JPH0728093B2 - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
- Publication number
- JPH0728093B2 JPH0728093B2 JP62044936A JP4493687A JPH0728093B2 JP H0728093 B2 JPH0728093 B2 JP H0728093B2 JP 62044936 A JP62044936 A JP 62044936A JP 4493687 A JP4493687 A JP 4493687A JP H0728093 B2 JPH0728093 B2 JP H0728093B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light emitting
- semiconductor laser
- emitting layer
- layer
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- 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
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
-
- 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
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
-
- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06209—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
- H01S5/0622—Controlling the frequency of the radiation
-
- 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
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3418—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers using transitions from higher quantum levels
-
- 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
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に素子に流す電
流の大きさを変えることにより、異なる波長のレーザ光
を発する半導体レーザ素子に関する。
流の大きさを変えることにより、異なる波長のレーザ光
を発する半導体レーザ素子に関する。
近年、光通信や光学的情報処理の分野における、半導体
レーザ素子の需要は急激に増大してきており、それに伴
って素子の機能に対する要求も多様化しつつある。発振
波長が可変な半導体レーザ素子もそのうちの一つであ
る。例えば、光カードや光デイスク等の媒体にレーザ光
を照射して情報の記録及び再生を行う場合、通常再生光
の出力を記録光よりも低くすることによって、再生光に
よる書き込みを防止している。ここで、波長可変の半導
体レーザ素子を用い、再生光の波長を媒体感度の低い領
域に設定すれば、再生光の出力をそれほど低下させるこ
となく上記書き込みを防止出来、S/N比の高い情報の再
生が可能となる。
レーザ素子の需要は急激に増大してきており、それに伴
って素子の機能に対する要求も多様化しつつある。発振
波長が可変な半導体レーザ素子もそのうちの一つであ
る。例えば、光カードや光デイスク等の媒体にレーザ光
を照射して情報の記録及び再生を行う場合、通常再生光
の出力を記録光よりも低くすることによって、再生光に
よる書き込みを防止している。ここで、波長可変の半導
体レーザ素子を用い、再生光の波長を媒体感度の低い領
域に設定すれば、再生光の出力をそれほど低下させるこ
となく上記書き込みを防止出来、S/N比の高い情報の再
生が可能となる。
上記要求に対して、従来、多重量子井戸（MQW）構造の
高次量子準位を用いた波長可変半導体レーザ素子が提案
されている。第10図は、このような従来の半導体レーザ
素子における、発光領域付近のエネルギーバンド図であ
る。ここで発光領域23は、ウエル層22とバリア層21とが
交互に積層されたMQW構造を有している。また、この発
光領域23とバリア層19の両側には、より屈折率の小さい
クラツド層20が設けられ、光導波路構造24が構成されて
いる。この半導体レーザ素子に電流を注入すると、まず
電子25は、E0で示すエネルギー準位に蓄積され、正孔26
と再結合することにより、ｎ＝０の量子準位間の光（波
長λ１）が発振する。更に注入電流を流すと、E1で示す
エネルギー準位のキヤリア密度が増し、再結合によって
ｎ＝１の量子準位間の光（波長λ２）が発振する。この
ようにして、１つの素子から異なる波長の光を得ること
が出来る。
高次量子準位を用いた波長可変半導体レーザ素子が提案
されている。第10図は、このような従来の半導体レーザ
素子における、発光領域付近のエネルギーバンド図であ
る。ここで発光領域23は、ウエル層22とバリア層21とが
交互に積層されたMQW構造を有している。また、この発
光領域23とバリア層19の両側には、より屈折率の小さい
クラツド層20が設けられ、光導波路構造24が構成されて
いる。この半導体レーザ素子に電流を注入すると、まず
電子25は、E0で示すエネルギー準位に蓄積され、正孔26
と再結合することにより、ｎ＝０の量子準位間の光（波
長λ１）が発振する。更に注入電流を流すと、E1で示す
エネルギー準位のキヤリア密度が増し、再結合によって
ｎ＝１の量子準位間の光（波長λ２）が発振する。この
ようにして、１つの素子から異なる波長の光を得ること
が出来る。
しかしながら、上記従来の波長可変半導体レーザ素子
は、以下の問題点を有していた。
は、以下の問題点を有していた。
（Ｉ）異なる波長で発振させる為には、吸収損失やミラ
ー損失を通常の半導体レーザ素子より大幅に大きくする
必要があり、素子としての効率が悪い。
ー損失を通常の半導体レーザ素子より大幅に大きくする
必要があり、素子としての効率が悪い。
（II）異なる量子準位を用いているだけなので、発振波
長の差はせいぜい数10nm程度しか得られない。
長の差はせいぜい数10nm程度しか得られない。
（III）２つ以上の準位を持つ量子井戸を形成する必要
がある為、１準位の量子井戸を用いた方が素子の特性が
向上する場合でも、その構成をとり得ない。
がある為、１準位の量子井戸を用いた方が素子の特性が
向上する場合でも、その構成をとり得ない。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、波長
可変範囲が広く、高い効率で作動する波長可変半導体レ
ーザ素子を提供することにある。
可変範囲が広く、高い効率で作動する波長可変半導体レ
ーザ素子を提供することにある。
本発明の上記目的は、異なるバンドギヤツプを有する半
導体を積層して成り、該積層体中に発光層を含む光導波
路構造を備えた半導体レーザ素子において、同一の光導
波路構造内に、互いに発振波長の異なる複数の発光層を
設けることによって達成される。
導体を積層して成り、該積層体中に発光層を含む光導波
路構造を備えた半導体レーザ素子において、同一の光導
波路構造内に、互いに発振波長の異なる複数の発光層を
設けることによって達成される。
以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明す
る。
る。
第１図は、本発明に基づく半導体レーザ素子の一実施例
の構成を示す略断面図である。図中、１はｎ型GaAs基
板、２はｎ型GaAsバツフア層、５はｎ型AlGaAsクラツド
層、４は光導波路構造部、３はｐ型AlGaAsクラツド層、
６はｐ型GaAsキヤツプ層、７及び８は電極を示す。ま
た、光導波路構造部４は、前記クラツド層５上に、順
次、ｐ型AlGaAsバリア層92、ノンドープGaAs第２発光層
12、ｐ型AlGaAsバリア層11、ノンドープAlGaAs第１発光
層10及びｐ型AlGaAsバリア層91が積層されて成る。この
素子は、通常の半導体構造法、例えば液相エピタキシー
（LPE）法、有機金属気相成長（MO−CVD）法或いは分子
線エピタキシー（MBE）法を用いて、基板１上に上記異
なるエネルギーギヤツプを有する種々の半導体層を成長
させることによって作製される。レーザ共振面は、例え
ばこのように積層された半導体をへき開することによっ
て形成される。また、電流狭窄層等、良く知られた手段
によつて、共振面と平行な方向に電流注入域を制限し、
ストライプ状の活性領域を形成しても良い。
の構成を示す略断面図である。図中、１はｎ型GaAs基
板、２はｎ型GaAsバツフア層、５はｎ型AlGaAsクラツド
層、４は光導波路構造部、３はｐ型AlGaAsクラツド層、
６はｐ型GaAsキヤツプ層、７及び８は電極を示す。ま
た、光導波路構造部４は、前記クラツド層５上に、順
次、ｐ型AlGaAsバリア層92、ノンドープGaAs第２発光層
12、ｐ型AlGaAsバリア層11、ノンドープAlGaAs第１発光
層10及びｐ型AlGaAsバリア層91が積層されて成る。この
素子は、通常の半導体構造法、例えば液相エピタキシー
（LPE）法、有機金属気相成長（MO−CVD）法或いは分子
線エピタキシー（MBE）法を用いて、基板１上に上記異
なるエネルギーギヤツプを有する種々の半導体層を成長
させることによって作製される。レーザ共振面は、例え
ばこのように積層された半導体をへき開することによっ
て形成される。また、電流狭窄層等、良く知られた手段
によつて、共振面と平行な方向に電流注入域を制限し、
ストライプ状の活性領域を形成しても良い。
第２図は、第１図示の素子の光導波路構造部４付近のエ
ネルギーバンド図である。図中、第１図と同一の部分に
は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図に示す
ように、第１発光層10は、第２発光層12に比べて狭いバ
ンドギヤツプを有する。第１図に示す電極7,8間に電流
を流すと、電子14は、第１発光層10及び第２発光層12に
注入され、まず第１発光層10中で電子14と正孔15との再
結合が生じ、波長λ１の光が誘導放出される。次に、注
入電流を増していくと、第２発光層12中でも電子14と正
孔15との再結合が生じ、波長λ２の光が誘導放出され
る。
ネルギーバンド図である。図中、第１図と同一の部分に
は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図に示す
ように、第１発光層10は、第２発光層12に比べて狭いバ
ンドギヤツプを有する。第１図に示す電極7,8間に電流
を流すと、電子14は、第１発光層10及び第２発光層12に
注入され、まず第１発光層10中で電子14と正孔15との再
結合が生じ、波長λ１の光が誘導放出される。次に、注
入電流を増していくと、第２発光層12中でも電子14と正
孔15との再結合が生じ、波長λ２の光が誘導放出され
る。
上記の如き電流−光出力特性の概略を第３図に示す。第
３図において、Ｉは電流、P1，P2はそれぞれ波長λ１，
λ２の光の出力を示す。電流Ｉを増加していくと、まず
第１のしきい値電流Ｉ＝I1tnで波長λ１の光が発振し、
続いて第２のしきい値電流Ｉ＝I2thで波長λ２の光が発
振する。
３図において、Ｉは電流、P1，P2はそれぞれ波長λ１，
λ２の光の出力を示す。電流Ｉを増加していくと、まず
第１のしきい値電流Ｉ＝I1tnで波長λ１の光が発振し、
続いて第２のしきい値電流Ｉ＝I2thで波長λ２の光が発
振する。
次に、本発明の半導体レーザ素子の動作原理を第６図を
用いて説明する。第６図は、第１図示の素子のエネルギ
ーバンドの上半分を示す図で、第２図と同一の部材には
同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。第６図にお
いて、第１図発光層10及び第２発光層12中のキヤリア密
度を各々n1及びn2、注入電流密度をｊとする。また、第
２発光層12に注入されたキヤリアが、r2の速さで自然放
出又は非発光性の再結合をし、r21の速さで第１発光層1
0に移り、残りが誘電放出で再結合するとする。更に、
第１発光層に移ったキヤリヤが、r1の速さで自然放出又
は非発光性の再結合をし、残りが誘導放出で再結合する
と考えると、このときのレート方程式は、ｅ＝１の単位
を用いて、以下のように表わされる。
用いて説明する。第６図は、第１図示の素子のエネルギ
ーバンドの上半分を示す図で、第２図と同一の部材には
同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。第６図にお
いて、第１図発光層10及び第２発光層12中のキヤリア密
度を各々n1及びn2、注入電流密度をｊとする。また、第
２発光層12に注入されたキヤリアが、r2の速さで自然放
出又は非発光性の再結合をし、r21の速さで第１発光層1
0に移り、残りが誘電放出で再結合するとする。更に、
第１発光層に移ったキヤリヤが、r1の速さで自然放出又
は非発光性の再結合をし、残りが誘導放出で再結合する
と考えると、このときのレート方程式は、ｅ＝１の単位
を用いて、以下のように表わされる。
但し、ここで は夫々波長λ１，λ２の光子エネルギー、S1，S2，は夫
々波長λ１，λ２の光のビーム幅、Γ１及びg1（n1）は
夫々波長λ１の光の第１発光層における閉じじ込め係数
及び利得、Γ２及びg2（n2）は夫々波長λ２の光の第２
発光層における閉じ込め係数及び利得、Γ′２及びｇ′
２（n1）は夫々波長λ２の光の第１発光層における閉じ
込め係数及び利得を示す。
々波長λ１，λ２の光のビーム幅、Γ１及びg1（n1）は
夫々波長λ１の光の第１発光層における閉じじ込め係数
及び利得、Γ２及びg2（n2）は夫々波長λ２の光の第２
発光層における閉じ込め係数及び利得、Γ′２及びｇ′
２（n1）は夫々波長λ２の光の第１発光層における閉じ
込め係数及び利得を示す。
上記レート方程式の定常解は、発振時のキヤリア密度の
飽和を考慮して、次の３つの領域に分けて得られる。
飽和を考慮して、次の３つの領域に分けて得られる。
（ｉ）P1＝P2＝０（ｊ＜j1th） （ii）P1＞0,P2＝０（j1thｊ＜j2th） （iii）P1＞0,P2＞０（j2th≦ｊ＜j1v） （８） n1＝n1th （10） 更に、理解を容易とするために、注入電流密度ｊに対す
るキヤリア密度の変化を第４図に示す。第１発光層内の
キヤリア密度n1は、ｊ＝j1thで飽和する。また、第２発
光層内のキヤリア密度密度n2は、ｊ＝j2thで飽和する。
尚、ここまで、n1th及びn2thが一定であるかのように議
論したが、実際は微かづつ変化する。しかし、それも考
慮に入れても、注入電流の増加に従って（ｉ）→（ii）
→（iii）と状態が変化していくとに変わりはない。
るキヤリア密度の変化を第４図に示す。第１発光層内の
キヤリア密度n1は、ｊ＝j1thで飽和する。また、第２発
光層内のキヤリア密度密度n2は、ｊ＝j2thで飽和する。
尚、ここまで、n1th及びn2thが一定であるかのように議
論したが、実際は微かづつ変化する。しかし、それも考
慮に入れても、注入電流の増加に従って（ｉ）→（ii）
→（iii）と状態が変化していくとに変わりはない。
第５図に、本発明の半導体レーザ素子のI2th＜Ｉにおけ
る利得分布を示した。17及び16は夫々第１発光層10及び
第２発光層12の光利得である。
る利得分布を示した。17及び16は夫々第１発光層10及び
第２発光層12の光利得である。
また、第１発光層10,第２発光層12或いはギヤツプ層11
の厚さや混晶比、ドープ量等を変化させることによっ
て、上記λ１，λ２，I1th，I2th等は種々の値に設定出
来る。
の厚さや混晶比、ドープ量等を変化させることによっ
て、上記λ１，λ２，I1th，I2th等は種々の値に設定出
来る。
尚、本発明の半導体レーザ素子においては、波長λ１の
光も波長λ２の光も共に光導波路構造４内で導波される
ので、これらの光はレーザ端面のほとんど同じ場所から
射出される。また、光導波路構造部４の領域の大部分が
Ｐ型にドープされているのは、正孔がクラツド層３から
注入されて、第２発光層12まで行きつくのが大変なの
で、予め、ドーピングにより充分な数の正孔を供給して
おくためである。
光も波長λ２の光も共に光導波路構造４内で導波される
ので、これらの光はレーザ端面のほとんど同じ場所から
射出される。また、光導波路構造部４の領域の大部分が
Ｐ型にドープされているのは、正孔がクラツド層３から
注入されて、第２発光層12まで行きつくのが大変なの
で、予め、ドーピングにより充分な数の正孔を供給して
おくためである。
本発明の如き波長変化の動作は無条件で起こるものでは
ない。以下にその動作条件と、素子の具体的な設計の仕
方を詳述する。
ない。以下にその動作条件と、素子の具体的な設計の仕
方を詳述する。
これを説明するための必要な式として、レーザーの発振
条件を書き下しておく。
条件を書き下しておく。
とおいたとき、 λ１の発振条件：G1＝０ （20） λ２の発振条件：G2＝０ （21） である。但し、 α１：λ１の光の損失係数 α２：λ２の光の損失係数 Ｌ :LDの共振器長 Ｒ ：共振器端面の（平均）反射率 である。これを用いて、（22）式以下の式が導かれる。
（ａ）n1thとj1thの表式 n1thとj1thは、（４），（18），（20）式より、次のよ
うに求められる。即ち、 の解としてn1thが求まり、 によりj1thが求まる。
うに求められる。即ち、 の解としてn1thが求まり、 によりj1thが求まる。
（ｂ）λ１が先に発振する条件（波長可変レーザーとし
ての動作条件）（３），（19），（21）式より、次式が
条件になることがわかる。
ての動作条件）（３），（19），（21）式より、次式が
条件になることがわかる。
（ｃ）n2thとj2thの表式 （５），（６），（19），（21）式より、 の解としてn2thが求まり、 j2th＝L2（r21＋r2）n2th （26） により、j2thが求まる。
g1（n1），g2（n2）の函数形は、活性層の構造に依存す
るが、「半導体レーザーと光集積回路」（末松編著，オ
ーム社,1984）や、「Heterostructure Lasers」（Casey
and Panish著,Academic,1978）等に書かれている方法
を用いることにより、どんな構造のときに、どんな函数
形になるかどうかを、容易に計算または実測することが
できる。λ１，λ２，r1，r2，r21，Γ１，Γ２，
Γ２′，α１，α２についても同様である。そのように
して得られた結果を、上記（22）式以下の式に代入する
ことにより、所望の特性を持たせるための条件が得られ
る。
るが、「半導体レーザーと光集積回路」（末松編著，オ
ーム社,1984）や、「Heterostructure Lasers」（Casey
and Panish著,Academic,1978）等に書かれている方法
を用いることにより、どんな構造のときに、どんな函数
形になるかどうかを、容易に計算または実測することが
できる。λ１，λ２，r1，r2，r21，Γ１，Γ２，
Γ２′，α１，α２についても同様である。そのように
して得られた結果を、上記（22）式以下の式に代入する
ことにより、所望の特性を持たせるための条件が得られ
る。
即ち、第２図の各領域でのｘの値や、厚さ（L1，L2，
LB，LG等）等のいくつかの組合せについて、まず、上述
の方法で、g1（n1），g2（n2），λ１，λ２…等を求め
る。その結果を、（22）式以下の式に代入して、波長可
変レーザとして動作するかどうか（24）式を満たすかど
うか）とか、j1th，j2thの値が求まる。そうすれば、ｘ
やL1，L2…等を、どの値にしたときに、所望の特性をも
つ波長可変レーザになるかどうかがわかるわけである。
それがわかれば、MBE法,MOCVD法やLPE法等を用いて、通
常の半導体レーザーを作成するのと同様の方法で、容易
に作成できる。
LB，LG等）等のいくつかの組合せについて、まず、上述
の方法で、g1（n1），g2（n2），λ１，λ２…等を求め
る。その結果を、（22）式以下の式に代入して、波長可
変レーザとして動作するかどうか（24）式を満たすかど
うか）とか、j1th，j2thの値が求まる。そうすれば、ｘ
やL1，L2…等を、どの値にしたときに、所望の特性をも
つ波長可変レーザになるかどうかがわかるわけである。
それがわかれば、MBE法,MOCVD法やLPE法等を用いて、通
常の半導体レーザーを作成するのと同様の方法で、容易
に作成できる。
一例として、j1thの大きさを制御する方法を、さらに具
体的に書くと、j1thを小さくするには、（23）式より、
L1を小さくしても良いし、r21を大きくしてもよい。r21
を大きくするには、バリア層11と第２発光層12とのバン
ドギヤツプの差を小さくしてもよいし、バリア層の幅LB
を小さくしてもよい。また、光導波路構造部の幅LGを変
えてΓ１を大きくしても、j1thを小さくすることができ
る。他方、j1thを大きくするには、上記と逆のことを行
えばよい。
体的に書くと、j1thを小さくするには、（23）式より、
L1を小さくしても良いし、r21を大きくしてもよい。r21
を大きくするには、バリア層11と第２発光層12とのバン
ドギヤツプの差を小さくしてもよいし、バリア層の幅LB
を小さくしてもよい。また、光導波路構造部の幅LGを変
えてΓ１を大きくしても、j1thを小さくすることができ
る。他方、j1thを大きくするには、上記と逆のことを行
えばよい。
以下に本発明の更に具体的な実施例を示す。
〈実施例１〉 分子線エピタキシー法を用い、第１図に示す構造の半導
体レーザ素子を作製した。まず、ｎ型GaAs基板１上に、
バツフア層２としてｎ型GaAsを１μｍ、クラツド層５と
してｎ型（不純物濃度５×1017cm-3）Al0.7Ga0.3Asを２
μｍの厚さに成長させた。次に、このクラツド層５上
に、順次バリア層92，第２発光層12,バリア層11,第１発
光層10,バリア層91を成長させた。各々の組成は、第１
発光層10がノンドープGaAs、第２発光層12がノンドープ
Al0.1Ga0.9As、バリア層91,11及び92がｐ型（不純物農
度３×1018cm-3）Al0.3Ga0.7Asとした。また各層の厚さ
は第２図の表記でL1＝200Å，L2＝200Å，LB＝80Å，LG
＝0.1μｍとした。更にバリア層91の上に、クラツド層
３としてｐ型（不純物濃度１×1018cm-3）Al0.7Ga0.3As
を1.5μｍ、キヤツプ層６としてｐ型GaAsを0.5μｍの厚
さに成長した。キヤツプ層６とクラツド層３の一部をバ
リア層91近くまでエツチングし、ストライプ状の凸状領
域を形成した後、誘電体層でマスキングして、エツチン
グされていないキヤツプ層６の上部のみに接触するよ
う、電極８を蒸着した。更に基板１の底面にも電極７を
蒸着した。この積層体をへき開し、レーザ共振面を有す
る半導体レーザ素子を作製した。
体レーザ素子を作製した。まず、ｎ型GaAs基板１上に、
バツフア層２としてｎ型GaAsを１μｍ、クラツド層５と
してｎ型（不純物濃度５×1017cm-3）Al0.7Ga0.3Asを２
μｍの厚さに成長させた。次に、このクラツド層５上
に、順次バリア層92，第２発光層12,バリア層11,第１発
光層10,バリア層91を成長させた。各々の組成は、第１
発光層10がノンドープGaAs、第２発光層12がノンドープ
Al0.1Ga0.9As、バリア層91,11及び92がｐ型（不純物農
度３×1018cm-3）Al0.3Ga0.7Asとした。また各層の厚さ
は第２図の表記でL1＝200Å，L2＝200Å，LB＝80Å，LG
＝0.1μｍとした。更にバリア層91の上に、クラツド層
３としてｐ型（不純物濃度１×1018cm-3）Al0.7Ga0.3As
を1.5μｍ、キヤツプ層６としてｐ型GaAsを0.5μｍの厚
さに成長した。キヤツプ層６とクラツド層３の一部をバ
リア層91近くまでエツチングし、ストライプ状の凸状領
域を形成した後、誘電体層でマスキングして、エツチン
グされていないキヤツプ層６の上部のみに接触するよ
う、電極８を蒸着した。更に基板１の底面にも電極７を
蒸着した。この積層体をへき開し、レーザ共振面を有す
る半導体レーザ素子を作製した。
この素子に、電流を徐々に増加させながら注入したとこ
ろ、110mAで波長870nmのレーザ光が出射し、120mAでそ
れに加えて波長800nmのレーザ光が出射した。
ろ、110mAで波長870nmのレーザ光が出射し、120mAでそ
れに加えて波長800nmのレーザ光が出射した。
本発明は以上説明した実施例に限らず種々の応用が可能
である。例えば、第７図或いは第８図に示すように、第
１発光層101，102及び第２発光層121，122を各々複数設
けることによって、光出力を増大させても良いし、第９
図のように、波長λ３の光を発する第３発光層18を設け
て３波長のレーザとしても良い。また、同様にして４波
長以上のレーザを構成することも出来る。更に、前述の
実施例ではAlGaAs系の半導体レーザ素子を示したが、本
発明はInGaAsP系等、どのような材料のレーザにも適用
が可能である。尚、第７図〜第９図において、111，1
12，113はバリア層を示し、その他第２図と同一の部分
には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
である。例えば、第７図或いは第８図に示すように、第
１発光層101，102及び第２発光層121，122を各々複数設
けることによって、光出力を増大させても良いし、第９
図のように、波長λ３の光を発する第３発光層18を設け
て３波長のレーザとしても良い。また、同様にして４波
長以上のレーザを構成することも出来る。更に、前述の
実施例ではAlGaAs系の半導体レーザ素子を示したが、本
発明はInGaAsP系等、どのような材料のレーザにも適用
が可能である。尚、第７図〜第９図において、111，1
12，113はバリア層を示し、その他第２図と同一の部分
には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以上説明したように、本発明の半導体レーザ素子は、従
来の可変波長半導体レーザ素子に比べ、波長可変範囲を
広げ、発光効率を向上させる効果を有する。
来の可変波長半導体レーザ素子に比べ、波長可変範囲を
広げ、発光効率を向上させる効果を有する。
第１図は本発明の半導体レーザ素子の一実施例を示す略
断面図、第２図は第１図示の素子のエネルギーバンド
図、第３図は第１図示の素子における電流−光出力特性
を示す図、第４図は第１図示の素子における注入電流密
度に対する発光層内のキヤリア密度の変化を示す図、第
５図は第１図示の素子における光利得特性を示す図、第
６図は第１図示の素子の動作原理を説明する為のエネル
ギーバンド図、第７図乃至第９図は夫々本発明の変形例
を示すエネルギーバンド図、第10図は従来の波長可変半
導体レーザ素子を示すエネルギーバンド図である。 １……基板 ２……バツフア層 3,5……クラツド層 ４……光導波路構造部 ６……キヤツプ層 7,8……電極 91，92,11……バリア層 10……第１発光層 12……第２発光層
断面図、第２図は第１図示の素子のエネルギーバンド
図、第３図は第１図示の素子における電流−光出力特性
を示す図、第４図は第１図示の素子における注入電流密
度に対する発光層内のキヤリア密度の変化を示す図、第
５図は第１図示の素子における光利得特性を示す図、第
６図は第１図示の素子の動作原理を説明する為のエネル
ギーバンド図、第７図乃至第９図は夫々本発明の変形例
を示すエネルギーバンド図、第10図は従来の波長可変半
導体レーザ素子を示すエネルギーバンド図である。 １……基板 ２……バツフア層 3,5……クラツド層 ４……光導波路構造部 ６……キヤツプ層 7,8……電極 91，92,11……バリア層 10……第１発光層 12……第２発光層
Claims (1)
- 【請求項１】異なるバンドギヤツプを有する半導体を積
層して成り、該積層体中に発光層を含む光導波路構造を
備えた半導体レーザ素子において、 前記同一の光導波路構造内に、互いに発振波長の異なる
複数の発光層を設けたことを特徴とする半導体レーザ素
子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62044936A JPH0728093B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 半導体レ−ザ素子 |
| EP88102756A EP0280281B1 (en) | 1987-02-27 | 1988-02-24 | Variable oscillation wavelength semiconductor laser device |
| DE3850139T DE3850139T2 (de) | 1987-02-27 | 1988-02-24 | Halbleiterlaser mit variabler Oszillationswellenlänge. |
| US07/511,921 US4982408A (en) | 1987-02-27 | 1990-04-16 | Variable oscillation wavelength semiconduction laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62044936A JPH0728093B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63211786A JPS63211786A (ja) | 1988-09-02 |
| JPH0728093B2 true JPH0728093B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=12705365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62044936A Expired - Lifetime JPH0728093B2 (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0728093B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2645871B2 (ja) * | 1988-10-20 | 1997-08-25 | キヤノン株式会社 | 多波長半導体レーザ装置 |
| JP2624310B2 (ja) * | 1988-09-28 | 1997-06-25 | キヤノン株式会社 | 多波長半導体レーザ装置 |
| FR2760574B1 (fr) * | 1997-03-04 | 1999-05-28 | Thomson Csf | Laser unipolaire multi-longueurs d'ondes |
-
1987
- 1987-02-27 JP JP62044936A patent/JPH0728093B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63211786A (ja) | 1988-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4982408A (en) | Variable oscillation wavelength semiconduction laser device | |
| JPH05243669A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP3189791B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH07263798A (ja) | 半導体レーザ，及びその製造方法 | |
| JPH05102604A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH0856045A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2882335B2 (ja) | 光半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2003142773A (ja) | 半導体発光装置 | |
| JPH0728093B2 (ja) | 半導体レ−ザ素子 | |
| JP3645320B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2679974B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH0728094B2 (ja) | 半導体レ−ザ素子 | |
| JP2723924B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| US20040136427A1 (en) | Semiconductor optical device | |
| JPH09237933A (ja) | 半導体レーザ，及びその製造方法 | |
| JP2748570B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH0671121B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH09298335A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP2636071B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP3792434B2 (ja) | 自励発振型半導体レーザ | |
| JP2973215B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP3820826B2 (ja) | 半導体発光装置および半導体装置の製造方法 | |
| JPH10163561A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP3189900B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH05136528A (ja) | 半導体レーザ素子及びその駆動方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |