JPH05308173A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH05308173A JPH05308173A JP4140165A JP14016592A JPH05308173A JP H05308173 A JPH05308173 A JP H05308173A JP 4140165 A JP4140165 A JP 4140165A JP 14016592 A JP14016592 A JP 14016592A JP H05308173 A JPH05308173 A JP H05308173A
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- layer
- reflection mirror
- gaas
- reflecting 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]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18322—Position of the structure
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 出力レーザ光の偏光を制御した垂直共振器型
半導体レーザを得る。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上にｎ型の不純物添加された
ＧａＡｓ／ＡｌＡｓの多層膜とＧａＡｓ／ＡｌＡｓの量
子細線周期構造よりなる第１の反射ミラー層２、ｎ型に
不純物添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第１の閉じ込め
層３、不純物添加されていないＩｎＧａＡｓを不純物添
加されていないＡｌＧａＡｓで挟んだ活性層４、ｐ型に
不純物添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第２の閉じ込め
層５、ｐ型に不純物添加されたＧａＡｓとＡｌＡｓの多
層膜とＡｕ金属電極と両者の間に形成されたＧａＡｓキ
ャップ層よりなる第２の反射ミラー層６を形成する。第
１の反射ミラー層２の量子細線構造は反射率に偏光依存
性を持っている。第１の反射ミラー層および第２の反射
ミラー層６によって形成される共振器の共振波長と第１
の反射ミラー層２の偏光異存性が大きい波長を合わせる
ことによって垂直共振器型半導体レーザの偏光方向を制
御できる。
半導体レーザを得る。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上にｎ型の不純物添加された
ＧａＡｓ／ＡｌＡｓの多層膜とＧａＡｓ／ＡｌＡｓの量
子細線周期構造よりなる第１の反射ミラー層２、ｎ型に
不純物添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第１の閉じ込め
層３、不純物添加されていないＩｎＧａＡｓを不純物添
加されていないＡｌＧａＡｓで挟んだ活性層４、ｐ型に
不純物添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第２の閉じ込め
層５、ｐ型に不純物添加されたＧａＡｓとＡｌＡｓの多
層膜とＡｕ金属電極と両者の間に形成されたＧａＡｓキ
ャップ層よりなる第２の反射ミラー層６を形成する。第
１の反射ミラー層２の量子細線構造は反射率に偏光依存
性を持っている。第１の反射ミラー層および第２の反射
ミラー層６によって形成される共振器の共振波長と第１
の反射ミラー層２の偏光異存性が大きい波長を合わせる
ことによって垂直共振器型半導体レーザの偏光方向を制
御できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板に垂直な共振器を
有する半導体レーザの偏光特性制御に関する。
有する半導体レーザの偏光特性制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは従来結晶基板の面に平行
な半導体層から形成されているが、結晶成長技術の進歩
によって基板の面内方向に量子効果を生じる程度あるい
はそれ以下の周期の周期的細線構造を形成することが可
能となった。
な半導体層から形成されているが、結晶成長技術の進歩
によって基板の面内方向に量子効果を生じる程度あるい
はそれ以下の周期の周期的細線構造を形成することが可
能となった。
【０００３】図５に従来の垂直共振器型の半導体レーザ
の構造例を示す。ＧａＡｓ基板１上にｎ型に不純物添加
されれたＧａＡｓとＡｌＡｓの多層膜よりなる第１の反
射ミラー層１２、ｎ型に不純物添加されたＡｌＧａＡｓ
よりなる第１の閉じ込め層３、不純物添加されていない
ＩｎＧａＡｓの量子井戸をＡｌＧａＡｓで挟んだ活性層
４、ｐ型に不純物添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第２
の閉じ込め層５、ｐ型に不純物添加されたＧａＡｓとＡ
ｌＡｓの多層膜とＡｕ金属電極と両者の間に形成された
ＧａＡｓキャップ層よりなる第２の反射ミラー層６、Ａ
ｕＧｅＮｉ金属電極７を形成する。全ての層を形成した
後、第１の反射ミラー層１２までメサエッチした後、第
１の反射ミラー層１２にＡｕＺｎ金属電極８を形成す
る。
の構造例を示す。ＧａＡｓ基板１上にｎ型に不純物添加
されれたＧａＡｓとＡｌＡｓの多層膜よりなる第１の反
射ミラー層１２、ｎ型に不純物添加されたＡｌＧａＡｓ
よりなる第１の閉じ込め層３、不純物添加されていない
ＩｎＧａＡｓの量子井戸をＡｌＧａＡｓで挟んだ活性層
４、ｐ型に不純物添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第２
の閉じ込め層５、ｐ型に不純物添加されたＧａＡｓとＡ
ｌＡｓの多層膜とＡｕ金属電極と両者の間に形成された
ＧａＡｓキャップ層よりなる第２の反射ミラー層６、Ａ
ｕＧｅＮｉ金属電極７を形成する。全ての層を形成した
後、第１の反射ミラー層１２までメサエッチした後、第
１の反射ミラー層１２にＡｕＺｎ金属電極８を形成す
る。
【０００４】図６に従来の垂直共振器型半導体レーザに
用いられる反射ミラー層１２を示す。反射ミラー層１２
は１／４波長厚の層より構成される半導体多層膜１１で
ある。１０〜２０層程度の層数で９９％以上の反射率を
得ることができる。第２の反射ミラー層６では、電極金
属による反射分も加味することができる。第１の反射ミ
ラー層１２と第２の反射ミラー層６によって共振器構造
が形成される。その共振波長は９５０ｎｍ程度であり、
基板側より発光する。
用いられる反射ミラー層１２を示す。反射ミラー層１２
は１／４波長厚の層より構成される半導体多層膜１１で
ある。１０〜２０層程度の層数で９９％以上の反射率を
得ることができる。第２の反射ミラー層６では、電極金
属による反射分も加味することができる。第１の反射ミ
ラー層１２と第２の反射ミラー層６によって共振器構造
が形成される。その共振波長は９５０ｎｍ程度であり、
基板側より発光する。
【０００５】上記の構造を持つ半導体レーザの出力光は
特定の偏光方向を持たないことが知られている。垂直共
振器型構造半導体レーザの偏光特性の詳細は、例えば、
雑誌エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letter
s ）、第２７巻、１９９１年、１６３〜１６５頁に記載
された論文「量子井戸垂直共振器面発光レーザの偏光特
性（Polarisation characteristics of quantum well v
ertical cavity surface emitting lasers）」に述べら
れている。
特定の偏光方向を持たないことが知られている。垂直共
振器型構造半導体レーザの偏光特性の詳細は、例えば、
雑誌エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letter
s ）、第２７巻、１９９１年、１６３〜１６５頁に記載
された論文「量子井戸垂直共振器面発光レーザの偏光特
性（Polarisation characteristics of quantum well v
ertical cavity surface emitting lasers）」に述べら
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の垂直共振器構造
を持つ半導体レーザでは、発振するレーザ光の偏光方向
が一定ではないため、光学装置への応用が限定されてし
まうという欠点があった。
を持つ半導体レーザでは、発振するレーザ光の偏光方向
が一定ではないため、光学装置への応用が限定されてし
まうという欠点があった。
【０００７】本発明の目的は、特定の偏光出力を得るこ
とができる半導体レーザを提供することにある。
とができる半導体レーザを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、半導体基板上に第１の反射ミラー層、活性層および
第２の反射ミラー層を順次に積層して構成した垂直共振
器型の半導体レーザであって、前記第１の反射ミラー層
および前記第２の反射ミラー層のうちの少なくとも一方
が第１の禁制帯幅の半導体細線と前記第１の禁制帯幅よ
り広い第２の禁制帯幅を持つ半導体細線とからなる周期
構造と半導体多層膜を有し、前記周期構造が面内方向に
おいて量子効果を生ずる程度の周期を持つことを特徴と
する。
は、半導体基板上に第１の反射ミラー層、活性層および
第２の反射ミラー層を順次に積層して構成した垂直共振
器型の半導体レーザであって、前記第１の反射ミラー層
および前記第２の反射ミラー層のうちの少なくとも一方
が第１の禁制帯幅の半導体細線と前記第１の禁制帯幅よ
り広い第２の禁制帯幅を持つ半導体細線とからなる周期
構造と半導体多層膜を有し、前記周期構造が面内方向に
おいて量子効果を生ずる程度の周期を持つことを特徴と
する。
【０００９】
【作用】本発明の原理を図をもとに説明する。図５に示
す従来構成の垂直共振器型半導体レーザでは、第１の反
射ミラー層１２と第２の反射ミラー層６により共振器を
形成し、レーザ発振を得ることができる。
す従来構成の垂直共振器型半導体レーザでは、第１の反
射ミラー層１２と第２の反射ミラー層６により共振器を
形成し、レーザ発振を得ることができる。
【００１０】図２、図３、図４は、本発明の垂直共振器
型半導体レーザの偏光特性を説明するための図である。
図２は第１の反射ミラー層を形成する量子細線と多層膜
の構造図であり、図３は量子細線の反射率異方性と透過
率異方性の図であり、図４は第１の反射ミラー層２と第
２の反射ミラー層６で形成された共振器の反射率の図を
示す。
型半導体レーザの偏光特性を説明するための図である。
図２は第１の反射ミラー層を形成する量子細線と多層膜
の構造図であり、図３は量子細線の反射率異方性と透過
率異方性の図であり、図４は第１の反射ミラー層２と第
２の反射ミラー層６で形成された共振器の反射率の図を
示す。
【００１１】本発明では、図２に示すように反射ミラー
層がＧａＡｓ半導体細線とＡｌＡｓ半導体細線とが量子
効果の生じる程度の周期で並んでいる量子細線構造を有
している。量子細線構造は、有機金属気相エピタキシア
ル成長法あるいは有機金属化学気相堆積法あるいは分子
線エピタキシアル成長法によって実現することができ
る。量子細線構造作製方法の詳細は、例えば、雑誌アプ
ライド・フィジックス・レターズ（Applied physics Lt
ters）、第５０巻、１９８７年、８２４〜８２６頁に記
載された論文「有機金属化学気相堆積法によって（００
１）微斜面上に成長した。（ＡｌＡｓ）0.5 （ＧａＡ
ｓ）0.5 分数超格子（（ＡｌＡｓ）0.5 （ＧａＡｓ）
0.5 ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｌａｙｅｒ ｓｕｐｅｒｌａ
ｔｔｉｃｅｓｇｒｏｗｎ ｏｎ （００１） ｖｉｃｉ
ｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｙ ｍｅｔａｌ ｏｒｇａ
ｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）」に述べられている。半導体細線の周期が量
子効果の生じる程度に小さくなった場合、入射する偏光
方向によってバンド端が分離して観測される。そして、
図３に示すように反射率と透過率が偏光方向によって異
なるという光学的異方性を生じる。詳しく述べると、基
板の面方位が（００１）面であるＧａＡｓ基板上で［１
１０］方向に平行なＧａＡｓ細線とＡｌＡｓ細線から形
成され量子細線構造では、ＧａＳｓの方がＡｌＡｓより
も禁制帯幅が狭いため、［−１１０］方向にキャリアが
閉じ込められる。このキャリア閉じ込め効果により、重
い正孔に関与した遷移と軽い正孔に関与した遷移が分離
される。図２において入射光の電界が［１１０］に平行
な偏光ａの場合は長波長側の重い正孔に関与した遷移が
許され、垂直な偏光ｂの場合はその遷移が禁止されるた
めである。そこで、量子細線構造を垂直共振器型半導体
レーザの反射ミラー層に用い、図４に示す共振器の共振
波長λr を図３に示す反射率差ＲＤの大きな波長λD に
合わせる。このように設計した垂直共振器型半導体レー
ザの反射ミラーでは、偏光方向が［１１０］に平行な偏
光ａに対する反射率の方が［１１０］に垂直な偏光ｂに
対する反射率よりも大きくなる。半導体レーザでは、ミ
ラーの反射率の大きな偏光で発振するので、［１１０］
方向に平行な偏光ａで発振する。以上の原理により、垂
直共振器型半導体レーザの偏光方向を特定方向に制御す
ことが可能となる。
層がＧａＡｓ半導体細線とＡｌＡｓ半導体細線とが量子
効果の生じる程度の周期で並んでいる量子細線構造を有
している。量子細線構造は、有機金属気相エピタキシア
ル成長法あるいは有機金属化学気相堆積法あるいは分子
線エピタキシアル成長法によって実現することができ
る。量子細線構造作製方法の詳細は、例えば、雑誌アプ
ライド・フィジックス・レターズ（Applied physics Lt
ters）、第５０巻、１９８７年、８２４〜８２６頁に記
載された論文「有機金属化学気相堆積法によって（００
１）微斜面上に成長した。（ＡｌＡｓ）0.5 （ＧａＡ
ｓ）0.5 分数超格子（（ＡｌＡｓ）0.5 （ＧａＡｓ）
0.5 ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｌａｙｅｒ ｓｕｐｅｒｌａ
ｔｔｉｃｅｓｇｒｏｗｎ ｏｎ （００１） ｖｉｃｉ
ｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｙ ｍｅｔａｌ ｏｒｇａ
ｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）」に述べられている。半導体細線の周期が量
子効果の生じる程度に小さくなった場合、入射する偏光
方向によってバンド端が分離して観測される。そして、
図３に示すように反射率と透過率が偏光方向によって異
なるという光学的異方性を生じる。詳しく述べると、基
板の面方位が（００１）面であるＧａＡｓ基板上で［１
１０］方向に平行なＧａＡｓ細線とＡｌＡｓ細線から形
成され量子細線構造では、ＧａＳｓの方がＡｌＡｓより
も禁制帯幅が狭いため、［−１１０］方向にキャリアが
閉じ込められる。このキャリア閉じ込め効果により、重
い正孔に関与した遷移と軽い正孔に関与した遷移が分離
される。図２において入射光の電界が［１１０］に平行
な偏光ａの場合は長波長側の重い正孔に関与した遷移が
許され、垂直な偏光ｂの場合はその遷移が禁止されるた
めである。そこで、量子細線構造を垂直共振器型半導体
レーザの反射ミラー層に用い、図４に示す共振器の共振
波長λr を図３に示す反射率差ＲＤの大きな波長λD に
合わせる。このように設計した垂直共振器型半導体レー
ザの反射ミラーでは、偏光方向が［１１０］に平行な偏
光ａに対する反射率の方が［１１０］に垂直な偏光ｂに
対する反射率よりも大きくなる。半導体レーザでは、ミ
ラーの反射率の大きな偏光で発振するので、［１１０］
方向に平行な偏光ａで発振する。以上の原理により、垂
直共振器型半導体レーザの偏光方向を特定方向に制御す
ことが可能となる。
【００１２】図１に本発明の半導体レーザの構造例を示
す。ＧａＡｓ基板１上にｎ型の不純物添加されたＧａＡ
ｓ／ＡｌＡｓの多層膜とＧａＡｓ／ＡｌＡｓの量子細線
周期構造よりなる第１の反射ミラー層２、ｎ型に不純物
添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第１の閉じ込め層３、
不純物添加されていないＩｎＧａＡｓを不純物添加され
ていないＡｌＧａＡｓで挟んだ活性層４、ｐ型に不純物
添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第２の閉じ込め層５、
ｐ型に不純物添加されたＧａＡｓ／ＡｌＡｓの多層膜と
Ａｕ金属電極と両者の間に形成されたＧａＡｓキャップ
層よりなる第２の反射ミラー層６を形成する。第１の反
射ミラー層２は図２に示すように、ＧａＡｓ半導体細線
９とＡｌＡｓ半導体細線１０からなる量子細線周期構造
とＡｌＡｓ／ＧａＡｓの半導体多層膜１１とから構成さ
れる。半導体多層膜１１は１／４波長厚の層より構成さ
れる。第１の反射ミラー層２と第２の反射ミラー層６と
で形成される共振器の共振波長λr を図４に示す。ま
た、反射ミラー層の反射率に偏光依存性を持つ波長λD
を図３に示す。波長λr は波長λD が同じになるように
反射ミラー層を設計する。第１の反射ミラー層２におい
て量子細線に平行な偏光光の方が垂直な偏光光よりも反
射率が大きいため、偏光方向を量子細線に平行な方向に
制御することが可能となる。
す。ＧａＡｓ基板１上にｎ型の不純物添加されたＧａＡ
ｓ／ＡｌＡｓの多層膜とＧａＡｓ／ＡｌＡｓの量子細線
周期構造よりなる第１の反射ミラー層２、ｎ型に不純物
添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第１の閉じ込め層３、
不純物添加されていないＩｎＧａＡｓを不純物添加され
ていないＡｌＧａＡｓで挟んだ活性層４、ｐ型に不純物
添加されたＡｌＧａＡｓよりなる第２の閉じ込め層５、
ｐ型に不純物添加されたＧａＡｓ／ＡｌＡｓの多層膜と
Ａｕ金属電極と両者の間に形成されたＧａＡｓキャップ
層よりなる第２の反射ミラー層６を形成する。第１の反
射ミラー層２は図２に示すように、ＧａＡｓ半導体細線
９とＡｌＡｓ半導体細線１０からなる量子細線周期構造
とＡｌＡｓ／ＧａＡｓの半導体多層膜１１とから構成さ
れる。半導体多層膜１１は１／４波長厚の層より構成さ
れる。第１の反射ミラー層２と第２の反射ミラー層６と
で形成される共振器の共振波長λr を図４に示す。ま
た、反射ミラー層の反射率に偏光依存性を持つ波長λD
を図３に示す。波長λr は波長λD が同じになるように
反射ミラー層を設計する。第１の反射ミラー層２におい
て量子細線に平行な偏光光の方が垂直な偏光光よりも反
射率が大きいため、偏光方向を量子細線に平行な方向に
制御することが可能となる。
【００１３】以上に述べてきた実施例では、結晶系をＩ
ｎＧａＡｌＡｓ系としたが他の結晶系でもよく、反射ミ
ラー層中の量子細線の位置や電極金属材料も上記実施例
に限られるものではない。また、第２の反射ミラー層に
量子細線構造を導入しても同様に偏光制御できる。
ｎＧａＡｌＡｓ系としたが他の結晶系でもよく、反射ミ
ラー層中の量子細線の位置や電極金属材料も上記実施例
に限られるものではない。また、第２の反射ミラー層に
量子細線構造を導入しても同様に偏光制御できる。
【００１４】
【発明の効果】本発明により、偏光方向を制御した垂直
共振器型半導体レーザを容易に得ることができる。
共振器型半導体レーザを容易に得ることができる。
【図１】本発明の実施例の構造を示す断面図。
【図２】本発明に用いる活性層を示す斜視図。
【図３】本発明の原理を説明する図。
【図４】本発明の原理を説明する図。
【図５】従来の垂直共振器型半導体レーザの構造を示す
断面図。
断面図。
【図６】従来の垂直共振器型半導体レーザに用いる活性
層を示す斜視図。
層を示す斜視図。
１ 基板 ２ 第１の反射ミラー層 ３ 第１の閉じ込め層 ４ 活性層 ５ 第２の閉じ込め層 ６ 第２の反射ミラー層 ７ 金属電極層 ８ 金属電極層 ９ 半導体細線Ａ １０ 半導体細線Ｂ １１ 半導体多層膜 １２ 第１の反射ミラー層
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板上に第１の反射ミラー層、活
性層および第２の反射ミラー層を順次に積層して構成し
た垂直共振器型の半導体レーザであって、前記第１の反
射ミラー層および前記第２の反射ミラー層のうちの少な
くとも一方が第１の禁制帯幅の半導体細線と前記第１の
禁制帯幅より広い第２の禁制帯幅を持つ半導体細線とか
らなる周期構造と半導体多層膜を有し、前記周期構造が
面内方向において量子効果を生ずる程度の周期を持つこ
とを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4140165A JPH05308173A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4140165A JPH05308173A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05308173A true JPH05308173A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=15262394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4140165A Withdrawn JPH05308173A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05308173A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011370A1 (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Nec Corporation | 偏光変調レーザ装置 |
| JP2014500622A (ja) * | 2010-11-17 | 2014-01-09 | ヴァーティラス・ゲーエムベーハー | 偏光安定性面発光レーザーダイオード |
-
1992
- 1992-04-30 JP JP4140165A patent/JPH05308173A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011370A1 (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Nec Corporation | 偏光変調レーザ装置 |
| JP2014500622A (ja) * | 2010-11-17 | 2014-01-09 | ヴァーティラス・ゲーエムベーハー | 偏光安定性面発光レーザーダイオード |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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