JPH08146364A - 半導体レーザおよびその作動方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその作動方法Info
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- JPH08146364A JPH08146364A JP28188894A JP28188894A JPH08146364A JP H08146364 A JPH08146364 A JP H08146364A JP 28188894 A JP28188894 A JP 28188894A JP 28188894 A JP28188894 A JP 28188894A JP H08146364 A JPH08146364 A JP H08146364A
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- semiconductor laser
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- saturable absorber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 外部から光パルスを入射させて、レーザ発振
をオンからオフにしたり、または高速で動作させること
ができる半導体レーザおよびその作動方法を提供するこ
と。 【構成】 光導波路活性層１９は利得体層１７と可飽和
吸収体層１５ａとから構成されている。利得体層１７は
モードに依存していないが、可飽和吸収体層１５ａはモ
ードに依存している。また、２つの上側電極２５（２５
ａ、２５ｂ）が、キャップ層２３上に設けられている。
そして、半導体レーザを作動する場合、利得体層用電極
２５ａに印加する電流値を変化させる。一方、可飽和吸
収体層用電極２５ｂは、解放モードまたは電流を流出す
るモードとして用い、可飽和吸収体層１５ａの吸収率を
調整する。
をオンからオフにしたり、または高速で動作させること
ができる半導体レーザおよびその作動方法を提供するこ
と。 【構成】 光導波路活性層１９は利得体層１７と可飽和
吸収体層１５ａとから構成されている。利得体層１７は
モードに依存していないが、可飽和吸収体層１５ａはモ
ードに依存している。また、２つの上側電極２５（２５
ａ、２５ｂ）が、キャップ層２３上に設けられている。
そして、半導体レーザを作動する場合、利得体層用電極
２５ａに印加する電流値を変化させる。一方、可飽和吸
収体層用電極２５ｂは、解放モードまたは電流を流出す
るモードとして用い、可飽和吸収体層１５ａの吸収率を
調整する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザーおよ
びその作動方法に関する。
びその作動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、可飽和吸収体層を光導波路活性層
内に有する半導体レーザでは、その出力は可飽和吸収体
層の飽和度に依存している。そして、この半導体レーザ
は、オン（レーザ発振）とオフ（レーザ非発振）の２値
を用いる光デバイスとして、提案もしくは製造、実験さ
れていた。この種の半導体レーザとして、例えば、文献
１：「H. Kawaguchi and G. Iwane, "Bistable operati
on in semiconductor lasers with inhomogeneous exit
ation", Electron. lett., vol.17, pp.17, 1981」 に開
示されているものがある。
内に有する半導体レーザでは、その出力は可飽和吸収体
層の飽和度に依存している。そして、この半導体レーザ
は、オン（レーザ発振）とオフ（レーザ非発振）の２値
を用いる光デバイスとして、提案もしくは製造、実験さ
れていた。この種の半導体レーザとして、例えば、文献
１：「H. Kawaguchi and G. Iwane, "Bistable operati
on in semiconductor lasers with inhomogeneous exit
ation", Electron. lett., vol.17, pp.17, 1981」 に開
示されているものがある。
【０００３】結晶の劈開により得られる半導体レーザの
光導波路活性層内の一部に、励起電流の流れない領域を
電極を分割して形成する。この領域の形成は、半導体レ
ーザに電極を分割して設けることにより、達成できるこ
とは知られている。そして、このような励起電流の流れ
ない活性層領域が可飽和吸収体層として作用する。
光導波路活性層内の一部に、励起電流の流れない領域を
電極を分割して形成する。この領域の形成は、半導体レ
ーザに電極を分割して設けることにより、達成できるこ
とは知られている。そして、このような励起電流の流れ
ない活性層領域が可飽和吸収体層として作用する。
【０００４】このような活性層を有する半導体レーザに
励起電流を流すと、電流の流れる部分（利得部）では、
利得を十分もつようになる。しかし、自然光パワーが低
い場合には、吸収層による光の損失が大きくなるため、
光導波路活性層全体での利得は、マイナスとなり、レー
ザ発振が起こらない。
励起電流を流すと、電流の流れる部分（利得部）では、
利得を十分もつようになる。しかし、自然光パワーが低
い場合には、吸収層による光の損失が大きくなるため、
光導波路活性層全体での利得は、マイナスとなり、レー
ザ発振が起こらない。
【０００５】しかし、電流をさらに、ある電流値、例え
ばＩth2 まで大きくすると、自然光パワーが大きくな
る。その結果、吸収層での光の損失が飽和により低下す
るので全体の利得がプラスになり発振を開始し、正帰還
作用により急激にレーザ光出力が増大する。
ばＩth2 まで大きくすると、自然光パワーが大きくな
る。その結果、吸収層での光の損失が飽和により低下す
るので全体の利得がプラスになり発振を開始し、正帰還
作用により急激にレーザ光出力が増大する。
【０００６】その後、電流をＩth2 より小さくしていっ
ても、すでにレーザ発振が起きているため、別のある電
流値、例えばＩth1 （＜Ｉth2 ）までは、依然として吸
収層での光の損出は飽和している。そのため、利得はプ
ラスであり、レーザ発振を継続し、光出力は高いままで
ある。
ても、すでにレーザ発振が起きているため、別のある電
流値、例えばＩth1 （＜Ｉth2 ）までは、依然として吸
収層での光の損出は飽和している。そのため、利得はプ
ラスであり、レーザ発振を継続し、光出力は高いままで
ある。
【０００７】このようにして、光強度と電流との間の関
係特性においてヒステリシスを持つことになる。また、
電流Ｉを、Ｉth1 ＜Ｉ＜Ｉth2 とすると、外部から光パ
ルスを入射させて、レーザ発振をオフからオンにするこ
とも知られている。
係特性においてヒステリシスを持つことになる。また、
電流Ｉを、Ｉth1 ＜Ｉ＜Ｉth2 とすると、外部から光パ
ルスを入射させて、レーザ発振をオフからオンにするこ
とも知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可飽和
吸収体層を光導波路活性層内に有する従来の半導体レー
ザでは、外部から光パルスを入射させて、レーザ発振を
オンからオフにすることは原理的に難しい。また、スイ
ッチング速度も、可飽和吸収体層内でのキャリアの緩和
時定数（〜１ｎｓ）で、制約されるため、１ギガビット
／秒（Ｇｂ／ｓ）以上の速さで、動作させることは難し
かった。
吸収体層を光導波路活性層内に有する従来の半導体レー
ザでは、外部から光パルスを入射させて、レーザ発振を
オンからオフにすることは原理的に難しい。また、スイ
ッチング速度も、可飽和吸収体層内でのキャリアの緩和
時定数（〜１ｎｓ）で、制約されるため、１ギガビット
／秒（Ｇｂ／ｓ）以上の速さで、動作させることは難し
かった。
【０００９】従って、外部から光パルスを入射させて、
レーザ発振をオンからオフにしたり、または高速で動作
させることができる半導体レーザおよびその作動方法の
出現が望まれていた。
レーザ発振をオンからオフにしたり、または高速で動作
させることができる半導体レーザおよびその作動方法の
出現が望まれていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このように、外部から光
パルスを入射させて、レーザ発振をオンからオフにした
り、または高速で動作させることができる半導体レーザ
とするため、この発明では、半導体レーザの構成を次の
ようにする。先ず、この半導体レーザは、利得体層と可
飽和吸収体層とから構成される光導波路活性層と、利得
体層および可飽和吸収体層に、独立に電流を印加できる
個別の電極とを具えている。そして、利得体層はモード
無依存であり、可飽和吸収体層はモード依存性である。
このような構成の半導体レーザは、モード間結合を利用
した多モード半導体レーザである。
パルスを入射させて、レーザ発振をオンからオフにした
り、または高速で動作させることができる半導体レーザ
とするため、この発明では、半導体レーザの構成を次の
ようにする。先ず、この半導体レーザは、利得体層と可
飽和吸収体層とから構成される光導波路活性層と、利得
体層および可飽和吸収体層に、独立に電流を印加できる
個別の電極とを具えている。そして、利得体層はモード
無依存であり、可飽和吸収体層はモード依存性である。
このような構成の半導体レーザは、モード間結合を利用
した多モード半導体レーザである。
【００１１】この発明の好適実施例では、利得体層をバ
ルク層を以って構成し、可飽和吸収体層を多層量子井戸
層を以って構成するのが良い。多重量子井戸層は井戸面
に平行な偏波面をもつ光に対する吸収係数が、垂直な偏
波面をもつ光の吸収係数よりも著しく大きい偏波依存性
の物質として知られている。
ルク層を以って構成し、可飽和吸収体層を多層量子井戸
層を以って構成するのが良い。多重量子井戸層は井戸面
に平行な偏波面をもつ光に対する吸収係数が、垂直な偏
波面をもつ光の吸収係数よりも著しく大きい偏波依存性
の物質として知られている。
【００１２】また、この発明の半導体レーザの作動方法
によれば、半導体レーザを作動させるにあたり、半導体
レーザの動作時に、光導波路活性層からの出射光がモー
ド間双安定現象に起因して有するいずれか一方のモード
を強制的に他方のモードに交互に切り換えることによっ
て、出射光モードを制御して、半導体レーザを光Ｒ−Ｓ
フリップフロップ作動させることを特徴とする。
によれば、半導体レーザを作動させるにあたり、半導体
レーザの動作時に、光導波路活性層からの出射光がモー
ド間双安定現象に起因して有するいずれか一方のモード
を強制的に他方のモードに交互に切り換えることによっ
て、出射光モードを制御して、半導体レーザを光Ｒ−Ｓ
フリップフロップ作動させることを特徴とする。
【００１３】この発明の好適実施例では、強制的なモー
ド切換を利得体層および可飽和吸収体層に印加するそれ
ぞれの電流を個別に制御して行うのが良い。
ド切換を利得体層および可飽和吸収体層に印加するそれ
ぞれの電流を個別に制御して行うのが良い。
【００１４】また、この発明の好適実施例では、強制的
なモード切換を光導波路活性層に、光導波路活性層から
既に出射している光のモードと異なるモードの光パルス
を外部から入射させて行うのが良い。
なモード切換を光導波路活性層に、光導波路活性層から
既に出射している光のモードと異なるモードの光パルス
を外部から入射させて行うのが良い。
【００１５】さらに、この発明の好適実施例では、半導
体レーザを光Ｒ−Ｓフリップフロップ作動させるにあた
り、出射光モードを検波するモードフィルタを用いて、
出射光モードの変換を、光の強度の変換に変えることが
可能である。つまり、出射光モードの光の強度への変換
が可能である。
体レーザを光Ｒ−Ｓフリップフロップ作動させるにあた
り、出射光モードを検波するモードフィルタを用いて、
出射光モードの変換を、光の強度の変換に変えることが
可能である。つまり、出射光モードの光の強度への変換
が可能である。
【００１６】
【作用】一般に、２つのモードの光が競合する半導体レ
ーザにおける各モードの光強度は、次の（１）式および
（２）式のように表され、両モード間の結合状態は文献
２：「Siegman, "Lasers", University Science Books,
1986」にも開示されているように図７の（Ａ）および
（Ｂ）に示される関係にあることが知られている。 ｄＩ1 ／ｄｔ＝（ｇ1 −β1 Ｉ1 −θ12Ｉ2 ）Ｉ1 （１） ｄＩ2 ／ｄｔ＝（ｇ2 −β2 Ｉ2 −θ21Ｉ1 ）Ｉ2 （２） ここで、Ｉ1 、Ｉ2 はモード１、２の光強度、ｇ1 、ｇ
2 はモード１、２の利得係数、β1 、β2 はモード１、
２の自己利得飽和係数、θ12、θ21はモード１、２の相
互利得飽和係数である。
ーザにおける各モードの光強度は、次の（１）式および
（２）式のように表され、両モード間の結合状態は文献
２：「Siegman, "Lasers", University Science Books,
1986」にも開示されているように図７の（Ａ）および
（Ｂ）に示される関係にあることが知られている。 ｄＩ1 ／ｄｔ＝（ｇ1 −β1 Ｉ1 −θ12Ｉ2 ）Ｉ1 （１） ｄＩ2 ／ｄｔ＝（ｇ2 −β2 Ｉ2 −θ21Ｉ1 ）Ｉ2 （２） ここで、Ｉ1 、Ｉ2 はモード１、２の光強度、ｇ1 、ｇ
2 はモード１、２の利得係数、β1 、β2 はモード１、
２の自己利得飽和係数、θ12、θ21はモード１、２の相
互利得飽和係数である。
【００１７】ここで、図７（Ａ）および（Ｂ）は、フェ
ーズダイアグラムであり横軸にモード１の光強度をと
り、縦軸にモード２の光強度をとって示してある。そし
て、Ｄ＝θ12θ21／β1 β2 としたとき、Ｄ＜１の場合
（弱結合の場合）（図７（Ａ））と、Ｄ＞１の場合（強
結合の場合）（図７（Ｂ））のそれぞれの場合での、モ
ード１とモード２の光強度が結合状態によりどのように
システム安定点に収斂するかを示している。図７（Ａ）
および（Ｂ）中、Ｏ、Ｏ1 、Ｏ2 は式（１）および
（２）が零の場合の動作点、つまりシステム静的解を示
している。しかし、これらの３点の中で、どの点が動的
に安定であるかは強結合と弱結合の場合で異なってく
る。図中に示す矢印の曲線が向かう点が動的安定点とな
り、実際に動作点として実現しうる状態である。
ーズダイアグラムであり横軸にモード１の光強度をと
り、縦軸にモード２の光強度をとって示してある。そし
て、Ｄ＝θ12θ21／β1 β2 としたとき、Ｄ＜１の場合
（弱結合の場合）（図７（Ａ））と、Ｄ＞１の場合（強
結合の場合）（図７（Ｂ））のそれぞれの場合での、モ
ード１とモード２の光強度が結合状態によりどのように
システム安定点に収斂するかを示している。図７（Ａ）
および（Ｂ）中、Ｏ、Ｏ1 、Ｏ2 は式（１）および
（２）が零の場合の動作点、つまりシステム静的解を示
している。しかし、これらの３点の中で、どの点が動的
に安定であるかは強結合と弱結合の場合で異なってく
る。図中に示す矢印の曲線が向かう点が動的安定点とな
り、実際に動作点として実現しうる状態である。
【００１８】図７（Ａ）から理解できるように、Ｄ＜１
の場合、つまり弱結合の場合には、Ｏ点に収束し、この
ため、両モードの光が光強度をもつ状態のみ安定であ
る。この場合、２モード発振となる。
の場合、つまり弱結合の場合には、Ｏ点に収束し、この
ため、両モードの光が光強度をもつ状態のみ安定であ
る。この場合、２モード発振となる。
【００１９】また、図７（Ｂ）から理解できるように、
Ｄ＞１の場合、つまり強結合の場合には、Ｏ1 点または
Ｏ2 点に収束し、このため、一つのモードの光だけが排
他的に光強度をもつ状態のみ安定である。
Ｄ＞１の場合、つまり強結合の場合には、Ｏ1 点または
Ｏ2 点に収束し、このため、一つのモードの光だけが排
他的に光強度をもつ状態のみ安定である。
【００２０】通常の多モード半導体レーザでは、例え
ば、２つのモード間は弱結合であるため、一般に、多モ
ード発振することが多い。これに対し、本発明では、モ
ード依存可飽和吸収体により強結合を実現した。このこ
とについて、以下に説明する。
ば、２つのモード間は弱結合であるため、一般に、多モ
ード発振することが多い。これに対し、本発明では、モ
ード依存可飽和吸収体により強結合を実現した。このこ
とについて、以下に説明する。
【００２１】光導波路活性層が利得体層と可飽和吸収体
層とから構成されている半導体レーザにおける各モード
の光強度は、次のように表される（文献２参照）。
層とから構成されている半導体レーザにおける各モード
の光強度は、次のように表される（文献２参照）。
【００２２】 ｄＩ1 ／ｄｔ＝｛（ｇ1 −β1 Ｉ1 −θ12Ｉ2 ）−ｐＮ／（１＋ｐＩ1 ＋ｑＩ2 ）｝Ｉ1 （３） ｄＩ2 ／ｄｔ＝｛（ｇ2 −β2 Ｉ2 −θ21Ｉ1 ）−ｑＮ／（１＋ｐＩ1 ＋ｑＩ2 ）｝Ｉ2 （４） ここで、ｐ、ｑはモード１、２の吸収飽和能力を示す。
Ｎは可飽和吸収体内部の励起状態指数を示す。また、ｐ
Ｎ、ｑＮはモード１，２に対する可飽和吸収体層の非飽
和時吸収率を与え、ｐ，ｑが大きいほど、そのモードの
光により可飽和吸収体は飽和し易い。
Ｎは可飽和吸収体内部の励起状態指数を示す。また、ｐ
Ｎ、ｑＮはモード１，２に対する可飽和吸収体層の非飽
和時吸収率を与え、ｐ，ｑが大きいほど、そのモードの
光により可飽和吸収体は飽和し易い。
【００２３】（３）、（４）式内の第４項、つまり、−
ｐＮ／（１＋ｐＩ1 ＋ｑＩ2 ）および−ｑＮ／（１＋ｐ
Ｉ1 ＋ｑＩ2 ）が可飽和吸収体層の効果を表している。
モード１、２の光強度Ｉ1 、Ｉ2 が大きくなると、この
項は小さくなり、光の損失が減少する。（３）、（４）
式内の第４項を線形化すると（３）、（４）は次のよう
に近似できる。
ｐＮ／（１＋ｐＩ1 ＋ｑＩ2 ）および−ｑＮ／（１＋ｐ
Ｉ1 ＋ｑＩ2 ）が可飽和吸収体層の効果を表している。
モード１、２の光強度Ｉ1 、Ｉ2 が大きくなると、この
項は小さくなり、光の損失が減少する。（３）、（４）
式内の第４項を線形化すると（３）、（４）は次のよう
に近似できる。
【００２４】 ｄＩ1 ／ｄｔ＝｛ｇ1 −β1 Ｉ1 −θ12Ｉ2 −ｐＮ＋ｐ2 ＮＩ1 ＋ｐｑＮＩ2 ｝Ｉ1 ＝｛（ｇ1 −ｐＮ）−（β1 −ｐ2 Ｎ）Ｉ1 −（θ12−ｐｑＮ）Ｉ2 ｝Ｉ1 （５） ｄＩ2 ／ｄｔ＝｛ｇ2 −β2 Ｉ2 −θ21Ｉ1 −ｑＮ＋ｐｑＮＩ1 ＋ｑ2 ＮＩ2 ｝Ｉ2 ＝｛（ｇ2 −ｑＮ）−（β2 −ｑ2 Ｎ）Ｉ2 −（θ21−ｐｑＮ）Ｉ1 ｝Ｉ2 （６） （５）または（６）式において、（ｇ1 −ｐＮ）、（ｇ
2 −ｑＮ）、（β1 −ｐ2 Ｎ）、（β2 −ｑ2 Ｎ）、
（θ12−ｐｑＮ）、（θ21−ｐｑＮ）をＧ1 、Ｇ 2 、Ｂ
1 、Ｂ2 、Θ12、Θ21と置き換えると（５）、（６）式
は次のように表される。
2 −ｑＮ）、（β1 −ｐ2 Ｎ）、（β2 −ｑ2 Ｎ）、
（θ12−ｐｑＮ）、（θ21−ｐｑＮ）をＧ1 、Ｇ 2 、Ｂ
1 、Ｂ2 、Θ12、Θ21と置き換えると（５）、（６）式
は次のように表される。
【００２５】 ｄＩ1 ／ｄｔ＝｛Ｇ1 −Ｂ1 Ｉ1 −Θ12Ｉ2 ｝Ｉ1 （７） ｄＩ2 ／ｄｔ＝｛Ｇ2 −Ｂ2 Ｉ2 −Θ21Ｉ1 ｝Ｉ2 （８） ここで、Ｇ1 、Ｇ2 、Ｂ1 、Ｂ2 、Θ12、Θ21＞０の条
件で、ｄ＝Θ12Θ21／Ｂ1 Ｂ2 とすると、モード１とモ
ード２の結合状態はｄ＜１のとき弱結合となり、ｄ＞１
のとき強結合となる。
件で、ｄ＝Θ12Θ21／Ｂ1 Ｂ2 とすると、モード１とモ
ード２の結合状態はｄ＜１のとき弱結合となり、ｄ＞１
のとき強結合となる。
【００２６】可飽和吸収体層がモード依存性である場
合、ｄ＞１とすることが可能で、２つのモード間は強結
合となる。このため、一つのモードの光だけが排他的に
光強度をもつ双安定状態になる。
合、ｄ＞１とすることが可能で、２つのモード間は強結
合となる。このため、一つのモードの光だけが排他的に
光強度をもつ双安定状態になる。
【００２７】例えば、β1 ＝β2 ＝θ12＝θ21＝κ、Ｎ
＝１とすると、光導波路活性層が利得体のみで構成され
ている半導体レーザでは、θ12θ21−β1 β2 ＝０、つ
まりＤ＝１となり、２つのモード間の結合は強結合では
ない。一方、光導波路活性層が利得体層と可飽和吸収体
層とから構成されている半導体レーザでは、Θ12Θ21−
Ｂ1 Ｂ2 ＝κＮ（ｐ−ｑ）2 ≧０、つまりｄ≧１とな
り、ｐとｑとが等しくない場合、２つのモード間の結合
は強結合となる。ｐとｑとが等しくないということは、
モード依存性の可飽和吸収体層を光導波路活性層の構成
要素とする場合に実現される。
＝１とすると、光導波路活性層が利得体のみで構成され
ている半導体レーザでは、θ12θ21−β1 β2 ＝０、つ
まりＤ＝１となり、２つのモード間の結合は強結合では
ない。一方、光導波路活性層が利得体層と可飽和吸収体
層とから構成されている半導体レーザでは、Θ12Θ21−
Ｂ1 Ｂ2 ＝κＮ（ｐ−ｑ）2 ≧０、つまりｄ≧１とな
り、ｐとｑとが等しくない場合、２つのモード間の結合
は強結合となる。ｐとｑとが等しくないということは、
モード依存性の可飽和吸収体層を光導波路活性層の構成
要素とする場合に実現される。
【００２８】ここでは、θ12θ21−β1 β2 ＝０の場合
について説明したが、θ12θ21−β1 β2 ＜０、つまり
Ｄ＜１の場合にも、ｐがｑに比べて無視できるほど小さ
い場合、またはｑがｐに比べて無視できるほど小さい場
合、つまりモード依存性をもつようにｐとｑとを適切に
決めることにより、Θ12Θ21−Ｂ1 Ｂ2 ＞０、つまりｄ
＞１が可能であることが示せる。
について説明したが、θ12θ21−β1 β2 ＜０、つまり
Ｄ＜１の場合にも、ｐがｑに比べて無視できるほど小さ
い場合、またはｑがｐに比べて無視できるほど小さい場
合、つまりモード依存性をもつようにｐとｑとを適切に
決めることにより、Θ12Θ21−Ｂ1 Ｂ2 ＞０、つまりｄ
＞１が可能であることが示せる。
【００２９】光導波路活性層を利得体層のみで構成する
場合には、モード間の結合が弱結合であっても、光導波
路活性層を利得体層と可飽和吸収体層とから構成すれ
ば、モード間強結合を実現しモード間双安定現象が生じ
る。
場合には、モード間の結合が弱結合であっても、光導波
路活性層を利得体層と可飽和吸収体層とから構成すれ
ば、モード間強結合を実現しモード間双安定現象が生じ
る。
【００３０】上述したこの発明の半導体レーザによれ
ば、光導波路活性層は利得体層と可飽和吸収体層とから
構成され、利得体層はモード無依存であり、可飽和吸収
体層はモード依存性である。このため、モード間強結合
によるモード間双安定現象が生じる。
ば、光導波路活性層は利得体層と可飽和吸収体層とから
構成され、利得体層はモード無依存であり、可飽和吸収
体層はモード依存性である。このため、モード間強結合
によるモード間双安定現象が生じる。
【００３１】また、この発明の半導体レーザの作動方法
によれば、半導体レーザ動作時に、光導波路活性層から
の出射光がモード間双安定現象に起因して有するいずれ
か一方のモードを強制的に他方のモードに交互に切り換
えてることができる。この強制的なモード切換は、例え
ば、利得体層および可飽和吸収体層に印加するそれぞれ
の電流を個別に制御することにより、または光導波路活
性層に、光導波路活性層から既に出射している光のモー
ドと異なるモードの光パルスを外部から入射することに
より行うことができる。
によれば、半導体レーザ動作時に、光導波路活性層から
の出射光がモード間双安定現象に起因して有するいずれ
か一方のモードを強制的に他方のモードに交互に切り換
えてることができる。この強制的なモード切換は、例え
ば、利得体層および可飽和吸収体層に印加するそれぞれ
の電流を個別に制御することにより、または光導波路活
性層に、光導波路活性層から既に出射している光のモー
ドと異なるモードの光パルスを外部から入射することに
より行うことができる。
【００３２】このようにして、出射光のモードを制御す
ることにより、半導体レーザを光Ｒ−Ｓフリップフロッ
プ作動させることができる。
ることにより、半導体レーザを光Ｒ−Ｓフリップフロッ
プ作動させることができる。
【００３３】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。これら図面において、各構成成分は、この発
明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ、およ
び配置関係を概略的に示してあるにすぎない。なお、以
下の説明において、この発明の半導体レーザを構成する
素子の理解を容易にするため、この素子の製造方法につ
いて簡単に説明し、その後で、この発明の半導体レーザ
を構成する素子について説明する。
説明する。これら図面において、各構成成分は、この発
明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ、およ
び配置関係を概略的に示してあるにすぎない。なお、以
下の説明において、この発明の半導体レーザを構成する
素子の理解を容易にするため、この素子の製造方法につ
いて簡単に説明し、その後で、この発明の半導体レーザ
を構成する素子について説明する。
【００３４】図１は、この発明の実施例である半導体レ
ーザを構成する素子の構造を概略的に示す断面図であ
る。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、この発明の実施例である半
導体レーザを構成する素子を作製する工程を概略的に示
す断面図である。
ーザを構成する素子の構造を概略的に示す断面図であ
る。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、この発明の実施例である半
導体レーザを構成する素子を作製する工程を概略的に示
す断面図である。
【００３５】先ず、基板１１の一方の表面（上面）上
に、第１クラッド層１３、多重量子井戸層（以下、ＭＱ
Ｗ層と称する場合がある。）であるエッチング前可飽和
吸収体層１５を、順にＭＯＣＶＤ又はＭＢＥ法を用い、
結晶成長により形成する（図２（Ａ））。次に、選択エ
ッチングにより、エッチング前可飽和吸収体層１５を所
定の形状にする（図２（Ｂ））。次に、利得体層１７
を、エッチングにより除去した可飽和吸収体層の領域の
ところに、エッチング済み可飽和吸収体層１５ａとつな
がる構造となるように、結晶成長により形成する（図２
（Ｃ））。このとき、利得体層１７の厚みが、可飽和吸
収体層１５ａの厚みと一致するようにする。次に、利得
体層１７と可飽和吸収体層１５ａとから一体構成される
光導波路活性層１９上に、第２クラッド層２１、キャッ
プ層２３を、順に結晶成長により形成する（図２
（Ｄ））。次に、キャップ層２３上に上側電極２５（２
５ａ、２５ｂ）を２つに分けて形成し、基板１１の他方
の表面（裏面）上に下側電極２７を形成する（図２
（Ｅ））。このとき、一方の上側電極２５ａを利得体層
１７の上側に設け、他方の上側電極２５ｂを可飽和吸収
体層１５ａの上側に設ける。その後、劈開により素子を
取り出す。
に、第１クラッド層１３、多重量子井戸層（以下、ＭＱ
Ｗ層と称する場合がある。）であるエッチング前可飽和
吸収体層１５を、順にＭＯＣＶＤ又はＭＢＥ法を用い、
結晶成長により形成する（図２（Ａ））。次に、選択エ
ッチングにより、エッチング前可飽和吸収体層１５を所
定の形状にする（図２（Ｂ））。次に、利得体層１７
を、エッチングにより除去した可飽和吸収体層の領域の
ところに、エッチング済み可飽和吸収体層１５ａとつな
がる構造となるように、結晶成長により形成する（図２
（Ｃ））。このとき、利得体層１７の厚みが、可飽和吸
収体層１５ａの厚みと一致するようにする。次に、利得
体層１７と可飽和吸収体層１５ａとから一体構成される
光導波路活性層１９上に、第２クラッド層２１、キャッ
プ層２３を、順に結晶成長により形成する（図２
（Ｄ））。次に、キャップ層２３上に上側電極２５（２
５ａ、２５ｂ）を２つに分けて形成し、基板１１の他方
の表面（裏面）上に下側電極２７を形成する（図２
（Ｅ））。このとき、一方の上側電極２５ａを利得体層
１７の上側に設け、他方の上側電極２５ｂを可飽和吸収
体層１５ａの上側に設ける。その後、劈開により素子を
取り出す。
【００３６】このようにして、作製した素子は、次のよ
うな構造になっている（図１）。基板１１の一方の表面
上に、第１クラッド層１３、光導波路活性層１９、第２
クラッド層２１、キャップ層２３が、順に形成されてい
る。従って、この光導波路活性層１９は２つのクラッド
層（１３と２１）で上下が挟まれた構造となっている。
そして、光導波路活性層１９は利得体層１７と可飽和吸
収体層１５ａとから、実質的に１つの層として構成され
ている。また、光導波路活性層１９は、利得体層１７と
可飽和吸収体層１５ａとの２つの部分から形成され、一
体構造になっている。利得体層１７の利得は偏波方向に
依存していないが、可飽和吸収体層１５ａの吸収係数は
偏波方向に依存している。これは、ＭＱＷにおける二次
元電子の双極子モーメントが方向性をもつためであり、
このためＭＱＷ層に垂直な偏波であるＴＭ波の吸収が水
平の偏波であるＴＭ波に対し大幅に小さくなる。この実
施例では、利得体層１７はヘテロ接合しているバルク層
であり、可飽和吸収体層１５ａはヘテロ接合している多
重量子井戸層（ＭＱＷ層とも称する。）である。例え
ば、半導体レーザの波長が、０．７〜０．８μｍの場合
には、数１０Åの厚さのＡｌＧａＡｓ層と数１０Åの厚
さＧａＡｓ層とが重なって形成されたＭＱＷ層が可飽和
吸収体層１５ａとして用いられ、ＡｌＧａＡｓからなる
バルク層またはＧａＡｓからなるバルク層が利得体層１
７として用いられている。また、波長が、１．３〜１．
６μｍの場合には、数１０Åの厚さのＩｎＧａＡｓＰ層
と数１０Åの厚さＩｎＧａＡｓ層とが重なって形成され
たＭＱＷ層が可飽和吸収体層１５ａとして用いられ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰからなるバルク層またはＩｎＧａＡｓから
なるバルク層が利得体層１７として用いられている。
うな構造になっている（図１）。基板１１の一方の表面
上に、第１クラッド層１３、光導波路活性層１９、第２
クラッド層２１、キャップ層２３が、順に形成されてい
る。従って、この光導波路活性層１９は２つのクラッド
層（１３と２１）で上下が挟まれた構造となっている。
そして、光導波路活性層１９は利得体層１７と可飽和吸
収体層１５ａとから、実質的に１つの層として構成され
ている。また、光導波路活性層１９は、利得体層１７と
可飽和吸収体層１５ａとの２つの部分から形成され、一
体構造になっている。利得体層１７の利得は偏波方向に
依存していないが、可飽和吸収体層１５ａの吸収係数は
偏波方向に依存している。これは、ＭＱＷにおける二次
元電子の双極子モーメントが方向性をもつためであり、
このためＭＱＷ層に垂直な偏波であるＴＭ波の吸収が水
平の偏波であるＴＭ波に対し大幅に小さくなる。この実
施例では、利得体層１７はヘテロ接合しているバルク層
であり、可飽和吸収体層１５ａはヘテロ接合している多
重量子井戸層（ＭＱＷ層とも称する。）である。例え
ば、半導体レーザの波長が、０．７〜０．８μｍの場合
には、数１０Åの厚さのＡｌＧａＡｓ層と数１０Åの厚
さＧａＡｓ層とが重なって形成されたＭＱＷ層が可飽和
吸収体層１５ａとして用いられ、ＡｌＧａＡｓからなる
バルク層またはＧａＡｓからなるバルク層が利得体層１
７として用いられている。また、波長が、１．３〜１．
６μｍの場合には、数１０Åの厚さのＩｎＧａＡｓＰ層
と数１０Åの厚さＩｎＧａＡｓ層とが重なって形成され
たＭＱＷ層が可飽和吸収体層１５ａとして用いられ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰからなるバルク層またはＩｎＧａＡｓから
なるバルク層が利得体層１７として用いられている。
【００３７】また、基板１１、第１クラッド層１３、光
導波路活性層１９、第２クラッド層２１、キャップ層２
３の端面は、劈開により形成されており、鏡面となって
いる。基板１１、第１クラッド層１３、第２クラッド層
２１、キャップ層２３のそれぞれは、その両端面が反射
鏡となり、光導波路活性層１９を構成する利得体層１７
および可飽和吸収体層１５ａは、利得体層１７と可飽和
吸収体層１５ａとが接合する面と反対側の面が反射鏡と
なっている。
導波路活性層１９、第２クラッド層２１、キャップ層２
３の端面は、劈開により形成されており、鏡面となって
いる。基板１１、第１クラッド層１３、第２クラッド層
２１、キャップ層２３のそれぞれは、その両端面が反射
鏡となり、光導波路活性層１９を構成する利得体層１７
および可飽和吸収体層１５ａは、利得体層１７と可飽和
吸収体層１５ａとが接合する面と反対側の面が反射鏡と
なっている。
【００３８】また、基板１１の他方の表面上、および、
キャップ層２３上に、電極が形成されている。キャップ
層２３上には、利得体層１７および可飽和吸収体層１５
ａに独立に電流を印加できるように、利得体層１７およ
び可飽和吸収体層１５ａに対向して、上側電極２５（２
５ａ、２５ｂ）が個別に設けられている。この実施例で
は、利得体層１７および可飽和吸収体層１５ａに対向す
るように２つの電極２５ａ、２５ｂが、キャップ層２３
上に設けられている。
キャップ層２３上に、電極が形成されている。キャップ
層２３上には、利得体層１７および可飽和吸収体層１５
ａに独立に電流を印加できるように、利得体層１７およ
び可飽和吸収体層１５ａに対向して、上側電極２５（２
５ａ、２５ｂ）が個別に設けられている。この実施例で
は、利得体層１７および可飽和吸収体層１５ａに対向す
るように２つの電極２５ａ、２５ｂが、キャップ層２３
上に設けられている。
【００３９】このような構造の素子を用いて、半導体レ
ーザを作動する場合、この実施例では、利得体層用電極
２５ａに印加する電流値を変化させる。一方、可飽和吸
収体層用電極２５ｂは、解放モードまたは電流を流出す
るモードとして用い、可飽和吸収体層１５ａの飽和度を
調整している。
ーザを作動する場合、この実施例では、利得体層用電極
２５ａに印加する電流値を変化させる。一方、可飽和吸
収体層用電極２５ｂは、解放モードまたは電流を流出す
るモードとして用い、可飽和吸収体層１５ａの飽和度を
調整している。
【００４０】図３（Ａ）および（Ｂ）は、このような構
成のデバイスのモデルシュミレーションの結果を示し、
ＴＭ偏波またはＴＥ偏波の光強度の電流依存性を、縦軸
にＴＭ偏波またはＴＥ偏波の光強度、横軸に電流値をと
って示している。図３（Ａ）および（Ｂ）中、実線は、
電流値を零から増大していった場合の光強度の変化を示
し、点線は、電流値を無限大の値から減少していった場
合の光強度の変化を示している。また、実線から破線に
つながる一点鎖線は、図７（Ｂ）のＯ点の場合に相当す
る。なお、図３（Ａ）および（Ｂ）中、縦軸に示すＴＭ
偏波またはＴＥ偏波の光強度はログスケールで表されて
いる。
成のデバイスのモデルシュミレーションの結果を示し、
ＴＭ偏波またはＴＥ偏波の光強度の電流依存性を、縦軸
にＴＭ偏波またはＴＥ偏波の光強度、横軸に電流値をと
って示している。図３（Ａ）および（Ｂ）中、実線は、
電流値を零から増大していった場合の光強度の変化を示
し、点線は、電流値を無限大の値から減少していった場
合の光強度の変化を示している。また、実線から破線に
つながる一点鎖線は、図７（Ｂ）のＯ点の場合に相当す
る。なお、図３（Ａ）および（Ｂ）中、縦軸に示すＴＭ
偏波またはＴＥ偏波の光強度はログスケールで表されて
いる。
【００４１】可飽和吸収体層１５ａとして用いるＭＱＷ
層の光吸収は、光偏波に依存している。ＭＱＷ層でのＴ
Ｍ偏波に対する吸収損失は、ＴＥ偏波に対する吸収損失
より小さい。このため、利得体層用電極２５ａに電流を
印加すると、この半導体レーザは、電流値が、例えばＩ
thのとき、最初に、ＴＭ偏波でレーザ発振を起こす。一
旦、ＴＭ偏波のレーザ発振が始まると、電流が増大する
につれて、ＴＭ偏波の光強度は増大する。そして、ＭＱ
Ｗ層が飽和する。ＭＱＷ層が飽和すると、ＴＥ偏波に対
する吸収損失も急激に減少する。そして、電流値が、例
えばＩ2 のとき、ＴＥ偏波でレーザ発振を始める。その
結果、ＴＭ偏波は抑圧される。これは、強結合のためで
ある。さらに、電流を増大すると、ＴＥ偏波だけがレー
ザ発振し続ける。
層の光吸収は、光偏波に依存している。ＭＱＷ層でのＴ
Ｍ偏波に対する吸収損失は、ＴＥ偏波に対する吸収損失
より小さい。このため、利得体層用電極２５ａに電流を
印加すると、この半導体レーザは、電流値が、例えばＩ
thのとき、最初に、ＴＭ偏波でレーザ発振を起こす。一
旦、ＴＭ偏波のレーザ発振が始まると、電流が増大する
につれて、ＴＭ偏波の光強度は増大する。そして、ＭＱ
Ｗ層が飽和する。ＭＱＷ層が飽和すると、ＴＥ偏波に対
する吸収損失も急激に減少する。そして、電流値が、例
えばＩ2 のとき、ＴＥ偏波でレーザ発振を始める。その
結果、ＴＭ偏波は抑圧される。これは、強結合のためで
ある。さらに、電流を増大すると、ＴＥ偏波だけがレー
ザ発振し続ける。
【００４２】また、ＴＥ偏波だけがレーザ発振している
状態から、電流を小さくする場合、電流値が、例えばＩ
2 以下になっても、ＴＥ偏波だけがレーザ発振し続け、
ＴＭ偏波のレーザ発振は起こらない。これは、ＭＱＷ層
がＴＥ偏波で飽和しているためである。さらに、電流値
を小さくすると、例えばＩ1 （＜Ｉ2 ）のとき、ＭＱＷ
層の飽和が小さくなり、ＴＥ偏波に対する吸収損失が増
大する。その結果、ＴＥ偏波のレーザ発振が弱くなりＴ
Ｍ偏波のレーザ発振が始まると、強結合のためＴＥ偏波
は完全に抑圧される。
状態から、電流を小さくする場合、電流値が、例えばＩ
2 以下になっても、ＴＥ偏波だけがレーザ発振し続け、
ＴＭ偏波のレーザ発振は起こらない。これは、ＭＱＷ層
がＴＥ偏波で飽和しているためである。さらに、電流値
を小さくすると、例えばＩ1 （＜Ｉ2 ）のとき、ＭＱＷ
層の飽和が小さくなり、ＴＥ偏波に対する吸収損失が増
大する。その結果、ＴＥ偏波のレーザ発振が弱くなりＴ
Ｍ偏波のレーザ発振が始まると、強結合のためＴＥ偏波
は完全に抑圧される。
【００４３】このように、可飽和吸収体層１５ａの非飽
和吸収率を適切に設定して、例えば、Ｉth＜Ｉ1 ＜Ｉ2
となるように、可飽和吸収体層にかかる電流を調整する
と、図３（Ａ）および（Ｂ）から理解できるように、Ｔ
Ｅ偏波とＴＭ偏波という２つのモードの光の間で、ヒス
テリシスをもつようになる。このため、電流値を変化さ
せて、ＴＥ偏波モードとＴＭ偏波モードの間でのスイッ
チングを行うことができる。
和吸収率を適切に設定して、例えば、Ｉth＜Ｉ1 ＜Ｉ2
となるように、可飽和吸収体層にかかる電流を調整する
と、図３（Ａ）および（Ｂ）から理解できるように、Ｔ
Ｅ偏波とＴＭ偏波という２つのモードの光の間で、ヒス
テリシスをもつようになる。このため、電流値を変化さ
せて、ＴＥ偏波モードとＴＭ偏波モードの間でのスイッ
チングを行うことができる。
【００４４】また、例えば、利得体層にかかる電流値Ｉ
をＩ1 ＜Ｉ＜Ｉ2 に設定すると、ＴＥ偏波またはＴＭ偏
波のどちらか一方でのみ、レーザ発振が可能である。Ｔ
Ｅ偏波でレーザ発振している場合、外部からレンズ等を
用いて、劈開面を通して、光導波路活性層１９にＴＭ偏
波の光パルスを入射させると、レーザ発振は、ＴＭ偏波
になる。ＴＭ偏波の光パルスの入射を止めた後も、ＴＭ
偏波のレーザ発振を続ける。このように、ＴＥ偏波から
ＴＭ偏波へのスイッチングは、ＴＭ偏波の光パルスの入
射により行うことができる。
をＩ1 ＜Ｉ＜Ｉ2 に設定すると、ＴＥ偏波またはＴＭ偏
波のどちらか一方でのみ、レーザ発振が可能である。Ｔ
Ｅ偏波でレーザ発振している場合、外部からレンズ等を
用いて、劈開面を通して、光導波路活性層１９にＴＭ偏
波の光パルスを入射させると、レーザ発振は、ＴＭ偏波
になる。ＴＭ偏波の光パルスの入射を止めた後も、ＴＭ
偏波のレーザ発振を続ける。このように、ＴＥ偏波から
ＴＭ偏波へのスイッチングは、ＴＭ偏波の光パルスの入
射により行うことができる。
【００４５】ＴＭ偏波でレーザ発振している場合も同様
に、光導波路活性層１９にＴＥ偏波の光パルスを入射さ
せると、レーザ発振は、ＴＥ偏波になる。このように、
ＴＭ偏波からＴＥ偏波へのスイッチングは、ＴＥ偏波の
光パルスの入射により行うことができる。この様子を図
４にモデルシュミレーション結果として示す。図４に
は、ＴＭ偏波からＴＥ偏波へのレーザ発振の切り換え
を、縦軸に光強度、横軸に時間をとって示している。な
お、図４中、曲線ａはＴＥ偏波の光強度を、曲線ｂはＴ
Ｍ偏波の光強度を示し、四角形ｃはＴＥ偏波の光パルス
を示している。図４から理解できるように、ＴＥ偏波の
光パルス（ｃ）の入射によりＴＭ偏波（ｂ）からＴＥ偏
波（ａ）へのスイッチングが行われている。
に、光導波路活性層１９にＴＥ偏波の光パルスを入射さ
せると、レーザ発振は、ＴＥ偏波になる。このように、
ＴＭ偏波からＴＥ偏波へのスイッチングは、ＴＥ偏波の
光パルスの入射により行うことができる。この様子を図
４にモデルシュミレーション結果として示す。図４に
は、ＴＭ偏波からＴＥ偏波へのレーザ発振の切り換え
を、縦軸に光強度、横軸に時間をとって示している。な
お、図４中、曲線ａはＴＥ偏波の光強度を、曲線ｂはＴ
Ｍ偏波の光強度を示し、四角形ｃはＴＥ偏波の光パルス
を示している。図４から理解できるように、ＴＥ偏波の
光パルス（ｃ）の入射によりＴＭ偏波（ｂ）からＴＥ偏
波（ａ）へのスイッチングが行われている。
【００４６】論理レベルをＴＭ偏波モードおよびＴＥ偏
波モードの光強度に置き換えると、この半導体レーザは
光Ｒ−Ｓフリップフロップとして作動する。
波モードの光強度に置き換えると、この半導体レーザは
光Ｒ−Ｓフリップフロップとして作動する。
【００４７】また、出射光の偏波モードを偏向フィルタ
であるポラリゼーションビームスプリタ（ＰＢＳ）を通
して選択すると、この半導体レーザは光強度信号として
の論理をもった光Ｒ−Ｓフリップフロップとしても作動
する。
であるポラリゼーションビームスプリタ（ＰＢＳ）を通
して選択すると、この半導体レーザは光強度信号として
の論理をもった光Ｒ−Ｓフリップフロップとしても作動
する。
【００４８】また、可飽和吸収体として波長選択性のあ
る可飽和吸収体を用いると、２つの波長モードの間で上
述の場合と同様な効果が期待できる。
る可飽和吸収体を用いると、２つの波長モードの間で上
述の場合と同様な効果が期待できる。
【００４９】この発明は、上述した実施例に限定される
ものではないことは明らかである。
ものではないことは明らかである。
【００５０】例えば、上述の実施例では、光導波路活性
層１９は、利得体層１７と可飽和吸収体層１５ａとの２
つの部分から形成され、一体構造になっていが、図５に
示すように、利得体層１７により可飽和吸収体層１５ａ
の両側が挟まれていてもよいし、また、図６に示すよう
に可飽和吸収体層１５ａにより利得体層１７の両側が挟
まれていてもよい。この場合、利得体層１７および可飽
和吸収体層１５ａに対向して、個別に設けられている上
側電極２５（２５ａ、２５ｂ）の配置も同様に変更すれ
ば良い。
層１９は、利得体層１７と可飽和吸収体層１５ａとの２
つの部分から形成され、一体構造になっていが、図５に
示すように、利得体層１７により可飽和吸収体層１５ａ
の両側が挟まれていてもよいし、また、図６に示すよう
に可飽和吸収体層１５ａにより利得体層１７の両側が挟
まれていてもよい。この場合、利得体層１７および可飽
和吸収体層１５ａに対向して、個別に設けられている上
側電極２５（２５ａ、２５ｂ）の配置も同様に変更すれ
ば良い。
【００５１】また、例えば、上述の実施例では、光のモ
ードが２モードの場合について説明しているが、２モー
ドより多い、多モードの場合も同様に行うことが出来
る。
ードが２モードの場合について説明しているが、２モー
ドより多い、多モードの場合も同様に行うことが出来
る。
【００５２】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の半導体レーザによれば、光導波路活性層は利得体
層と可飽和吸収体層とから構成され、利得体層はモード
無依存であり、可飽和吸収体層はモード依存性である。
このため、モード間強結合によるモード間双安定現象が
生じる。
発明の半導体レーザによれば、光導波路活性層は利得体
層と可飽和吸収体層とから構成され、利得体層はモード
無依存であり、可飽和吸収体層はモード依存性である。
このため、モード間強結合によるモード間双安定現象が
生じる。
【００５３】また、この発明の半導体レーザの作動方法
によれば、半導体レーザ動作時に、光導波路活性層から
出射光がモード間双安定現象に起因して有するいずれか
一方のモードを強制的に他方のモードに交互に切り換え
てることができる。この強制的なモード切換は、例え
ば、利得体層および可飽和吸収体層に印加するそれぞれ
の電流を個別に制御することにより、または光導波路活
性層に、光導波路活性層から既に出射している光のモー
ドと異なるモードの光パルスを外部から入射することに
より行うことができる。
によれば、半導体レーザ動作時に、光導波路活性層から
出射光がモード間双安定現象に起因して有するいずれか
一方のモードを強制的に他方のモードに交互に切り換え
てることができる。この強制的なモード切換は、例え
ば、利得体層および可飽和吸収体層に印加するそれぞれ
の電流を個別に制御することにより、または光導波路活
性層に、光導波路活性層から既に出射している光のモー
ドと異なるモードの光パルスを外部から入射することに
より行うことができる。
【００５４】このようにして、出射光のモードを制御す
ることにより、半導体レーザを光Ｒ−Ｓフリップフロッ
プ作動させることができる。
ることにより、半導体レーザを光Ｒ−Ｓフリップフロッ
プ作動させることができる。
【００５５】そして、このようにして、半導体レーザを
光Ｒ−Ｓフリップフロップ作動させる場合、異なる光モ
ードの間で、発振状態を切り換えることにより、論理動
作を行う。このため、光導波路活性層内のキャリアの大
きな変動がない。従って、キャリア緩和時間で制約され
ずに高速（１ＧＨｚ以上）で、論理動作させることがで
きる。
光Ｒ−Ｓフリップフロップ作動させる場合、異なる光モ
ードの間で、発振状態を切り換えることにより、論理動
作を行う。このため、光導波路活性層内のキャリアの大
きな変動がない。従って、キャリア緩和時間で制約され
ずに高速（１ＧＨｚ以上）で、論理動作させることがで
きる。
【００５６】また、出力論理レベルにかかわらず、この
発明の半導体レーザは、常にレーザ発振状態にある。こ
のため、キャリアの実効緩和時定数は、誘導放出時定数
（サブｎｓｅｃ）で決まる。従って、従来に比べて、１
ケタ程度の動作速度上昇が見込まれる。
発明の半導体レーザは、常にレーザ発振状態にある。こ
のため、キャリアの実効緩和時定数は、誘導放出時定数
（サブｎｓｅｃ）で決まる。従って、従来に比べて、１
ケタ程度の動作速度上昇が見込まれる。
【００５７】また、上述したように、強制的なモード切
換は、光導波路活性層から既に出射している光のモード
と異なるモードの光パルスを外部から入射することによ
り行うことができる。このような光注入同期技術を用い
て、異なるモードの間でのスイッチングを光パルスを入
射して行うことができる。同様に、光パルスによるリセ
ットも可能である。このようにして、全光入出力Ｒ−Ｓ
フリップフロップが実現できる。
換は、光導波路活性層から既に出射している光のモード
と異なるモードの光パルスを外部から入射することによ
り行うことができる。このような光注入同期技術を用い
て、異なるモードの間でのスイッチングを光パルスを入
射して行うことができる。同様に、光パルスによるリセ
ットも可能である。このようにして、全光入出力Ｒ−Ｓ
フリップフロップが実現できる。
【図１】第１実施例の素子構造を概略的に示す断面図で
ある。
ある。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は実施例の素子を作製するため
の工程を概略的に示す断面図である。
の工程を概略的に示す断面図である。
【図３】（Ａ）はＴＥ偏波の光強度の利得体層にかかる
電流の依存性であり、（Ｂ）はＴＭ偏波の光強度の利得
体層にかかる電流の依存性である。
電流の依存性であり、（Ｂ）はＴＭ偏波の光強度の利得
体層にかかる電流の依存性である。
【図４】モード間の切り換えの時間軸特性である。
【図５】第２実施例の素子構造を概略的に示す断面図で
ある。
ある。
【図６】第３実施例の素子構造を概略的に示す断面図で
ある。
ある。
【図７】（Ａ）および（Ｂ）は、モード間の結合状態で
ある。
ある。
１１：半導体基板 １３：第１クラッド層 １５：エッチング前可飽和吸収体層 １５ａ：可飽和吸収体層（エッチング前可飽和吸収体
層） １７：利得体層 １９：光導波路活性層 ２１：第２クラッド層 ２３：キャップ層 ２５：上側電極 ２５ａ：利得体層用電極 ２５ｂ：可飽和吸収体層用電極 ２７：下側電極
層） １７：利得体層 １９：光導波路活性層 ２１：第２クラッド層 ２３：キャップ層 ２５：上側電極 ２５ａ：利得体層用電極 ２５ｂ：可飽和吸収体層用電極 ２７：下側電極
Claims (6)
- 【請求項１】 利得体層と可飽和吸収体層とから構成さ
れる光導波路活性層と、前記利得体層および前記可飽和
吸収体層に、独立に電流を印加できる個別の電極とを具
え、前記利得体層はモード無依存であり、前記可飽和吸
収体層はモード依存性であることを特徴とする半導体レ
ーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記利得体層をバルク層を以って構成し、前記可飽和吸
収体層を多層量子井戸層を以って構成したことを特徴と
する半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求項１に記載の半導体レーザを作動さ
せるにあたり、前記半導体レーザの動作時に、前記光導
波路活性層からの出射光がモード間双安定現象に起因し
て有するいずれか一方のモードを強制的に他方のモード
に交互に切り換えることによって、前記出射光モードを
制御して、前記半導体レーザを光Ｒ−Ｓフリップフロッ
プ作動させることを特徴とする半導体レーザの作動方
法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の半導体レーザの作動方
法において、強制的なモード切換を前記利得体層および
前記可飽和吸収体層に印加するそれぞれの電流を個別に
制御して行うことを特徴とする半導体レーザの作動方
法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の半導体レーザの作動方
法において、前記光導波路活性層に、前記光導波路活性
層から既に出射している光のモードと異なるモードの光
パルスを外部から入射させることを特徴とする半導体レ
ーザの作動方法。 - 【請求項６】 請求項３〜５のいずれか一項に記載の半
導体レーザの作動方法において、前記出射光モードを制
御するモードフィルタを用いて、前記出射光モードの変
換を、光の強度の変換に変えることを特徴とする半導体
レーザの作動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28188894A JPH08146364A (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | 半導体レーザおよびその作動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28188894A JPH08146364A (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | 半導体レーザおよびその作動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08146364A true JPH08146364A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=17645371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28188894A Withdrawn JPH08146364A (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | 半導体レーザおよびその作動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08146364A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006073962A (ja) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | National Institutes Of Natural Sciences | 受動ｑスイッチレーザ装置 |
| JP2007234868A (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Oki Electric Ind Co Ltd | モード同期半導体レーザ及びその製造方法 |
-
1994
- 1994-11-16 JP JP28188894A patent/JPH08146364A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006073962A (ja) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | National Institutes Of Natural Sciences | 受動ｑスイッチレーザ装置 |
| JP2007234868A (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Oki Electric Ind Co Ltd | モード同期半導体レーザ及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020205 |