JPH067630B2 - 三端子半導体レ−ザ装置 - Google Patents
三端子半導体レ−ザ装置Info
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- JPH067630B2 JPH067630B2 JP11994585A JP11994585A JPH067630B2 JP H067630 B2 JPH067630 B2 JP H067630B2 JP 11994585 A JP11994585 A JP 11994585A JP 11994585 A JP11994585 A JP 11994585A JP H067630 B2 JPH067630 B2 JP H067630B2
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- Japan
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- semiconductor
- light
- semiconductor layer
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は光信号を入力して出力光のオンオフを制御す
ることができる半導体レーザ装置に関する。
ることができる半導体レーザ装置に関する。
「従来の技術」 従来においては、発光素子と受光素子ならびに電気信号
増幅素子とを各々個別に組合せ配置することでその機能
を実現するように構成されていた。このため装置の小形
化が難しく、その集積化が望まれていた。しかしながら
集積化にあたっては発光素子と受光素子あるいは電気的
能動素子とは必要とする寸法，キャリア濃度等が極めて
異なっており、これらを同一基板上に独立に形成する際
には、製作プロセスが極めて複雑となり、かつ相互の特
性の歩留りが影響し、特性のそろった集積化素子を得る
のには極めて高度な製作技術を必要としその実現を困難
にしていた。
増幅素子とを各々個別に組合せ配置することでその機能
を実現するように構成されていた。このため装置の小形
化が難しく、その集積化が望まれていた。しかしながら
集積化にあたっては発光素子と受光素子あるいは電気的
能動素子とは必要とする寸法，キャリア濃度等が極めて
異なっており、これらを同一基板上に独立に形成する際
には、製作プロセスが極めて複雑となり、かつ相互の特
性の歩留りが影響し、特性のそろった集積化素子を得る
のには極めて高度な製作技術を必要としその実現を困難
にしていた。
「問題点を解決するための手段」 この発明は、これらの欠点を除去するために基板上に積
層した半導体層により、１つの素子でスイッチ，増幅，
波長変換等の機能を有する半導体レーザ装置を実現した
ものである。
層した半導体層により、１つの素子でスイッチ，増幅，
波長変換等の機能を有する半導体レーザ装置を実現した
ものである。
この発明によれば半導体基板上に導電形が異る半導体層
が少なくとも３つ順次形成されてpnpn多層構造とされ、
その多層構造中の中間の１つの層は活性層とされる。半
導体基板と、最上部の半導体層と、その直下のこれと導
電形を異にする半導体層とにそれぞれ互いに独立な電極
が設けられる。更に半導体基板に凹部が半導体層に達す
ることなく形成され、その凹部が光信号入力端とされ
る。
が少なくとも３つ順次形成されてpnpn多層構造とされ、
その多層構造中の中間の１つの層は活性層とされる。半
導体基板と、最上部の半導体層と、その直下のこれと導
電形を異にする半導体層とにそれぞれ互いに独立な電極
が設けられる。更に半導体基板に凹部が半導体層に達す
ることなく形成され、その凹部が光信号入力端とされ
る。
活性層のバンドギャップエネルギを半導体基板及び最上
部半導体層のバンドギャップエネルギより小さくされ
る。更に活性層のバンドギャップエネルギと他の中間の
半導体層のバンドギャップエネルギとを異ならせて入力
光と出力光との波長を異ならせることができる。半導体
基板又は半導体層の一つに２次の回折格子を形成するこ
とにより、活性層から誘起された光の一部を回折格子で
反射させて再び吸収し、一層大きな出力光を得るように
することができる。活性層を含む半導体層を帯状に残
し、その両側を高抵抗の電流制限領域とし、活性層に電
流が集中して流れ、レーザ発振し易いようにすることが
できる。
部半導体層のバンドギャップエネルギより小さくされ
る。更に活性層のバンドギャップエネルギと他の中間の
半導体層のバンドギャップエネルギとを異ならせて入力
光と出力光との波長を異ならせることができる。半導体
基板又は半導体層の一つに２次の回折格子を形成するこ
とにより、活性層から誘起された光の一部を回折格子で
反射させて再び吸収し、一層大きな出力光を得るように
することができる。活性層を含む半導体層を帯状に残
し、その両側を高抵抗の電流制限領域とし、活性層に電
流が集中して流れ、レーザ発振し易いようにすることが
できる。
「実施例」 第１図はこの発明の一実施例を示す。P-InP基板１上
に、必要に応じて結晶をよいものとするためP-InPのバ
ッファ層２（厚さ３μｍ，Znドープ，５×1017cm-3）が
形成され、そのバッファ層２上に組成波長1.3μｍキャ
リア濃度1017cm-3のSnドープのｎ形InGaAsP活性層３
（厚さ0.15μｍ）が形成される。その活性層３上にn-In
Pクラッド層４（厚さ0.2μｍ，Snドープ，1017cm-3）が
形成される。そのクラッド層４上に幅1.5μｍのSiO2膜
をマスクとしたプロトン照射により、両側に高抵抗な電
流制限領域５が半導体基板１に達して形成される。
に、必要に応じて結晶をよいものとするためP-InPのバ
ッファ層２（厚さ３μｍ，Znドープ，５×1017cm-3）が
形成され、そのバッファ層２上に組成波長1.3μｍキャ
リア濃度1017cm-3のSnドープのｎ形InGaAsP活性層３
（厚さ0.15μｍ）が形成される。その活性層３上にn-In
Pクラッド層４（厚さ0.2μｍ，Snドープ，1017cm-3）が
形成される。そのクラッド層４上に幅1.5μｍのSiO2膜
をマスクとしたプロトン照射により、両側に高抵抗な電
流制限領域５が半導体基板１に達して形成される。
マスクのSiO2膜は除去され、P-InP層６（厚さ1.0μｍ，
Znドープ，５×1016cm-3）及びn-InP層７（厚さ1.0μ
ｍ，Snドープ，１×1018cm-3）が順次形成される。更に
SiO2膜をマスクとして、最上部層７と接し、これと導電
形を異にする半導体層６に達するP+領域８が例えばBeイ
オン注入により形成される。
Znドープ，５×1016cm-3）及びn-InP層７（厚さ1.0μ
ｍ，Snドープ，１×1018cm-3）が順次形成される。更に
SiO2膜をマスクとして、最上部層７と接し、これと導電
形を異にする半導体層６に達するP+領域８が例えばBeイ
オン注入により形成される。
基板１の活性層３の下部に相当する部分にバッファ層２
に達しない程度まで、エッチングにより凹部が形成さ
れ、その凹部は光信号入力端20とされる。活性層３と対
応して最上部の半導体層７上に電極10が、また半導体層
６に対する電極としてP+領域８上に電極11がそれぞれ形
成され、これら電極10，11はSiO2膜の電極分離層９によ
り互いに絶縁されている。基板１に電極12が形成され
る。結晶のへき開面により共振器長約250μｍの素子が
切り出される。
に達しない程度まで、エッチングにより凹部が形成さ
れ、その凹部は光信号入力端20とされる。活性層３と対
応して最上部の半導体層７上に電極10が、また半導体層
６に対する電極としてP+領域８上に電極11がそれぞれ形
成され、これら電極10，11はSiO2膜の電極分離層９によ
り互いに絶縁されている。基板１に電極12が形成され
る。結晶のへき開面により共振器長約250μｍの素子が
切り出される。
半導体層２，３，４，６，７は一般に、気相又は液相成
長により形成される。このようにしてpnpnの多相構造が
構成され、その中間の半導体層３が活性層とされてい
る。活性層３，クラッド層４のバンドギャップエネルギ
は基板１，バッファ層２及び半導体層７のバンドギャッ
プエネルギより小さくされ、光信号入力端20からの光信
号がなるべく吸収されることなく、活性層３へ達するよ
うにされる。この半導体レーザ装置に対し、第２図に示
すように電極10は接地され、電極11に電源21によりバイ
アス電圧Vgが与えられ、電極12に電源22により電圧Ｖが
印加される。
長により形成される。このようにしてpnpnの多相構造が
構成され、その中間の半導体層３が活性層とされてい
る。活性層３，クラッド層４のバンドギャップエネルギ
は基板１，バッファ層２及び半導体層７のバンドギャッ
プエネルギより小さくされ、光信号入力端20からの光信
号がなるべく吸収されることなく、活性層３へ達するよ
うにされる。この半導体レーザ装置に対し、第２図に示
すように電極10は接地され、電極11に電源21によりバイ
アス電圧Vgが与えられ、電極12に電源22により電圧Ｖが
印加される。
この状態においてVg＝０の場合は、電圧Ｖが印加されて
いるが、pnpn構造のため、ｎ形クラッド層４とｐ形半導
体層６との接合は逆バイアスとなり、電流は流れない。
しかし、光信号入力端20に光信号が入力されると、その
光エネルギが活性層３に達し、これにキャリアが注入さ
れ、バッファ層２，活性層３，クラッド層４−半導体層
６のp-n-p構造がトランジスタとして作用し、これに大
きな電流が流れ、更にその電流が活性層３，クラッド層
４−半導体層６−半導体層７のトランジスタとして作用
するn-p-n構造部分により増幅され、活性層３に著しく
大きな電流が流れ、活性層３から光が誘起され、この光
はバッファ層２及びクラッド層４間にとじ込められ、第
１図において紙面と直角な方向に光が伝搬してこの装置
から放射される。この場合は活性層３が光吸収層として
も作用している。つまり入力光の波長と出力光の波長は
等しく、この例では共に1.3μｍである。なお半導体層
６では光吸収は行われない。
いるが、pnpn構造のため、ｎ形クラッド層４とｐ形半導
体層６との接合は逆バイアスとなり、電流は流れない。
しかし、光信号入力端20に光信号が入力されると、その
光エネルギが活性層３に達し、これにキャリアが注入さ
れ、バッファ層２，活性層３，クラッド層４−半導体層
６のp-n-p構造がトランジスタとして作用し、これに大
きな電流が流れ、更にその電流が活性層３，クラッド層
４−半導体層６−半導体層７のトランジスタとして作用
するn-p-n構造部分により増幅され、活性層３に著しく
大きな電流が流れ、活性層３から光が誘起され、この光
はバッファ層２及びクラッド層４間にとじ込められ、第
１図において紙面と直角な方向に光が伝搬してこの装置
から放射される。この場合は活性層３が光吸収層として
も作用している。つまり入力光の波長と出力光の波長は
等しく、この例では共に1.3μｍである。なお半導体層
６では光吸収は行われない。
電圧Vgをパラメータとした時の電圧Ｖ−電流Ｉ特性は、
第３図に示したようになり、負性抵抗特性を示し、つま
り増幅特性があり、これはスイッチング特性を示し、こ
の特性はVg及び入力光強度によって支配されている。Vg
は使用する入力光強度に従い、感度が最大となるような
値を選定する。第１図に示した装置を用いる場合は1.3
μｍの光を入力光として用いる。
第３図に示したようになり、負性抵抗特性を示し、つま
り増幅特性があり、これはスイッチング特性を示し、こ
の特性はVg及び入力光強度によって支配されている。Vg
は使用する入力光強度に従い、感度が最大となるような
値を選定する。第１図に示した装置を用いる場合は1.3
μｍの光を入力光として用いる。
第４図はこの発明の装置を用いて光メモリ動作を行わせ
る際の手順例を示したものである。Vgを０とし、電極10
及び12間にＶ＝2.5V程度の電圧を印加しておくと、その
ままでは第３図の特性図より解るように電流はほとんど
流れず、従って出力光は得られない状態にある。そこへ
第４図Ａに示すように光信号入力端20より入力光パルス
を加えると、この装置はON状態に移行し、電流は100mA
程度流れ、このとき約15mW程度の出力光が実現できる
（第４図Ｂ）。この状態は次に電極11に負電圧（第４図
Ｃ）を印加するまで持続される。
る際の手順例を示したものである。Vgを０とし、電極10
及び12間にＶ＝2.5V程度の電圧を印加しておくと、その
ままでは第３図の特性図より解るように電流はほとんど
流れず、従って出力光は得られない状態にある。そこへ
第４図Ａに示すように光信号入力端20より入力光パルス
を加えると、この装置はON状態に移行し、電流は100mA
程度流れ、このとき約15mW程度の出力光が実現できる
（第４図Ｂ）。この状態は次に電極11に負電圧（第４図
Ｃ）を印加するまで持続される。
第５図はこの発明の別の実施例を示す。第１図のP-InP
層６に代えて活性層３よりもバンドギャップエネルギが
小さい、つまり組成波長の長いＰ−InGaAsP層13（厚さ
1.0μｍ，Znドープ，５×1016cm-3，組成波長1.5μｍ）
を設ける。この場合入力信号光として波長1.5μｍの光
を用いればこれがP-InGaAsP層13で光が吸収され、ON状
態において波長1.3μｍのレーザ光が出力光として得ら
れ、入出力信号間の波長変換も同時に行われる。
層６に代えて活性層３よりもバンドギャップエネルギが
小さい、つまり組成波長の長いＰ−InGaAsP層13（厚さ
1.0μｍ，Znドープ，５×1016cm-3，組成波長1.5μｍ）
を設ける。この場合入力信号光として波長1.5μｍの光
を用いればこれがP-InGaAsP層13で光が吸収され、ON状
態において波長1.3μｍのレーザ光が出力光として得ら
れ、入出力信号間の波長変換も同時に行われる。
第６図はこの発明の更に別の実施例を示す。（一部を切
欠いて示してある）。表面に２次の回折格子14（ピッチ
〜4600Å，深さ1000Å）を形成した基板１を用いて製作
した。この場合活性層３で発生した光の一部は回折格子
14で反射され、それが半導体層13に入り、この光は半導
体層13の組成波長よりも短いため、この光もこの層13で
吸収され、全体の吸収光量は、第４図に示した装置の場
合に比べて、約100倍に増加している。従って、光吸収
によって生成されるキャリア数を同じにするとすれば、
第６図の半導体層13は0.2μｍ厚に薄くすることがで
き、スイッチング時間は約1/2.5に短縮できる。
欠いて示してある）。表面に２次の回折格子14（ピッチ
〜4600Å，深さ1000Å）を形成した基板１を用いて製作
した。この場合活性層３で発生した光の一部は回折格子
14で反射され、それが半導体層13に入り、この光は半導
体層13の組成波長よりも短いため、この光もこの層13で
吸収され、全体の吸収光量は、第４図に示した装置の場
合に比べて、約100倍に増加している。従って、光吸収
によって生成されるキャリア数を同じにするとすれば、
第６図の半導体層13は0.2μｍ厚に薄くすることがで
き、スイッチング時間は約1/2.5に短縮できる。
なお、電流制限領域５は、プロトン照射によって形成す
る場合に限らず、高純度成長層や、Feドープ等による半
導体層の結晶成長でもよい。この電流制限領域５は電流
通路を狭くし、電流密度を上げてレーザ発振をし易くす
るものである。また以上の実施例は、InP系半導体材料
を用いて説明したが、GaAs系半導体材料においても適用
できることは明らかである。基板１としてはｎ形のもの
を用いてもよい。
る場合に限らず、高純度成長層や、Feドープ等による半
導体層の結晶成長でもよい。この電流制限領域５は電流
通路を狭くし、電流密度を上げてレーザ発振をし易くす
るものである。また以上の実施例は、InP系半導体材料
を用いて説明したが、GaAs系半導体材料においても適用
できることは明らかである。基板１としてはｎ形のもの
を用いてもよい。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明は基板上に半導体層を積
層することにより１つの素子で入力光信号によって出力
光信号のON−OFFができるスイッチ機能，増幅機能，波
長変換機能等を実現できるため、光スイッチあるいは光
論理回路を小形で高性能に構成するために必要な高機能
半導体レーザ装置を低価格で実現できる利点がある。
層することにより１つの素子で入力光信号によって出力
光信号のON−OFFができるスイッチ機能，増幅機能，波
長変換機能等を実現できるため、光スイッチあるいは光
論理回路を小形で高性能に構成するために必要な高機能
半導体レーザ装置を低価格で実現できる利点がある。
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はこ
の発明装置の駆動例を示す図、第３図はこの発明の半導
体レーザ装置の電圧電流特性を示す図、第４図はこの発
明の装置を光メモリ動作させる場合の入力光，出力光の
関係を示す図、第５図はこの発明の別の実施例を示す断
面図、第６図はこの発明の更に別の実施例を示す一部を
切欠いた斜視図である。 １：Ｐ−InP基板、２：Ｐ−InPバッファ層、３：ｎ−In
GaAsP活性層、４：ｎ−InPクラッド層、５：高抵抗の電
流制限領域、６：Ｐ−InP層、７：ｎ−InP層、８：P+領
域、９：SiO2膜、10：ｎ形電極、11：Ｐ形電極、12：Ｐ
形電極、13：Ｐ−InGaAsP層、14：回折格子、20：光信
号入力端。
の発明装置の駆動例を示す図、第３図はこの発明の半導
体レーザ装置の電圧電流特性を示す図、第４図はこの発
明の装置を光メモリ動作させる場合の入力光，出力光の
関係を示す図、第５図はこの発明の別の実施例を示す断
面図、第６図はこの発明の更に別の実施例を示す一部を
切欠いた斜視図である。 １：Ｐ−InP基板、２：Ｐ−InPバッファ層、３：ｎ−In
GaAsP活性層、４：ｎ−InPクラッド層、５：高抵抗の電
流制限領域、６：Ｐ−InP層、７：ｎ−InP層、８：P+領
域、９：SiO2膜、10：ｎ形電極、11：Ｐ形電極、12：Ｐ
形電極、13：Ｐ−InGaAsP層、14：回折格子、20：光信
号入力端。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に導電形が異る半導体層が少
なくとも３つ順次形成されてpnpn多層構造とされ、 この多層構造における中間層の１つは活性層とされ、 上記半導体基板，最上部の半導体層及びその最上部の半
導体層と接するこれと異る導電形の半導体層にそれぞれ
互いに独立な第１，第２及び第３電極が形成され、 上記半導体基板に上記半導体層に達しない凹部が形成さ
れて光信号入力端とされている三端子半導体レーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11994585A JPH067630B2 (ja) | 1985-06-03 | 1985-06-03 | 三端子半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11994585A JPH067630B2 (ja) | 1985-06-03 | 1985-06-03 | 三端子半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61278188A JPS61278188A (ja) | 1986-12-09 |
| JPH067630B2 true JPH067630B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=14774065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11994585A Expired - Lifetime JPH067630B2 (ja) | 1985-06-03 | 1985-06-03 | 三端子半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH067630B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08173328A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-09 | Aichi Syst Kk | 携帯用レンジ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5155560A (en) * | 1991-07-22 | 1992-10-13 | Eastman Kodak Company | Semiconductor index guided laser diode having both contacts on same surface |
-
1985
- 1985-06-03 JP JP11994585A patent/JPH067630B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08173328A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-09 | Aichi Syst Kk | 携帯用レンジ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61278188A (ja) | 1986-12-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |