JPH0548195A - 波長可変面発光レーザ - Google Patents
波長可変面発光レーザInfo
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- JPH0548195A JPH0548195A JP20178691A JP20178691A JPH0548195A JP H0548195 A JPH0548195 A JP H0548195A JP 20178691 A JP20178691 A JP 20178691A JP 20178691 A JP20178691 A JP 20178691A JP H0548195 A JPH0548195 A JP H0548195A
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- JP
- Japan
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- emitting laser
- electrode
- layer
- surface emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- 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
- H01S5/10—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]
- H01S5/18302—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] comprising an integrated optical modulator
-
- 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
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
- H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】発振波長が異なり、しかも外部から発振波長の
制御が可能な、波長可変面発光レーザを得ることを目的
とする。 【構成】面発光レーザの基板１の主面上に積層した第１
の半導体光反射層２、活性層４を含むキャビティ層上
に、透明電極９、配向膜１１、液晶１５、配向膜１３、
第２の半導体光反射層１２および透明電極１４を積層す
る。
制御が可能な、波長可変面発光レーザを得ることを目的
とする。 【構成】面発光レーザの基板１の主面上に積層した第１
の半導体光反射層２、活性層４を含むキャビティ層上
に、透明電極９、配向膜１１、液晶１５、配向膜１３、
第２の半導体光反射層１２および透明電極１４を積層す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ発振の波長を可
変にできる、高集積化可能な波長可変面発光レーザに関
するものである。
変にできる、高集積化可能な波長可変面発光レーザに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】通常、ＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓＰ
に代表される３−５族化合物半導体レーザは、基板に対
して平行な方向に、ファブリーペロー共振器もしくはＤ
ＦＢを形成し、上記半導体結晶のへき開端面よりレーザ
光を取り出している。この場合、その構造上の問題か
ら、二次元的にウェハ面上にレーザを高密度に集積する
のは非常に困難である。すなわち、個々のレーザは個々
に出射端面を形成しなければならず、光共振器の長さが
１００〜８００μｍと長いので、ウェハ内に単位面積あ
たり集積できるレーザの個数には限界がある上、レーザ
光は基板に対して平行に出射するので、基板に垂直な方
向に光を取り出さなければならず、そのためにはレーザ
部分とは別に４５°高反射ミラーをエッチングにより形
成しなければならないという欠点を有していた。これに
対して結晶成長その他の技術により光共振器を基板主面
に対して垂直に形成し、レーザ光を上記基板主面に対し
て垂直に取り出す、いわゆる面発光レーザは、その構造
から容易に基板上に高密度二次元集積することが可能で
ある。最近ではその発振波長が０．８５μｍ、０．９８
μｍ、１．５５μｍ等様々な材料系で試みられており、
しかも上記面発光レーザは通常のレーザと比較してしき
い値電流が１ｍＡを下まわる、極めて低いしきい値を有
するレーザが実現可能になっている。
に代表される３−５族化合物半導体レーザは、基板に対
して平行な方向に、ファブリーペロー共振器もしくはＤ
ＦＢを形成し、上記半導体結晶のへき開端面よりレーザ
光を取り出している。この場合、その構造上の問題か
ら、二次元的にウェハ面上にレーザを高密度に集積する
のは非常に困難である。すなわち、個々のレーザは個々
に出射端面を形成しなければならず、光共振器の長さが
１００〜８００μｍと長いので、ウェハ内に単位面積あ
たり集積できるレーザの個数には限界がある上、レーザ
光は基板に対して平行に出射するので、基板に垂直な方
向に光を取り出さなければならず、そのためにはレーザ
部分とは別に４５°高反射ミラーをエッチングにより形
成しなければならないという欠点を有していた。これに
対して結晶成長その他の技術により光共振器を基板主面
に対して垂直に形成し、レーザ光を上記基板主面に対し
て垂直に取り出す、いわゆる面発光レーザは、その構造
から容易に基板上に高密度二次元集積することが可能で
ある。最近ではその発振波長が０．８５μｍ、０．９８
μｍ、１．５５μｍ等様々な材料系で試みられており、
しかも上記面発光レーザは通常のレーザと比較してしき
い値電流が１ｍＡを下まわる、極めて低いしきい値を有
するレーザが実現可能になっている。
【０００３】上記面発光レーザにおいて、同一基板上に
個々の発振波長が異なり、しかも外部からの制御を可能
にしてアレイ化することは、波長分散多重あるいは光信
号処理を用いた光通信への応用に望まれるものである。
現在にいたるまで報告されている例としては、光共振器
キャビティの長さだけを、結晶成長中に意図的に面内分
布を持たせ、上記工程によって発振波長９６２ｎｍから
９８０ｎｍまで横方向発振波長間隔０．２６ｎｍ、縦方
向発振波長間隔１．８２ｎｍで７×１１個製作した例が
報告されている（アプライド・フィジックス・レターズ
（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
５８（１９９１）３１）。
個々の発振波長が異なり、しかも外部からの制御を可能
にしてアレイ化することは、波長分散多重あるいは光信
号処理を用いた光通信への応用に望まれるものである。
現在にいたるまで報告されている例としては、光共振器
キャビティの長さだけを、結晶成長中に意図的に面内分
布を持たせ、上記工程によって発振波長９６２ｎｍから
９８０ｎｍまで横方向発振波長間隔０．２６ｎｍ、縦方
向発振波長間隔１．８２ｎｍで７×１１個製作した例が
報告されている（アプライド・フィジックス・レターズ
（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
５８（１９９１）３１）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の場合は、発振波長が結晶基板ですでに決まり、
外部から制御することができない。また、発振波長の可
変方法が結晶成長に大きく依存するため、歩留まりを考
えると非常によくない。また、上記面発光レーザの発振
波長を変化させる試みもなされているが、可変波長領域
が大きく取れず成功していない。上記のように、発振波
長が異なり、しかも外部から発振波長が制御可能な面発
光レーザを、同一基板上にアレイ化することは実現不可
能であった。
来技術の場合は、発振波長が結晶基板ですでに決まり、
外部から制御することができない。また、発振波長の可
変方法が結晶成長に大きく依存するため、歩留まりを考
えると非常によくない。また、上記面発光レーザの発振
波長を変化させる試みもなされているが、可変波長領域
が大きく取れず成功していない。上記のように、発振波
長が異なり、しかも外部から発振波長が制御可能な面発
光レーザを、同一基板上にアレイ化することは実現不可
能であった。
【０００５】本発明は、発振波長が異なり、しかも外部
から発振波長が制御可能な、波長可変面発光レーザを得
ることを目的とする。
から発振波長が制御可能な、波長可変面発光レーザを得
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、基板に対し
て垂直に光を取り出す構造の波長可変面発光レーザにお
いて、上記基板の主面上に積層した第１の半導体光反射
層、活性層を含むキャビティ層の上部に、透明電極、配
向膜、液晶、配向膜、第２の半導体光反射層および透明
電極を、積層することによって達成される。
て垂直に光を取り出す構造の波長可変面発光レーザにお
いて、上記基板の主面上に積層した第１の半導体光反射
層、活性層を含むキャビティ層の上部に、透明電極、配
向膜、液晶、配向膜、第２の半導体光反射層および透明
電極を、積層することによって達成される。
【０００７】
【作用】本発明による波長可変面発光レーザは、半導体
基板の裏面上に第１の電極を設け、上記基板の主面上に
第１の半導体光反射層、活性層を含むキャビティ層を積
層させ、上記キャビティ層の上部に第２の電極、液晶、
第２の半導体光反射層、第３の電極を積層した構造であ
って、上記第１の電極と第２の電極とにより注入された
電流により、上記活性層から光を放出させ、上記第１お
よび第２の光反射層によって光共振器を構成しレーザを
発振させるものである。上記面発光レーザにおいては、
第１および第２の光反射層によって構成される光共振器
の光学長によって発振波長が決定されるが、上記第１お
よび第２の光反射層の間に、屈折率を変えることが可能
な液晶を挿入することにより、光学長が変化し発振波長
を可変にすることが可能になり、従来技術に比較して広
い可変波長幅をもち、かつ、高集積化が可能な波長可変
面発光レーザを得ることができる。
基板の裏面上に第１の電極を設け、上記基板の主面上に
第１の半導体光反射層、活性層を含むキャビティ層を積
層させ、上記キャビティ層の上部に第２の電極、液晶、
第２の半導体光反射層、第３の電極を積層した構造であ
って、上記第１の電極と第２の電極とにより注入された
電流により、上記活性層から光を放出させ、上記第１お
よび第２の光反射層によって光共振器を構成しレーザを
発振させるものである。上記面発光レーザにおいては、
第１および第２の光反射層によって構成される光共振器
の光学長によって発振波長が決定されるが、上記第１お
よび第２の光反射層の間に、屈折率を変えることが可能
な液晶を挿入することにより、光学長が変化し発振波長
を可変にすることが可能になり、従来技術に比較して広
い可変波長幅をもち、かつ、高集積化が可能な波長可変
面発光レーザを得ることができる。
【０００８】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による波長可変面発光レーザの一実施
例を示す断面図である。本実施例は活性層としてＧａＡ
ｓを用いた波長可変面発光レーザの場合について説明す
るが、これは一つの例示であって、本発明の主旨の範囲
で種々の変更あるいは改良を行い得ることはいうまでも
ない。
る。図１は本発明による波長可変面発光レーザの一実施
例を示す断面図である。本実施例は活性層としてＧａＡ
ｓを用いた波長可変面発光レーザの場合について説明す
るが、これは一つの例示であって、本発明の主旨の範囲
で種々の変更あるいは改良を行い得ることはいうまでも
ない。
【０００９】図１において、まず最初に厚さ３５０μｍ
のｎ型ＧａＡｓ基板１を分子線エピタキシャル（ＭＢ
Ｅ）装置を用いてＡｓビームを照射しながらクリーニン
グを行い、その後上記ＧａＡｓ基板１上に、厚さ５０ｎ
ｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層を成長させる。続いて、各
層の光学膜厚が発振波長のλ／４（２１５ｎｍ）である
３０対のｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ第１の半導
体光反射層２、続いてｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層３、厚
さ３μｍのｐ−ＧａＡｓ活性層４、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ層５からなる、全体が発振波長の光学膜厚の９倍で
あるキャビティ層を形成後、ｐ（＋＋）−ＧａＡｓコン
タクト層６を結晶成長させる。つぎに基板１の裏面に第
１の電極としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕのｎ電極８を設け、
表面にはリフトオフにより第２の電極としてＡｕＺｎＮ
ｉ／Ａｕのリング形状ｐ電極９を形成し、水素雰囲気中
においてシンターをしたのち、レジストパターニングに
より上記リング形状ｐ電極９上にマスクを形成する。そ
して上記マスクの外部を塩素ガスによるマイクロ波電子
サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）エッチングを用いて、Ｇ
ａＡｓ基板１までドライエッチングを行うとともに上記
ドライエッチングのダメージを除去するため、硫酸系に
よるスライトエッチングを行う。つぎにポリイミド７を
用いて素子の平坦化を行う。上記工程により８×８の素
子を作製した。
のｎ型ＧａＡｓ基板１を分子線エピタキシャル（ＭＢ
Ｅ）装置を用いてＡｓビームを照射しながらクリーニン
グを行い、その後上記ＧａＡｓ基板１上に、厚さ５０ｎ
ｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層を成長させる。続いて、各
層の光学膜厚が発振波長のλ／４（２１５ｎｍ）である
３０対のｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ第１の半導
体光反射層２、続いてｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層３、厚
さ３μｍのｐ−ＧａＡｓ活性層４、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ層５からなる、全体が発振波長の光学膜厚の９倍で
あるキャビティ層を形成後、ｐ（＋＋）−ＧａＡｓコン
タクト層６を結晶成長させる。つぎに基板１の裏面に第
１の電極としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕのｎ電極８を設け、
表面にはリフトオフにより第２の電極としてＡｕＺｎＮ
ｉ／Ａｕのリング形状ｐ電極９を形成し、水素雰囲気中
においてシンターをしたのち、レジストパターニングに
より上記リング形状ｐ電極９上にマスクを形成する。そ
して上記マスクの外部を塩素ガスによるマイクロ波電子
サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）エッチングを用いて、Ｇ
ａＡｓ基板１までドライエッチングを行うとともに上記
ドライエッチングのダメージを除去するため、硫酸系に
よるスライトエッチングを行う。つぎにポリイミド７を
用いて素子の平坦化を行う。上記工程により８×８の素
子を作製した。
【００１０】その後、上記リング形状のｐ電極９上に、
第２の電極として、スパッタリングにより上記発振波長
８６０ｎｍにおける反射防止膜となるように、導電性ガ
ラス（ＩＴＯ）１０を９７ｎｍ形成し、続いてＰＶＡか
らなる第１の配向膜１１を２０ｎｍ、〈１１０〉方向に
ラビングを行う。
第２の電極として、スパッタリングにより上記発振波長
８６０ｎｍにおける反射防止膜となるように、導電性ガ
ラス（ＩＴＯ）１０を９７ｎｍ形成し、続いてＰＶＡか
らなる第１の配向膜１１を２０ｎｍ、〈１１０〉方向に
ラビングを行う。
【００１１】一方、第３の電極として、ホト加工により
面発光レーザの画素に対応した８×８の画素にパターニ
ングしたＩＴＯ電極１４を形成したガラス基板１６上
に、中心波長８６０ｎｍに設定したＴｉＯ2／ＳｉＯ2の
１０対からなる第２の光反射層１２を、電子ビーム蒸着
法により形成した。その上に液晶用の配向膜ＰＶＡ１３
を塗布し、ラビングを行った。上記両基板を３μｍのス
ペーサを介して張り合わせ、平行度を調整して固定し
た。その後、ネマチック液晶メルク社のＥ−８をその間
隙に充填した。
面発光レーザの画素に対応した８×８の画素にパターニ
ングしたＩＴＯ電極１４を形成したガラス基板１６上
に、中心波長８６０ｎｍに設定したＴｉＯ2／ＳｉＯ2の
１０対からなる第２の光反射層１２を、電子ビーム蒸着
法により形成した。その上に液晶用の配向膜ＰＶＡ１３
を塗布し、ラビングを行った。上記両基板を３μｍのス
ペーサを介して張り合わせ、平行度を調整して固定し
た。その後、ネマチック液晶メルク社のＥ−８をその間
隙に充填した。
【００１２】上記のように構成した波長可変面発光レー
ザに対して、第１の電極８と第２の電極９との間に電流
を注入しＩ−Ｌ特性を調べたところ、すべての素子にお
いて、従来報告されている値より若干高い２ｍＡ前後
で、しきい値でレーザ発振し、波長可変部追加による大
きなしきい値増大には至らないことが確認された。ま
た、スペクトルアナライザにより発振波長を観察する
と、８×８の素子の中でばらつきが５％以内に抑えられ
ていた。つぎに上記の状態で個々の素子ごとに第２、第
３の電極９および１４間に電圧を印加し、上記液晶１５
の屈折率を変化させると、８×８の個々の素子の発振波
長を８３０ｎｍから８８０ｎｍの範囲で連続して可変で
きた。
ザに対して、第１の電極８と第２の電極９との間に電流
を注入しＩ−Ｌ特性を調べたところ、すべての素子にお
いて、従来報告されている値より若干高い２ｍＡ前後
で、しきい値でレーザ発振し、波長可変部追加による大
きなしきい値増大には至らないことが確認された。ま
た、スペクトルアナライザにより発振波長を観察する
と、８×８の素子の中でばらつきが５％以内に抑えられ
ていた。つぎに上記の状態で個々の素子ごとに第２、第
３の電極９および１４間に電圧を印加し、上記液晶１５
の屈折率を変化させると、８×８の個々の素子の発振波
長を８３０ｎｍから８８０ｎｍの範囲で連続して可変で
きた。
【００１３】上記実施例では、活性層にＧａＡｓを用い
た波長可変面発光レーザの場合を例に説明したが、他の
発振波長を有する波長可変面発光レーザの場合でも同様
な効果が得られるのはいうまでもない。
た波長可変面発光レーザの場合を例に説明したが、他の
発振波長を有する波長可変面発光レーザの場合でも同様
な効果が得られるのはいうまでもない。
【００１４】
【発明の効果】上記のように本発明による波長可変面発
光レーザは、基板に対して垂直に光を取り出す構造の波
長可変面発光レーザにおいて、上記基板の主面上に積層
した第１の半導体光反射層、活性層を含むキャビティ層
の上部に、透明電極、配向膜、液晶、配向膜、第２の半
導体光反射層および透明電極を積層したことにより、上
記基板裏面に設けた第１電極と上記キャビティ層の上部
に設けた第２電極とにより注入された電流により、上記
活性層から光を放出させ、上記第１および第２の半導体
光反射層により構成した光共振器でレーザ発振させる面
発光レーザに関し、上記第２電極と第２の半導体光反射
層上に形成した第３の透明電極との間に印加する電圧を
変化させることにより、上記レーザ発振の波長を変化さ
せ、従来技術と比較して広い可変波長幅を有し、かつ高
集積化が可能になるため、光変換、光ニューラルネット
ワーク、光情報処理用の光源として利用できるなど、経
済的効果が大である。
光レーザは、基板に対して垂直に光を取り出す構造の波
長可変面発光レーザにおいて、上記基板の主面上に積層
した第１の半導体光反射層、活性層を含むキャビティ層
の上部に、透明電極、配向膜、液晶、配向膜、第２の半
導体光反射層および透明電極を積層したことにより、上
記基板裏面に設けた第１電極と上記キャビティ層の上部
に設けた第２電極とにより注入された電流により、上記
活性層から光を放出させ、上記第１および第２の半導体
光反射層により構成した光共振器でレーザ発振させる面
発光レーザに関し、上記第２電極と第２の半導体光反射
層上に形成した第３の透明電極との間に印加する電圧を
変化させることにより、上記レーザ発振の波長を変化さ
せ、従来技術と比較して広い可変波長幅を有し、かつ高
集積化が可能になるため、光変換、光ニューラルネット
ワーク、光情報処理用の光源として利用できるなど、経
済的効果が大である。
【図１】本発明による波長可変面発光レーザの一実施例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１ ＧａＡｓ基板 ２ 第１の半導体光反射層 ４ 活性層 ９ 透明電極（第２電極） １１、１３ 配向膜 １２ 第２の半導体光反射層 １４ 透明電極（第３電極） １５ 液晶
Claims (3)
- 【請求項１】基板に対して垂直に光を取り出す構造の波
長可変面発光レーザにおいて、上記基板の主面上に積層
した第１の半導体光反射層、活性層を含むキャビティ層
の上部に、透明電極、配向膜、液晶、配向膜、第２の半
導体光反射層および透明電極を、積層したことを特徴と
する波長可変面発光レーザ。 - 【請求項２】上記基板は、表面に面発光レーザ素子をア
レイ状に配列し、かつ、上記素子に対応して透明電極を
画素状にパターニングしたものであることを特徴とする
請求項１記載の波長可変面発光レーザ。 - 【請求項３】上記基板は、裏面に第１の電極を有し、主
面上に第１の半導体光反射層と活性層を含むキャビティ
層、さらに第２の電極を順に積層した構造であることを
特徴とする請求項１または請求項２記載の波長可変面発
光レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20178691A JPH0548195A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 波長可変面発光レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20178691A JPH0548195A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 波長可変面発光レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548195A true JPH0548195A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16446914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20178691A Pending JPH0548195A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 波長可変面発光レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0548195A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0614256A1 (en) * | 1993-03-01 | 1994-09-07 | AT&T Corp. | Tunable surface emitting semiconductor laser |
| FR2825524A1 (fr) * | 2001-06-05 | 2002-12-06 | Get Enst Bretagne | Laser amplificateur a cavite verticale |
| US10049816B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-08-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting coil production apparatus and superconducting coil production method |
-
1991
- 1991-08-12 JP JP20178691A patent/JPH0548195A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0614256A1 (en) * | 1993-03-01 | 1994-09-07 | AT&T Corp. | Tunable surface emitting semiconductor laser |
| FR2825524A1 (fr) * | 2001-06-05 | 2002-12-06 | Get Enst Bretagne | Laser amplificateur a cavite verticale |
| WO2002099941A1 (fr) * | 2001-06-05 | 2002-12-12 | Optogone | Laser amplificateur accordable a cavite verticale |
| US10049816B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-08-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting coil production apparatus and superconducting coil production method |
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