃｍ-3）が交互に２４．５
周期積層されて形成されたＳｉドープ・ミラーである。
但し図面には４周期だけしか書かれていない。１１１は
ＳｉＮ膜、１１４と１１２はｎ側電極、１１３はｐ側電
極である。
る。同図に於いて、１０１半絶縁性ＧａＡｓ基板、１０
２はｎ−ＧａＡｓ（λ／４厚、ドービング濃度ｎ＝２×
１０18ｃｍ-3）とｎ−ＡｌＡｓ（λ／４厚、２×１０18
ｃｍ-3）が交互に２４．５周期積層されている（描画上
の制限から図面では３．５周期しか書かれていない）Ｓ
ｉドープ・ミラーである。ＧａＡｓ基板１０１側から見
るとｎ−ＡｌＡｓで始まり、Ｓｉドープ・ミラー１０２
の上部はｎ−ＡｌＡｓで終わっている。１０３はアンド
ープのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ、１０４は厚さ１００Åの
アンドープのＩｎＧａＡｓ活性層、１０５はアンドープ
のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓで、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ１０
３と１０５の層厚は等しく、ほぼλ／２である。１０６
はｐ−ＧａＡｓ（λ／４厚、ドーピング濃度ｐ＝２×１
０18ｃｍ-3）とｐ−ＡｌＡｓ（λ／４厚、２×１０18ｃ
ｍ-3）が交互に１４．５周期、積層されて形成されたＢ
ｅドープ・ミラーである。但し１０２のＳｉドープ・ミ
ラーと同様、Ｂｅドープ・ミラー１０６は図面には３．
５周期しか描かれていない。Ｂｅドープ・ミラー１０６
の下部はｐ−ＡｌＡｓで始まり、最上部はｐ−ＡｌＡｓ
で終わっている。１０７はｐ−ＧａＡｓ（３λ厚、ｐ＝
３×１０18ｃｍ-3）、１０８は３つのＩｎＧａＡｓ歪量
子井戸層（アンドープ、１００Å）とＧａＡｓバリア層
（アンドープ、８０Å）から成る光吸収層、１０９はア
ンドープのＧａＡｓ（λ厚）である。光吸収層１０８の
禁制帯波長は約９９００Åである。１１０はｎ−ＧａＡ
ｓ（λ／４厚、ｎ＝２×１０18ｃｍ-3）とｎ−ＡｌＡｓ
（λ／４厚、ｎ＝２×１０18ｃｍ-3）が交互に２４．５
周期積層されて形成されたＳｉドープ・ミラーである。
但し図面には４周期だけしか書かれていない。１１１は
ＳｉＮ膜、１１４と１１２はｎ側電極、１１３はｐ側電
極である。
【０００９】素子はｎ側電極１１４を接地し、ｐ側電極
１１３に正の電圧、ｎ側電極１１２に負の電圧をかけて
使用する。光吸収層１０８には逆バイアスがかかり、電
界が印加されるので、フランツ・ケルデッシュ効果でバ
ンド端が、長波側にシフトし、ＩｎＧａＡｓ活性層１０
４から出た光をオン、オフできる。そして、Ｂｅドープ
・ミラー１０６とＳｉドープ・ミラー１１０に光吸収層
１０８が挿まれた効果で、実際の光吸収層１０８の層厚
は３００Åしかないにもかかわらず、１００％近い吸収
を電圧印加時に実現できた。
１１３に正の電圧、ｎ側電極１１２に負の電圧をかけて
使用する。光吸収層１０８には逆バイアスがかかり、電
界が印加されるので、フランツ・ケルデッシュ効果でバ
ンド端が、長波側にシフトし、ＩｎＧａＡｓ活性層１０
４から出た光をオン、オフできる。そして、Ｂｅドープ
・ミラー１０６とＳｉドープ・ミラー１１０に光吸収層
１０８が挿まれた効果で、実際の光吸収層１０８の層厚
は３００Åしかないにもかかわらず、１００％近い吸収
を電圧印加時に実現できた。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、発光時の波長変動が少
ない垂直共振器型面発光半導体レーザを実現でき、外部
共振器の光吸収層厚が数１００Åと厚くできない場合に
も、オン／オフ比の高い変調が可能となる。
ない垂直共振器型面発光半導体レーザを実現でき、外部
共振器の光吸収層厚が数１００Åと厚くできない場合に
も、オン／オフ比の高い変調が可能となる。
【図１】本発明の一実施例を示す断面図。
【図２】従来例を示す断面図。
【図３】パルス状駆動電流に対する光出力の時間変化を
示す図。
示す図。
１０１ 半絶縁体ＧａＡｓ基板 １０２，１１０及び２０２ Ｓｉドープ・ミラー １０３及び１０５ Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ １０４ ＩｎＧａＡｓ活性層 １０６及び２０４ Ｂｅドープ・ミラー １０７ ｐ−ＧａＡｓ １０８ 光吸収層 １０９ ＧａＡｓ １１１ ＳｉＮ １１２及び１１４ ｎ側電極 １１３ ｐ側電極 ２０１ ＳｉドープＧａＡｓ基板 ２０３ 活性領域 ２０５ Ａｕコンタクト ２０６ プローブ ２０７ ワイア ２０８ レンズ
Claims (1)
- 【請求項１】 第１導電型の第１の多層膜反射鏡の上方
に活性層、第２導電型の第２の多層膜反射鏡、光吸収
層、および第１導電型の第３の多層膜反射鏡が順形成さ
れており、前記活性層への定常的な電流注入によって得
られるレーザ光を、前記光吸収層に逆バイアス電圧を加
えて、その吸収係数を変化させ、前記第２の多層膜反射
鏡と第３の多層膜反射鏡による共鳴効果で正味の光吸収
率を増大させて変調し、前記第３の多層膜反射鏡の外部
へ出力光として出射せしむることを特徴とする外部変調
器付き面発光半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33566891A JPH05152674A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 外部変調器付き面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33566891A JPH05152674A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 外部変調器付き面発光半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05152674A true JPH05152674A (ja) | 1993-06-18 |
Family
ID=18291180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33566891A Pending JPH05152674A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 外部変調器付き面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05152674A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001042849A1 (fr) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | Japan Science And Technology Corporation | Dispositif a semi-conducteur et a effet magneto-optique, et procede de fabrication associe |
| US6778308B2 (en) | 2002-01-07 | 2004-08-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Process of fabricating semiconductor light emitting device |
| WO2005093918A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Nec Corporation | 面発光レーザ |
| JP2006245473A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Ricoh Co Ltd | 垂直共振器型面発光半導体レーザ装置および光スイッチング方法および光送信モジュールおよび光伝送装置 |
| JP2007219561A (ja) * | 2001-03-13 | 2007-08-30 | Ricoh Co Ltd | 半導体発光装置 |
| JP2007242884A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Sony Corp | 半導体レーザ装置 |
| US7391800B2 (en) | 2005-02-02 | 2008-06-24 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical cavity surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission module, optical transmission device, and optical switching method |
| WO2022110909A1 (zh) * | 2020-11-25 | 2022-06-02 | 上海禾赛科技有限公司 | 谐振腔、激光单元及芯片和激光器及形成方法、激光雷达 |
| CN118174140A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-06-11 | 深圳技术大学 | 一种晶圆融合集成多结长波长面发射激光器及制作方法 |
-
1991
- 1991-11-25 JP JP33566891A patent/JPH05152674A/ja active Pending
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