JPH09199799A - モード同期レーザ - Google Patents
モード同期レーザInfo
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- JPH09199799A JPH09199799A JP8007132A JP713296A JPH09199799A JP H09199799 A JPH09199799 A JP H09199799A JP 8007132 A JP8007132 A JP 8007132A JP 713296 A JP713296 A JP 713296A JP H09199799 A JPH09199799 A JP H09199799A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高繰り返しで超短光パルスを発生するモード同
期レーザを提供することにある。 【解決手段】モード同期レーザにおいて、多重量子井戸
構造からなる可飽和吸収体６に、逆定電圧８が印加され
ている。この多重量子井戸構造は、グレーデッド量子井
戸構造（図１(C)）から構成されている。 【効果】安定で高繰り返しかつ超短光パルス発生可能な
モード同期レーザが実現できる。このモード同期レーザ
は、計測用または、長距離大容量光通信用の短光パルス
発生光源に好適である。
期レーザを提供することにある。 【解決手段】モード同期レーザにおいて、多重量子井戸
構造からなる可飽和吸収体６に、逆定電圧８が印加され
ている。この多重量子井戸構造は、グレーデッド量子井
戸構造（図１(C)）から構成されている。 【効果】安定で高繰り返しかつ超短光パルス発生可能な
モード同期レーザが実現できる。このモード同期レーザ
は、計測用または、長距離大容量光通信用の短光パルス
発生光源に好適である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モード同期レーザ
に係わり、たとえば計測用や、時分割多重通信システム
を柱とした長距離大容量光通信用に好適な短パルス光源
に適用出来るものである。
に係わり、たとえば計測用や、時分割多重通信システム
を柱とした長距離大容量光通信用に好適な短パルス光源
に適用出来るものである。
【０００２】
【従来の技術】受動モード同期レーザの特性の改善を図
るためには、可飽和吸収体の特性向上が必要不可欠であ
ることが知られている。例えば、短パルス化のために
は、より小さな飽和エネルギーを有する可飽和吸収体が
要求される。さらに、安定動作と光パルス列の高繰り返
し化のためには、より短い吸収の回復時間を有する可飽
和吸収体が要求される。シルバーバーグらは、より小さ
な飽和エネルギーを有する可飽和吸収体として、GaAs/G
aAlAs多重量子井戸構造を用い、受動モード同期レーザ
の短パルス化に成功した（シルバーバーグ他、オプテイ
クスレター、第７巻，５０７頁（１９８４））。この技
術は、GaAs/GaAlAs多重量子井戸構造における励起子吸
収が、光励起によって生成されたキャリア（電子と正
孔）による電界スクリーニング効果によって、強い非線
形性を示すという事実を利用している（たとえばチェム
ラ他、IEEE量子エレクトロニクス、第２０巻，２６５頁
（１９８４））。
るためには、可飽和吸収体の特性向上が必要不可欠であ
ることが知られている。例えば、短パルス化のために
は、より小さな飽和エネルギーを有する可飽和吸収体が
要求される。さらに、安定動作と光パルス列の高繰り返
し化のためには、より短い吸収の回復時間を有する可飽
和吸収体が要求される。シルバーバーグらは、より小さ
な飽和エネルギーを有する可飽和吸収体として、GaAs/G
aAlAs多重量子井戸構造を用い、受動モード同期レーザ
の短パルス化に成功した（シルバーバーグ他、オプテイ
クスレター、第７巻，５０７頁（１９８４））。この技
術は、GaAs/GaAlAs多重量子井戸構造における励起子吸
収が、光励起によって生成されたキャリア（電子と正
孔）による電界スクリーニング効果によって、強い非線
形性を示すという事実を利用している（たとえばチェム
ラ他、IEEE量子エレクトロニクス、第２０巻，２６５頁
（１９８４））。
【０００３】以下、先づこの非線形性について、詳しく
説明する。GaAs/GaAlAsを用いた多重量子井戸構造で
は、室温においても安定した励起子が存在し、スペクト
ル軸上において、鋭い吸収ピークが得られる。光励起に
よって多数のキャリアが生成され、電子−正孔プラズマ
が形成されると、電界スクリーニング効果によって、励
起子の結合エネルギーが弱められ、励起子のイオン化が
生じる。その結果として、励起子の振動子強度が減少
し、励起子による吸収が飽和する。この吸収飽和を起こ
すのに必要な光パルスエネルギーは、パウリの排他律を
起因とするバンド間遷移の吸収飽和を起こすのに必要な
光パルスエネルギーと比較して、約一桁程度小さい。従
って、擬２次元系における励起子吸収の非線形性を用い
て、より小さな飽和エネルギーを有する可飽和吸収体が
実現できた。
説明する。GaAs/GaAlAsを用いた多重量子井戸構造で
は、室温においても安定した励起子が存在し、スペクト
ル軸上において、鋭い吸収ピークが得られる。光励起に
よって多数のキャリアが生成され、電子−正孔プラズマ
が形成されると、電界スクリーニング効果によって、励
起子の結合エネルギーが弱められ、励起子のイオン化が
生じる。その結果として、励起子の振動子強度が減少
し、励起子による吸収が飽和する。この吸収飽和を起こ
すのに必要な光パルスエネルギーは、パウリの排他律を
起因とするバンド間遷移の吸収飽和を起こすのに必要な
光パルスエネルギーと比較して、約一桁程度小さい。従
って、擬２次元系における励起子吸収の非線形性を用い
て、より小さな飽和エネルギーを有する可飽和吸収体が
実現できた。
【０００４】さらにシルバーバーグらは、図８に示すよ
うに、レンズ３，５を用いて光パルスを可飽和吸収体６
上に集光することによって、可飽和吸収体面内方向（即
ち、量子井戸層に平行方向）の光励起キャリアの拡散の
増大を図り、可飽和吸収体の回復時間の短縮化を行っ
た。可飽和吸収体の回復時間：τは、以下のように表さ
れる。
うに、レンズ３，５を用いて光パルスを可飽和吸収体６
上に集光することによって、可飽和吸収体面内方向（即
ち、量子井戸層に平行方向）の光励起キャリアの拡散の
増大を図り、可飽和吸収体の回復時間の短縮化を行っ
た。可飽和吸収体の回復時間：τは、以下のように表さ
れる。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、rは集光スポットの半径、γは光
パルス形状などによって決定される係数、Dは拡散係数
である。この従来技術では、狭い空間に高密度の光励起
キャリアを生成し（即ち、rを小さくして）、キャリア
の拡散を増大している。
パルス形状などによって決定される係数、Dは拡散係数
である。この従来技術では、狭い空間に高密度の光励起
キャリアを生成し（即ち、rを小さくして）、キャリア
の拡散を増大している。
【０００７】多重量子井戸構造からなる電界吸収型光強
度変調器を用いた半導体集積能動モード同期レーザが、
従来技術として存在する（図９参照）（文献：佐藤他、
アプライドフィジックスレター、第６５巻，１頁（１９
９４））。逆バイアスされた多重量子井戸構造からなる
電界吸収型光強度変調器２８に、変調電圧３２を印加す
ると、量子閉じ込めシュタルク効果によって励起子吸収
ピークのエネルギーシフトが生じ、吸収量が変化する。
この変調電圧の周波数を、共振器の往復時間で決まる繰
り返し周波数に同調させることによって、モード同期が
かかり、短光パルス列が発生する。
度変調器を用いた半導体集積能動モード同期レーザが、
従来技術として存在する（図９参照）（文献：佐藤他、
アプライドフィジックスレター、第６５巻，１頁（１９
９４））。逆バイアスされた多重量子井戸構造からなる
電界吸収型光強度変調器２８に、変調電圧３２を印加す
ると、量子閉じ込めシュタルク効果によって励起子吸収
ピークのエネルギーシフトが生じ、吸収量が変化する。
この変調電圧の周波数を、共振器の往復時間で決まる繰
り返し周波数に同調させることによって、モード同期が
かかり、短光パルス列が発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】モード同期レーザに関
する本発明が解決しようとする課題の一つは、従来の技
術で述べた、多重量子井戸構造における励起子吸収の非
線形性を用いた可飽和吸収体の飽和エネルギーの更なる
低減化を行うことである。また、もう一つの課題は、可
飽和吸収体の回復時間の更なる短縮化を行うことであ
る。
する本発明が解決しようとする課題の一つは、従来の技
術で述べた、多重量子井戸構造における励起子吸収の非
線形性を用いた可飽和吸収体の飽和エネルギーの更なる
低減化を行うことである。また、もう一つの課題は、可
飽和吸収体の回復時間の更なる短縮化を行うことであ
る。
【０００９】多重量子井戸構造からなる電界吸収型光強
度変調器を有する能動モード同期レーザに関する本発明
が解決しようとする課題は、いいかえると吸収領域にお
ける励起子吸収ピークを低電圧で、より効率よく変化さ
せ、より短い光パルスの生成を可能にする。
度変調器を有する能動モード同期レーザに関する本発明
が解決しようとする課題は、いいかえると吸収領域にお
ける励起子吸収ピークを低電圧で、より効率よく変化さ
せ、より短い光パルスの生成を可能にする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記受動モード同期レー
ザに関する課題を解決するためには、多重量子井戸構造
を、グレーデッド型量子井戸構造またはステップ型量子
井戸構造を用いて形成し、量子井戸層に垂直に逆定電圧
を印加する。
ザに関する課題を解決するためには、多重量子井戸構造
を、グレーデッド型量子井戸構造またはステップ型量子
井戸構造を用いて形成し、量子井戸層に垂直に逆定電圧
を印加する。
【００１１】ここで、逆電圧印加時において、多重量子
井戸層内の吸収ピークエネルギーが、入射光のエネルギ
ーに一致するように設定するのが良い。以上の多重量子
井戸層は、AlGaAs系またはInGaAs系等の化合物半導体材
料等を用いることができる。
井戸層内の吸収ピークエネルギーが、入射光のエネルギ
ーに一致するように設定するのが良い。以上の多重量子
井戸層は、AlGaAs系またはInGaAs系等の化合物半導体材
料等を用いることができる。
【００１２】上記電界吸収型光強度変調器を有する能動
モード同期レーザに関する課題を解決するためには、電
界吸収型光強度変調器をグレーデッド型量子井戸構造ま
たは、ステップ型量子井戸構造からなる多重量子井戸構
造を用いて形成する。
モード同期レーザに関する課題を解決するためには、電
界吸収型光強度変調器をグレーデッド型量子井戸構造ま
たは、ステップ型量子井戸構造からなる多重量子井戸構
造を用いて形成する。
【００１３】ここで、バイアス電圧印加時において、多
重量子井戸層内の吸収ピークエネルギーが、入射光のエ
ネルギーに一致するように設定するのが良い。以上の多
重量子井戸層は、AlGaAs系またはInGaAs系またはInGaAs
系等の化合物半導体材料等を用いることが出来る。
重量子井戸層内の吸収ピークエネルギーが、入射光のエ
ネルギーに一致するように設定するのが良い。以上の多
重量子井戸層は、AlGaAs系またはInGaAs系またはInGaAs
系等の化合物半導体材料等を用いることが出来る。
【００１４】本発明の説明を、より明確に行うために、
まず初めに、逆バイアスされた通常のフラット型量子井
戸構造からなる多重量子井戸構造を有する可飽和吸収体
の作用について述べる。図１０に、逆バイアスされた量
子井戸構造の通例の表示に従がったエネルギーバンド図
を示す。図１０(A)は非励起状態、図１０(B)は励起状態
における伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図であ
る。この図が示すように、光励起によって生成された電
子−正孔対は、外部印加電界：Eexとは逆の極性の電
界：Escrを生成し、外部電界を遮蔽（スクリーニング）
する。その結果、励起子吸収ピ−クは高エネルギー側に
シフト（ブルーシフト：EB 1e - EB 1hh+δEB＞EA 1e - EA
1hh+δEA、δEは励起子の結合エネルギー。）する。ま
た、それに加えて、励起子遷移の振動子強度の変化が生
じる。この振動子強度の変化について以下、式を用いて
詳しく説明する。電子−重い正孔励起子の振動子強度：
fhhは、以下のように表せる。
まず初めに、逆バイアスされた通常のフラット型量子井
戸構造からなる多重量子井戸構造を有する可飽和吸収体
の作用について述べる。図１０に、逆バイアスされた量
子井戸構造の通例の表示に従がったエネルギーバンド図
を示す。図１０(A)は非励起状態、図１０(B)は励起状態
における伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図であ
る。この図が示すように、光励起によって生成された電
子−正孔対は、外部印加電界：Eexとは逆の極性の電
界：Escrを生成し、外部電界を遮蔽（スクリーニング）
する。その結果、励起子吸収ピ−クは高エネルギー側に
シフト（ブルーシフト：EB 1e - EB 1hh+δEB＞EA 1e - EA
1hh+δEA、δEは励起子の結合エネルギー。）する。ま
た、それに加えて、励起子遷移の振動子強度の変化が生
じる。この振動子強度の変化について以下、式を用いて
詳しく説明する。電子−重い正孔励起子の振動子強度：
fhhは、以下のように表せる。
【００１５】
【数２】
【００１６】ここで、M2は光学分極行列要素、aB,hhは
電子−重い正孔励起子のボーア半径、Lzは量子井戸幅、
Ψe(z)は電子の波動関数、Ψhh(z)は重い正孔の波動関
数である。励起キャリアによる外部電界のスクリーニン
グが生じると、波動関数の重なり積分（式（２）の右辺
の最後の項）が増大する（図１０(B)参照）。一方、励
起キャリアのプラズマ効果による励起子のクーロン力の
低下によって、励起子のボーア半径：aB,hhは増大する
（励起子のイオン化）。一般に、前者の効果に比べて後
者の効果が支配的であり、従って、励起キャリアの電界
スクリーニングによって振動子強度は減少する。
電子−重い正孔励起子のボーア半径、Lzは量子井戸幅、
Ψe(z)は電子の波動関数、Ψhh(z)は重い正孔の波動関
数である。励起キャリアによる外部電界のスクリーニン
グが生じると、波動関数の重なり積分（式（２）の右辺
の最後の項）が増大する（図１０(B)参照）。一方、励
起キャリアのプラズマ効果による励起子のクーロン力の
低下によって、励起子のボーア半径：aB,hhは増大する
（励起子のイオン化）。一般に、前者の効果に比べて後
者の効果が支配的であり、従って、励起キャリアの電界
スクリーニングによって振動子強度は減少する。
【００１７】次に、以上述べた励起子吸収ピークのブル
ーシフトや振動子強度の変化が、励起子による光の吸収
に、どのような影響を与えるかについて考える。電子−
重い正孔励起子の吸収係数は、次のように表せる。
ーシフトや振動子強度の変化が、励起子による光の吸収
に、どのような影響を与えるかについて考える。電子−
重い正孔励起子の吸収係数は、次のように表せる。
【００１８】
【数３】
【００１９】ここで、eは電子の電荷、h=h/2π（h:プラ
ンク定数）、nは屈折率、m0は自由電子質量、cは光の速
度、fhhは電子−重い正孔励起子の振動子強度、ωは光
の角周波数、Ehh,exは電子−重い正孔励起子による吸収
ピークエネルギー、Δ(x)は線形状関数（例えば、ロー
レンツ関数またはガウス関数）である。式（３）から、
吸収係数は、振動子強度と励起子の吸収ピークエネルギ
ーと光エネルギーの離調の度合いを表す線形状関数の積
に比例する。
ンク定数）、nは屈折率、m0は自由電子質量、cは光の速
度、fhhは電子−重い正孔励起子の振動子強度、ωは光
の角周波数、Ehh,exは電子−重い正孔励起子による吸収
ピークエネルギー、Δ(x)は線形状関数（例えば、ロー
レンツ関数またはガウス関数）である。式（３）から、
吸収係数は、振動子強度と励起子の吸収ピークエネルギ
ーと光エネルギーの離調の度合いを表す線形状関数の積
に比例する。
【００２０】先に示した従来技術では、電界スクリーニ
ングによる励起子のイオン化による振動子強度：fhhの
低減がもたらす吸収飽和を利用している。一方、本発明
では、従来技術と同様の振動子強度：fhhの低減に加え
て、励起子吸収ピークエネルギーのブルーシフトによっ
て吸収飽和が増強される。従って、従来技術に比べて、
更なる可飽和吸収体の飽和エネルギーの低減化を図るこ
とが可能になる。本発明では、より小さな（電界スクリ
ーニングによる）内部電界変化によって、より大きな励
起子吸収ピークのブルーシフトを得るために、通常のフ
ラット型量子井戸構造（図１０(B)参照）に代えて、図
１１(A)に例示するようなグレーデッド型量子井戸構造
または、図１１(B)に例示するようなステップ型量子井
戸構造を用いる。西等の計算結果によれば、グレーデッ
ド型量子井戸構造を用いた場合、フラット型量子井戸構
造に比べて、小さな内部電界変化によって、小さな振動
子強度変化のもとで大きなブルーシフトが得られる（図
１２参照、参考文献：西他、アプライドフィジックスレ
ター、第５１巻，３２０頁（１９８７））。ここで、図
１２(A)は、GaAs/GaAlAs励起子吸収ピークの変化を表
し、図１２(B)は、励起子振動子強度変化を表す。図１
２の実線は、グレーデッド型量子井戸構造に対する結果
であり、破線は、従来のフラット型量子井戸構造に対す
る結果である。以上の結果は、図１１(B)のようなステ
ップ型量子井戸構造でも実現可能である。
ングによる励起子のイオン化による振動子強度：fhhの
低減がもたらす吸収飽和を利用している。一方、本発明
では、従来技術と同様の振動子強度：fhhの低減に加え
て、励起子吸収ピークエネルギーのブルーシフトによっ
て吸収飽和が増強される。従って、従来技術に比べて、
更なる可飽和吸収体の飽和エネルギーの低減化を図るこ
とが可能になる。本発明では、より小さな（電界スクリ
ーニングによる）内部電界変化によって、より大きな励
起子吸収ピークのブルーシフトを得るために、通常のフ
ラット型量子井戸構造（図１０(B)参照）に代えて、図
１１(A)に例示するようなグレーデッド型量子井戸構造
または、図１１(B)に例示するようなステップ型量子井
戸構造を用いる。西等の計算結果によれば、グレーデッ
ド型量子井戸構造を用いた場合、フラット型量子井戸構
造に比べて、小さな内部電界変化によって、小さな振動
子強度変化のもとで大きなブルーシフトが得られる（図
１２参照、参考文献：西他、アプライドフィジックスレ
ター、第５１巻，３２０頁（１９８７））。ここで、図
１２(A)は、GaAs/GaAlAs励起子吸収ピークの変化を表
し、図１２(B)は、励起子振動子強度変化を表す。図１
２の実線は、グレーデッド型量子井戸構造に対する結果
であり、破線は、従来のフラット型量子井戸構造に対す
る結果である。以上の結果は、図１１(B)のようなステ
ップ型量子井戸構造でも実現可能である。
【００２１】次に、本発明による可飽和吸収体の（吸
収）回復時間の短縮化について説明する。従来技術で
は、光パルスをレンズを用いて可飽和吸収体面上に集光
し、光励起キャリアの面内方向の拡散を増大させること
によって、回復時間の短縮化を図った（図８参照）。本
発明では、従来技術の集光による回復時間の短縮化に加
えて、電界スクリーニングによって光励起キャリアの面
内方向の拡散速度が増大するため、更なる回復時間の短
縮化が可能となる。これについての詳細を以下説明す
る。
収）回復時間の短縮化について説明する。従来技術で
は、光パルスをレンズを用いて可飽和吸収体面上に集光
し、光励起キャリアの面内方向の拡散を増大させること
によって、回復時間の短縮化を図った（図８参照）。本
発明では、従来技術の集光による回復時間の短縮化に加
えて、電界スクリーニングによって光励起キャリアの面
内方向の拡散速度が増大するため、更なる回復時間の短
縮化が可能となる。これについての詳細を以下説明す
る。
【００２２】本発明では、可飽和吸収体を構成する量子
井戸層に垂直に逆定電圧が印加されている。上述したよ
うに、吸収によって生じた光励起キャリアによって、外
部印加電界がスクリーニングされる。その結果、励起領
域（即ち、集光領域）における電子、正孔に対するポテ
ンシャルエネルギーは、非励起領域のそれに比べて大き
くなるため、ポテンシャルの傾きが可飽和吸収体の面内
（特に、励起領域と非励起領域との境界付近）に生じる
（図１３参照）。図１３(A)は可飽和吸収体の断面図を
示し、光励起キャリアの面内方向の拡がりをモデルで示
している。図１３(B)はそのエネルギーバンド図であ
る。このポテンシャルの傾きは、電界ドリフト効果を引
き起こし、光励起キャリアの面内方向の拡がりを促進さ
せるため、従来技術に比べて、更なる回復時間の短縮化
が可能となる。以上述べた、電界スクリーニング効果が
引き起こす、電界ドリフト効果による光励起キャリアの
面内拡散運動の増大は、理論と実験の両面から確認され
ている（文献：林他、IEEE量子エレクトロニクス、第２
９巻、２６５５頁（１９９３））。本発明はこうした事
象をモード同期レーザに応用せんとするものである。
井戸層に垂直に逆定電圧が印加されている。上述したよ
うに、吸収によって生じた光励起キャリアによって、外
部印加電界がスクリーニングされる。その結果、励起領
域（即ち、集光領域）における電子、正孔に対するポテ
ンシャルエネルギーは、非励起領域のそれに比べて大き
くなるため、ポテンシャルの傾きが可飽和吸収体の面内
（特に、励起領域と非励起領域との境界付近）に生じる
（図１３参照）。図１３(A)は可飽和吸収体の断面図を
示し、光励起キャリアの面内方向の拡がりをモデルで示
している。図１３(B)はそのエネルギーバンド図であ
る。このポテンシャルの傾きは、電界ドリフト効果を引
き起こし、光励起キャリアの面内方向の拡がりを促進さ
せるため、従来技術に比べて、更なる回復時間の短縮化
が可能となる。以上述べた、電界スクリーニング効果が
引き起こす、電界ドリフト効果による光励起キャリアの
面内拡散運動の増大は、理論と実験の両面から確認され
ている（文献：林他、IEEE量子エレクトロニクス、第２
９巻、２６５５頁（１９９３））。本発明はこうした事
象をモード同期レーザに応用せんとするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明に係るモード同期レーザの
実施例につき、添付図面を参照しながら、以下詳細に説
明する。
実施例につき、添付図面を参照しながら、以下詳細に説
明する。
【００２４】（実施例１）図１を用いて、外部共振器型
受動モード同期レーザの実施例について説明する。図１
(A)は、本実施例の受動モード同期レーザの構成図であ
る。この構成は、ARコートミラー２を片端面に有する半
導体レーザダイオード１と、そのレーザダイオードから
出射した光ビーム９を逆バイアスされた可飽和吸収体６
上に集光するためのレンズ３、５と、周波数チャープ補
償のためのプリズム４と、高反射ミラー７からなる。
受動モード同期レーザの実施例について説明する。図１
(A)は、本実施例の受動モード同期レーザの構成図であ
る。この構成は、ARコートミラー２を片端面に有する半
導体レーザダイオード１と、そのレーザダイオードから
出射した光ビーム９を逆バイアスされた可飽和吸収体６
上に集光するためのレンズ３、５と、周波数チャープ補
償のためのプリズム４と、高反射ミラー７からなる。
【００２５】次に、逆バイアスされた可飽和吸収体６
を、図１(B)と図１(C)を用いて詳細に説明する。図１
(B)は可飽和吸収体６の断面構造を示す図である。結晶
方位（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92
μm、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金
属気相成長（MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epita
xy)法により、n型InPバッファー層１２（λg=0.92μm、
ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、さらに、n型In
GaAsP層１３（λg=1.1μm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μ
m）を成長する。次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重
量子井戸層１４を成長し、さらに、p型InGaAsP層１５
（λg=1.1μm、アクセプター濃度：NA=2x1018cm-3、厚
さ0.3μm）を成長して構成される。尚、１６はｐ側電
極、１７はｎ側電極である。
を、図１(B)と図１(C)を用いて詳細に説明する。図１
(B)は可飽和吸収体６の断面構造を示す図である。結晶
方位（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92
μm、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金
属気相成長（MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epita
xy)法により、n型InPバッファー層１２（λg=0.92μm、
ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、さらに、n型In
GaAsP層１３（λg=1.1μm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μ
m）を成長する。次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重
量子井戸層１４を成長し、さらに、p型InGaAsP層１５
（λg=1.1μm、アクセプター濃度：NA=2x1018cm-3、厚
さ0.3μm）を成長して構成される。尚、１６はｐ側電
極、１７はｎ側電極である。
【００２６】図１(C)に、 InGaAs/InGaAsP多重量子井戸
層１４の構成を詳細に示すために、多重量子井戸層の
１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を
示す。表示は通例の方法である。障壁層１８、２０は、
アンドープInGaAsP層（λg=1.15μm、厚さ15nm）で形成
される。量子井戸層１９は、厚さが１０nmで、禁制帯幅
波長：λgが、１.４５μmから１.５５μmまで線形に変
化するグレーデッド型量子井戸構造をしている。また、
層１８はn側に、層２０はp側に形成される。
層１４の構成を詳細に示すために、多重量子井戸層の
１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を
示す。表示は通例の方法である。障壁層１８、２０は、
アンドープInGaAsP層（λg=1.15μm、厚さ15nm）で形成
される。量子井戸層１９は、厚さが１０nmで、禁制帯幅
波長：λgが、１.４５μmから１.５５μmまで線形に変
化するグレーデッド型量子井戸構造をしている。また、
層１８はn側に、層２０はp側に形成される。
【００２７】次に、図１(B)に示すように、まず、側面
の一部をウエットエッチング技術で取り去り、n側電極
１７を、AuGeNi/Auをn-InP基板１１上に蒸着することに
よって形成する。最後に、p側電極１６を、光を十分に
透過し、かつ伝導性を有するAu薄膜（厚さ10nm）を、p
型InGaAsP層１５上に蒸着することによって形成する。
の一部をウエットエッチング技術で取り去り、n側電極
１７を、AuGeNi/Auをn-InP基板１１上に蒸着することに
よって形成する。最後に、p側電極１６を、光を十分に
透過し、かつ伝導性を有するAu薄膜（厚さ10nm）を、p
型InGaAsP層１５上に蒸着することによって形成する。
【００２８】本実施例は、InGaAs/InP系材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用可能である。
他の材料系、例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用可能である。
【００２９】（実施例２）図２を用いて、外部共振器型
受動モード同期レーザの実施例について説明する。図２
(A)は、本実施例の受動モード同期レーザの構成図であ
る。その構成は、ARコートミラー２を片端面に有する半
導体レーザダイオード１と、そのレーザダイオードから
出射した光ビーム９を逆バイアスされた可飽和吸収体６
上に集光するためのレンズ３、５と、周波数チャープ補
償のためのプリズム４と、高反射ミラー７からなる。
受動モード同期レーザの実施例について説明する。図２
(A)は、本実施例の受動モード同期レーザの構成図であ
る。その構成は、ARコートミラー２を片端面に有する半
導体レーザダイオード１と、そのレーザダイオードから
出射した光ビーム９を逆バイアスされた可飽和吸収体６
上に集光するためのレンズ３、５と、周波数チャープ補
償のためのプリズム４と、高反射ミラー７からなる。
【００３０】次に、逆バイアスされた可飽和吸収体６
を、図２(B)と図２(C)を用いて詳細に説明する。結晶方
位（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μ
m、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金属
気相成長（MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitax
y)法により、n型InPバッファー層 １２（λg=0.92μm、
ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、さらに、n型In
GaAsP層１３（λg=1.1μm，ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μ
m）を成長する。次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重
量子井戸層１４を成長し、さらに、p型InGaAsP層１５
（λg=1.1μm、アクセプター濃度：NA=2x1018cm-3、厚
さ0.3μm）を成長する。
を、図２(B)と図２(C)を用いて詳細に説明する。結晶方
位（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μ
m、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金属
気相成長（MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitax
y)法により、n型InPバッファー層 １２（λg=0.92μm、
ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、さらに、n型In
GaAsP層１３（λg=1.1μm，ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μ
m）を成長する。次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重
量子井戸層１４を成長し、さらに、p型InGaAsP層１５
（λg=1.1μm、アクセプター濃度：NA=2x1018cm-3、厚
さ0.3μm）を成長する。
【００３１】図２(C)に, InGaAs/InGaAsP多重量子井戸
層１４の構成を詳細に示すために、多重量子井戸層の
１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を
示す。障壁層１８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg
=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。層１８はn側に、
層２０はp側に形成される。量子井戸層２１は、アンド
ープInGaAsP層（λg=1.45μm、厚さ5nm）とアンドープI
nGaAsP層（λg=1.55μm、厚さ5nm）からなるステップ型
量子井戸構造をしている。このステップ型量子井戸構造
は、実施例１で用いた、グレーデッド型量子井戸構造と
同等の効果を期待することができ、その上、グレーデッ
ド型量子井戸構造と比較して、容易に作製できるという
利点を有する。
層１４の構成を詳細に示すために、多重量子井戸層の
１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を
示す。障壁層１８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg
=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。層１８はn側に、
層２０はp側に形成される。量子井戸層２１は、アンド
ープInGaAsP層（λg=1.45μm、厚さ5nm）とアンドープI
nGaAsP層（λg=1.55μm、厚さ5nm）からなるステップ型
量子井戸構造をしている。このステップ型量子井戸構造
は、実施例１で用いた、グレーデッド型量子井戸構造と
同等の効果を期待することができ、その上、グレーデッ
ド型量子井戸構造と比較して、容易に作製できるという
利点を有する。
【００３２】次に、図２(B)に示すように、まず、側面
の一部をウエットエッチング技術で取り去り、n側電極
１７を、AuGeNi/Auをn-InP基板１１上に蒸着することに
よって形成する。最後に、p側電極１６を、光を十分に
透過し、かつ伝導性を有するAu薄膜（厚さ10nm）を，p
型InGaAsP層１５上に蒸着することによって形成する。
の一部をウエットエッチング技術で取り去り、n側電極
１７を、AuGeNi/Auをn-InP基板１１上に蒸着することに
よって形成する。最後に、p側電極１６を、光を十分に
透過し、かつ伝導性を有するAu薄膜（厚さ10nm）を，p
型InGaAsP層１５上に蒸着することによって形成する。
【００３３】本実施例は、InGaAs/InP系材料に限らず、
他の材料系，例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用可能である。
他の材料系，例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用可能である。
【００３４】（実施例３）図３を用いて、外部共振器型
ハイブリッドモード同期レーザの実施例について説明す
る。図３(A)は、本実施例のハイブリッドモード同期レ
ーザの構成図である。その構成は、AR(Anti-Reflectio
n: AR)コートミラー２を片端面に有する半導体レーザダ
イオード１と、そのレーザダイオードから出射した光ビ
ーム９を逆バイアスされた可飽和吸収体６上に集光する
ためのレンズ３、５と、周波数チャープ補償のためのプ
リズム４と、高反射ミラー７からなる。半導体レーザに
は，共振器長等から決定される繰り返し周波数を有する
変調電流２２（Radio Frequency：RF信号）が印加され
る。
ハイブリッドモード同期レーザの実施例について説明す
る。図３(A)は、本実施例のハイブリッドモード同期レ
ーザの構成図である。その構成は、AR(Anti-Reflectio
n: AR)コートミラー２を片端面に有する半導体レーザダ
イオード１と、そのレーザダイオードから出射した光ビ
ーム９を逆バイアスされた可飽和吸収体６上に集光する
ためのレンズ３、５と、周波数チャープ補償のためのプ
リズム４と、高反射ミラー７からなる。半導体レーザに
は，共振器長等から決定される繰り返し周波数を有する
変調電流２２（Radio Frequency：RF信号）が印加され
る。
【００３５】次に、逆バイアスされた可飽和吸収体６
を、図３(B)と(C)を用いて詳細に説明する。結晶方位
（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μ
m、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金属
気相成長（MOVPE：Metal OrganicVapor Phase Epitaxy)
法により、n型InPバッファー層 １２（λg=0.92μm、ND
=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、さらに、n型InGa
AsP層１３（λg=1.1μm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）
を成長する。次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重量子
井戸層１４を成長し、さらに、p型InGaAsP層１５（λg=
1.1μm、アクセプター濃度：NA=2x1018cm-3、厚さ0.3μ
m）を成長する。
を、図３(B)と(C)を用いて詳細に説明する。結晶方位
（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μ
m、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金属
気相成長（MOVPE：Metal OrganicVapor Phase Epitaxy)
法により、n型InPバッファー層 １２（λg=0.92μm、ND
=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、さらに、n型InGa
AsP層１３（λg=1.1μm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）
を成長する。次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重量子
井戸層１４を成長し、さらに、p型InGaAsP層１５（λg=
1.1μm、アクセプター濃度：NA=2x1018cm-3、厚さ0.3μ
m）を成長する。
【００３６】図３(C)に, InGaAs/InGaAsP多重量子井戸
層１４の構成を詳細に示すために、多重量子井戸層の
１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を
示す。障壁層１８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg
=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。量子井戸層１９
は、厚さが１０nmで、禁制帯幅波長：λgが、１.４５μ
mから１.５５μmまで線形に変化するグレーデッド型量
子井戸構造をしている。ここで，この量子井戸層は，図
２(C)で示したステップ型量子井戸構造でもよい。ま
た，層１８はn側に、層２０はp側に形成される。
層１４の構成を詳細に示すために、多重量子井戸層の
１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を
示す。障壁層１８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg
=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。量子井戸層１９
は、厚さが１０nmで、禁制帯幅波長：λgが、１.４５μ
mから１.５５μmまで線形に変化するグレーデッド型量
子井戸構造をしている。ここで，この量子井戸層は，図
２(C)で示したステップ型量子井戸構造でもよい。ま
た，層１８はn側に、層２０はp側に形成される。
【００３７】次に、図３(B)に示すように、まず、側面
の一部をウエットエッチング技術で取り去り、n側電極
１７を、AuGeNi/Auをn-InP基板１１上に蒸着することに
よって形成する。最後に、p側電極１６を、光を十分に
透過し、かつ伝導性を有するAu薄膜（厚さ10nm）を，p
型InGaAsP層１５上に蒸着することによって形成する。
の一部をウエットエッチング技術で取り去り、n側電極
１７を、AuGeNi/Auをn-InP基板１１上に蒸着することに
よって形成する。最後に、p側電極１６を、光を十分に
透過し、かつ伝導性を有するAu薄膜（厚さ10nm）を，p
型InGaAsP層１５上に蒸着することによって形成する。
【００３８】本実施例は、InGaAs/InP系材料に限らず、
他の材料系，例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用可能である。
他の材料系，例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用可能である。
【００３９】（実施例４）図４を用いて、外部共振器型
衝突パルスモード同期レーザの実施例について説明す
る。図４(A)は、本実施例の衝突パルスモード同期レー
ザの構成図である。その構成は、ARコートミラー２を片
端面に有する半導体レーザダイオード１が二つと、その
レーザダイオードから出射した光ビーム９を逆バイアス
された可飽和吸収体６上に集光するためのレンズ３、５
が２組と、周波数チャープ補償のための二つのプリズム
４からなる。可飽和吸収体６は，二つの半導体レーザ１
から形成される共振器の中央に位置する。
衝突パルスモード同期レーザの実施例について説明す
る。図４(A)は、本実施例の衝突パルスモード同期レー
ザの構成図である。その構成は、ARコートミラー２を片
端面に有する半導体レーザダイオード１が二つと、その
レーザダイオードから出射した光ビーム９を逆バイアス
された可飽和吸収体６上に集光するためのレンズ３、５
が２組と、周波数チャープ補償のための二つのプリズム
４からなる。可飽和吸収体６は，二つの半導体レーザ１
から形成される共振器の中央に位置する。
【００４０】次に、逆バイアスされた可飽和吸収体６
を、図４(B)と図４(C)を用いて詳細に説明する。結晶方
位（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μ
m、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金属
気相成長（MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitax
y)法により、n型InPバッファー層１２（λg=0.92μm、N
D=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、さらに、n型InG
aAsP層１３（λg=1.1mm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）
を成長する。次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重量子
井戸層１４を成長し、さらに、p型InGaAsP層１５（λg=
1.1μm、アクセプター濃度：NA=2x1018cm-3、厚さ0.3μ
m）を成長する。
を、図４(B)と図４(C)を用いて詳細に説明する。結晶方
位（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μ
m、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金属
気相成長（MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitax
y)法により、n型InPバッファー層１２（λg=0.92μm、N
D=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、さらに、n型InG
aAsP層１３（λg=1.1mm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）
を成長する。次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重量子
井戸層１４を成長し、さらに、p型InGaAsP層１５（λg=
1.1μm、アクセプター濃度：NA=2x1018cm-3、厚さ0.3μ
m）を成長する。
【００４１】図４(C)に，InGaAs/InGaAsP多重量子井戸
層１４の構成を詳細に示すために、多重量子井戸層の
１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を
示す。障壁層１８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg
=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。量子井戸層１９
は、厚さが１０nmで、禁制帯幅波長：λgが、１.４５μ
mから１.５５μmまで線形に変化するグレーデッド型量
子井戸構造をしている。ここで，この量子井戸層は，図
２(C)で示したステップ型量子井戸構造でもよい。ま
た，層１８はn側に、層２０はp側に形成される。
層１４の構成を詳細に示すために、多重量子井戸層の
１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を
示す。障壁層１８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg
=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。量子井戸層１９
は、厚さが１０nmで、禁制帯幅波長：λgが、１.４５μ
mから１.５５μmまで線形に変化するグレーデッド型量
子井戸構造をしている。ここで，この量子井戸層は，図
２(C)で示したステップ型量子井戸構造でもよい。ま
た，層１８はn側に、層２０はp側に形成される。
【００４２】次に、光透過のための窓を有するn側電極
１７を、AuGeNi/Auをn-InP基板１１上に蒸着することに
よって形成する。最後に、p側電極１６を、光を十分に
透過し、かつ伝導性を有するAu薄膜（厚さ10nm）を，p
型InGaAsP層１５上に蒸着することによって形成する。
１７を、AuGeNi/Auをn-InP基板１１上に蒸着することに
よって形成する。最後に、p側電極１６を、光を十分に
透過し、かつ伝導性を有するAu薄膜（厚さ10nm）を，p
型InGaAsP層１５上に蒸着することによって形成する。
【００４３】本実施例は、InGaAs/InP系材料に限らず、
他の材料系，例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用できる。
他の材料系，例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用できる。
【００４４】（実施例５）図５を用いて、電界吸収型光
強度変調器を有するモード同期レーザの実施例について
説明する。図５(A)は、本実施例の電界吸収型光強度変
調器を有するモード同期レーザの断面図である。結晶方
位（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μ
m、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金属
気相成長（MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitax
y)法により、n型InPバッファー層 １２（λg=0.92μm、
ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、次に、２０周
期のInGaAs/InGaAsP多重量子井戸光変調領域２３を成長
する。この多重量子井戸層の１.５周期の伝導帯と価電
子帯のエネルギーバンド図を図５(B)示す。障壁層１
８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg=1.15μm、厚さ
15nm）で形成される。量子井戸層１９は、厚さが１０nm
で、禁制帯幅波長：λgが、１.４５μmから１.５５μm
まで線形に変化するグレーデッド型量子井戸構造をして
いる。ここで，この量子井戸層は、図２(C)で示したス
テップ型量子井戸構造でもよい。また、層１８はn側
に、層２０はp側に形成される。さらに、InPスペーサー
層２４（λg=0.92μm、厚さ10nm）を成長し、その上にI
nGaAs量子井戸層（λg=1.55μm、厚さ10nm）とInGaAsP
障壁層（λg=1.15μm、厚さ10nm）からなる５周期の多
重量子井戸層２５を形成する。次に、電界吸収型光強度
変調器２８の多重量子井戸層２５を化学エッチングで取
り去り、その後、p型InPクラッド層２６（λg=0.92μ
m、厚さ0.3μm）とp型InGaAsPキャップ層２７（λg=1.1
5μm、厚さ0.1μm）を成長する。次に、p型InGaAsPキャ
ップ層２７を化学エッチングで分離し、各領域に、Au/A
uZnを蒸着することによって、電界吸収型光強度変調器
２８と利得領域２９のp型電極１６を形成する。n側電極
１７は、AuGeNi/Auをn型InP基板１１上に蒸着すること
によって形成される。共振器は、電界吸収型光強度変調
器２８側のHR(Half-Reflection: HR)コートミラー３０
と利得領域２９側の劈開面ミラー３１によって形成され
る。電界吸収型光強度変調器２８には、交流電圧電源３
２が接続されている。また、利得領域２９には、順バイ
アス電源１０が接続されている。
強度変調器を有するモード同期レーザの実施例について
説明する。図５(A)は、本実施例の電界吸収型光強度変
調器を有するモード同期レーザの断面図である。結晶方
位（００１）面の n型-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μ
m、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）基板１１上に有機金属
気相成長（MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitax
y)法により、n型InPバッファー層 １２（λg=0.92μm、
ND=2x1018cm-3、厚さ0.3μm）を成長し、次に、２０周
期のInGaAs/InGaAsP多重量子井戸光変調領域２３を成長
する。この多重量子井戸層の１.５周期の伝導帯と価電
子帯のエネルギーバンド図を図５(B)示す。障壁層１
８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg=1.15μm、厚さ
15nm）で形成される。量子井戸層１９は、厚さが１０nm
で、禁制帯幅波長：λgが、１.４５μmから１.５５μm
まで線形に変化するグレーデッド型量子井戸構造をして
いる。ここで，この量子井戸層は、図２(C)で示したス
テップ型量子井戸構造でもよい。また、層１８はn側
に、層２０はp側に形成される。さらに、InPスペーサー
層２４（λg=0.92μm、厚さ10nm）を成長し、その上にI
nGaAs量子井戸層（λg=1.55μm、厚さ10nm）とInGaAsP
障壁層（λg=1.15μm、厚さ10nm）からなる５周期の多
重量子井戸層２５を形成する。次に、電界吸収型光強度
変調器２８の多重量子井戸層２５を化学エッチングで取
り去り、その後、p型InPクラッド層２６（λg=0.92μ
m、厚さ0.3μm）とp型InGaAsPキャップ層２７（λg=1.1
5μm、厚さ0.1μm）を成長する。次に、p型InGaAsPキャ
ップ層２７を化学エッチングで分離し、各領域に、Au/A
uZnを蒸着することによって、電界吸収型光強度変調器
２８と利得領域２９のp型電極１６を形成する。n側電極
１７は、AuGeNi/Auをn型InP基板１１上に蒸着すること
によって形成される。共振器は、電界吸収型光強度変調
器２８側のHR(Half-Reflection: HR)コートミラー３０
と利得領域２９側の劈開面ミラー３１によって形成され
る。電界吸収型光強度変調器２８には、交流電圧電源３
２が接続されている。また、利得領域２９には、順バイ
アス電源１０が接続されている。
【００４５】本実施例は、InGaAs/InP系材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用できる。
他の材料系、例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用できる。
【００４６】（実施例６）図６を用いて、半導体集積受
動モード同期レーザの実施例について説明する。図６
(A)は、本実施例の半導体集積受動モード同期レーザの
断面図である。結晶方位（００１）面の n型-InP（禁制
帯幅波長：λg=0.92μm、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）
基板１１上に有機金属気相成長（MOVPE：Metal Organic
Vapor PhaseEpitaxy)法により、n型InPバッファー層１
２（λg=0.92μm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.3mm）を成長
し、次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重量子井戸光変
調領域２３を成長する。この多重量子井戸層の１.５周
期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を図５(B)
示す。障壁層１８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg
=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。量子井戸層１９
は、厚さが１０nmで、禁制帯幅波長：λgが、１.４５μ
mから１.５５μmまで線形に変化するグレーデッド型量
子井戸構造をしている。ここで、この量子井戸層は、図
２(C)で示したステップ型量子井戸構造でもよい。ま
た、層１８はn側に、層２０はp側に形成される。さら
に、InPスペーサー層２４（λg=0.92μm、厚さ10nm）を
成長し、その上にInGaAs量子井戸層（λg=1.55μm、厚
さ10nm）とInGaAsP障壁層（λg=1.15μm、厚さ10nm）か
らなる５周期の多重量子井戸層２５を形成する。次に、
可飽和吸収領域３３の多重量子井戸層２５を化学エッチ
ングで取り去り、その後、p型InPクラッド層２６（λg=
0.92μm、厚さ0.3μm）とp型InGaAsPキャップ層２７
（λg=1.15μm、厚さ0.1mm）を成長する。次に、p型InG
aAsPキャップ層２７を化学エッチングで分離し、各領域
に、Au/AuZnを蒸着することによって、可飽和吸収領域
３３と利得領域２９のp型電極１６を形成する。n側電極
１７は、AuGeNi/Auをn型InP基板１１上に蒸着すること
によって形成される。共振器は、可飽和吸収領域３３側
のHR(Half-Reflection: HR)コートミラー３０と利得領
域側の劈開面ミラー３１によって形成される。
動モード同期レーザの実施例について説明する。図６
(A)は、本実施例の半導体集積受動モード同期レーザの
断面図である。結晶方位（００１）面の n型-InP（禁制
帯幅波長：λg=0.92μm、ドナー濃度：ND=2x1018cm-3）
基板１１上に有機金属気相成長（MOVPE：Metal Organic
Vapor PhaseEpitaxy)法により、n型InPバッファー層１
２（λg=0.92μm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.3mm）を成長
し、次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重量子井戸光変
調領域２３を成長する。この多重量子井戸層の１.５周
期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド図を図５(B)
示す。障壁層１８、２０は、アンドープInGaAsP層（λg
=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。量子井戸層１９
は、厚さが１０nmで、禁制帯幅波長：λgが、１.４５μ
mから１.５５μmまで線形に変化するグレーデッド型量
子井戸構造をしている。ここで、この量子井戸層は、図
２(C)で示したステップ型量子井戸構造でもよい。ま
た、層１８はn側に、層２０はp側に形成される。さら
に、InPスペーサー層２４（λg=0.92μm、厚さ10nm）を
成長し、その上にInGaAs量子井戸層（λg=1.55μm、厚
さ10nm）とInGaAsP障壁層（λg=1.15μm、厚さ10nm）か
らなる５周期の多重量子井戸層２５を形成する。次に、
可飽和吸収領域３３の多重量子井戸層２５を化学エッチ
ングで取り去り、その後、p型InPクラッド層２６（λg=
0.92μm、厚さ0.3μm）とp型InGaAsPキャップ層２７
（λg=1.15μm、厚さ0.1mm）を成長する。次に、p型InG
aAsPキャップ層２７を化学エッチングで分離し、各領域
に、Au/AuZnを蒸着することによって、可飽和吸収領域
３３と利得領域２９のp型電極１６を形成する。n側電極
１７は、AuGeNi/Auをn型InP基板１１上に蒸着すること
によって形成される。共振器は、可飽和吸収領域３３側
のHR(Half-Reflection: HR)コートミラー３０と利得領
域側の劈開面ミラー３１によって形成される。
【００４７】この場合、利得領域２９には、順バイアス
電源１０が接続されているが、変調電流を印加すると、
ハイブリッドモード同期レーザとして動作する。
電源１０が接続されているが、変調電流を印加すると、
ハイブリッドモード同期レーザとして動作する。
【００４８】本実施例は、InGaAs/InP系材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用できる。
他の材料系、例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用できる。
【００４９】（実施例７）図７を用いて、半導体集積衝
突パルスモード同期レーザの実施例について説明する。
図７(A)は、本実施例の半導体集積衝突パルスモード同
期レーザの断面図である。結晶方位（００１）面の n型
-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μm、ドナー濃度：ND=2x
1018cm-3）基板１１上に有機金属気相成長（MOVPE：Met
al Organic Vapor Phase Epitaxy)法により、n型InPバ
ッファー層１２（λg=0.92μm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.
3μm）を成長し、次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重
量子井戸光変調領域２３を成長する。この多重量子井戸
層の１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド
図を図５(B)示す。障壁層１８、２０は、アンドープInG
aAsP層（λg=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。量子
井戸層１９は、厚さが１０nmで、禁制帯幅波長：λ
gが、１.４５μmから１.５５μmまで線形に変化するグ
レーデッド型量子井戸構造をしている。ここで、この量
子井戸層は、図２(C)で示したステップ型量子井戸構造
でもよい。また、層１８はn側に、層２０はp側に形成さ
れる。さらに、InPスペーサー層２４（λg=0.92μm、厚
さ10nm）を成長し、その上にInGaAs量子井戸層（λg=1.
55μm、厚さ10nm）とInGaAsP障壁層（λg=1.15μm、厚
さ10nm）からなる５周期の多重量子井戸層２５を形成す
る。次に、可飽和吸収領域３３の多重量子井戸層２５を
化学エッチングで取り去り、その後、p型InPクラッド層
２６（λg=0.92μm、厚さ0.3μm）とp型InGaAsPキャッ
プ層２７（λg=1.15μm、厚さ0.1μm）を成長する。次
に、p型InGaAsPキャップ層２７を化学エッチングで三つ
の電極に分離し、各領域に、Au/AuZnを蒸着することに
よって、可飽和吸収領域３３と利得領域２９のp型電極
１６を形成する。n側電極１７は、AuGeNi/Auをn型InP基
板１１上に蒸着することによって形成される。共振器
は、劈開面ミラー３１によって形成される。また、利得
領域２９には、順バイアス電源１０が接続されている。
突パルスモード同期レーザの実施例について説明する。
図７(A)は、本実施例の半導体集積衝突パルスモード同
期レーザの断面図である。結晶方位（００１）面の n型
-InP（禁制帯幅波長：λg=0.92μm、ドナー濃度：ND=2x
1018cm-3）基板１１上に有機金属気相成長（MOVPE：Met
al Organic Vapor Phase Epitaxy)法により、n型InPバ
ッファー層１２（λg=0.92μm、ND=2x1018cm-3、厚さ0.
3μm）を成長し、次に、２０周期のInGaAs/InGaAsP多重
量子井戸光変調領域２３を成長する。この多重量子井戸
層の１.５周期の伝導帯と価電子帯のエネルギーバンド
図を図５(B)示す。障壁層１８、２０は、アンドープInG
aAsP層（λg=1.15μm、厚さ15nm）で形成される。量子
井戸層１９は、厚さが１０nmで、禁制帯幅波長：λ
gが、１.４５μmから１.５５μmまで線形に変化するグ
レーデッド型量子井戸構造をしている。ここで、この量
子井戸層は、図２(C)で示したステップ型量子井戸構造
でもよい。また、層１８はn側に、層２０はp側に形成さ
れる。さらに、InPスペーサー層２４（λg=0.92μm、厚
さ10nm）を成長し、その上にInGaAs量子井戸層（λg=1.
55μm、厚さ10nm）とInGaAsP障壁層（λg=1.15μm、厚
さ10nm）からなる５周期の多重量子井戸層２５を形成す
る。次に、可飽和吸収領域３３の多重量子井戸層２５を
化学エッチングで取り去り、その後、p型InPクラッド層
２６（λg=0.92μm、厚さ0.3μm）とp型InGaAsPキャッ
プ層２７（λg=1.15μm、厚さ0.1μm）を成長する。次
に、p型InGaAsPキャップ層２７を化学エッチングで三つ
の電極に分離し、各領域に、Au/AuZnを蒸着することに
よって、可飽和吸収領域３３と利得領域２９のp型電極
１６を形成する。n側電極１７は、AuGeNi/Auをn型InP基
板１１上に蒸着することによって形成される。共振器
は、劈開面ミラー３１によって形成される。また、利得
領域２９には、順バイアス電源１０が接続されている。
【００５０】本実施例は、InGaAs/InP系材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用できる。
他の材料系、例えばAlGaAs/GaAs系の材料においても適
用できる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、多重量子井戸構造にお
ける励起子吸収の非線形性をより増大できるため、可飽
和吸収体の飽和エネルギーの更なる低減化を図ることが
可能となり、モード同期レーザの超短パルス化が実現で
きる。さらに、本発明によれば、可飽和吸収体の回復時
間の更なる短縮化を行うことでき、安定したパルス列の
発生、繰り返し周波数の増大が実現できる。最後に、本
発明によれば、多重量子井戸構造からなる電界吸収型光
強度変調器を有する能動モード同期レーザの短パルス化
と安定動作を可能にする。以上のモード同期レーザは、
計測用または、長距離大容量光通信用の短パルス発生光
源に好適である。
ける励起子吸収の非線形性をより増大できるため、可飽
和吸収体の飽和エネルギーの更なる低減化を図ることが
可能となり、モード同期レーザの超短パルス化が実現で
きる。さらに、本発明によれば、可飽和吸収体の回復時
間の更なる短縮化を行うことでき、安定したパルス列の
発生、繰り返し周波数の増大が実現できる。最後に、本
発明によれば、多重量子井戸構造からなる電界吸収型光
強度変調器を有する能動モード同期レーザの短パルス化
と安定動作を可能にする。以上のモード同期レーザは、
計測用または、長距離大容量光通信用の短パルス発生光
源に好適である。
【図１】本発明による第一の実施例を示す図。
【図２】本発明による第二の実施例を示す図。
【図３】本発明による第三の実施例を示す図。
【図４】本発明による第四の実施例を示す図。
【図５】本発明による第五の実施例を示す図。
【図６】本発明による第六の実施例を示す図。
【図７】本発明による第七の実施例を示す図。
【図８】従来型のモード同期レーザを示す図。
【図９】従来型の電界吸収型光強度変調器を有するモー
ド同期レーザを示す図。
ド同期レーザを示す図。
【図１０】光励起キャリアの電界スクリーニング効果に
よる量子井戸層内の電子と正孔の波動関数と量子化エネ
ルギーの変化を示す図。
よる量子井戸層内の電子と正孔の波動関数と量子化エネ
ルギーの変化を示す図。
【図１１】(A)グレーデッド型量子井戸層と(B)ステップ
型量子井戸層のエネルギーバンド図。
型量子井戸層のエネルギーバンド図。
【図１２】垂直電界印加時のグレーデッド型量子井戸層
における(A)励起子吸収ピークエネルギーと(B)励起子振
動子強度エネルギー変化を示す図。
における(A)励起子吸収ピークエネルギーと(B)励起子振
動子強度エネルギー変化を示す図。
【図１３】本発明による可飽和吸収体における光励起キ
ャリアの面内拡散運動を示す図。
ャリアの面内拡散運動を示す図。
１…半導体レーザ、２…ARコートミラー、３…レンズ、
４…プリズム、５…レンズ、６…可飽和吸収体、７…高
反射ミラー、８…逆バイアス電源、９、光ビーム、１０
…順バイアス電源、１１…n型InP基板、１２…n型InPバ
ッファー層、１３…n型InGaAsP層、１４…InGaAsP/InP
多重量子井戸層、１５…p型InGaAsP層、１６…p側電
極、１７…n側電極、１８…InGaAsP障壁層、１９…グレ
ーデッド型量子井戸層、２０…InGaAsP障壁層、２１…
ステップ型量子井戸層、２２…RF順バイアス電源、２３
…InGaAsP多重量子井戸光変調領域、２４…InPスペーサ
ー層、２５…InGaAsP多重量子井戸増幅領域、２６…p型
InPクラッド層、２７…p型InGaAsPキャップ層、２８…
電界吸収型光強度変調器、２９…利得領域、３０…HRコ
ートミラー、３１…劈開面ミラー、３２…交流電圧電
源、３３…可飽和吸収領域。
４…プリズム、５…レンズ、６…可飽和吸収体、７…高
反射ミラー、８…逆バイアス電源、９、光ビーム、１０
…順バイアス電源、１１…n型InP基板、１２…n型InPバ
ッファー層、１３…n型InGaAsP層、１４…InGaAsP/InP
多重量子井戸層、１５…p型InGaAsP層、１６…p側電
極、１７…n側電極、１８…InGaAsP障壁層、１９…グレ
ーデッド型量子井戸層、２０…InGaAsP障壁層、２１…
ステップ型量子井戸層、２２…RF順バイアス電源、２３
…InGaAsP多重量子井戸光変調領域、２４…InPスペーサ
ー層、２５…InGaAsP多重量子井戸増幅領域、２６…p型
InPクラッド層、２７…p型InGaAsPキャップ層、２８…
電界吸収型光強度変調器、２９…利得領域、３０…HRコ
ートミラー、３１…劈開面ミラー、３２…交流電圧電
源、３３…可飽和吸収領域。
Claims (9)
- 【請求項１】グレーデッド型量子井戸構造からなる可飽
和吸収体を有することを特徴とするモード同期レーザ。 - 【請求項２】ステップ型量子井戸構造からなる可飽和吸
収体を有することを特徴とするモード同期レーザ。 - 【請求項３】逆バイアス電圧が印加された請求項１また
は２記載の可飽和吸収体を有することを特徴とするモー
ド同期レーザ。 - 【請求項４】請求項１、２または請求項３記載の可飽和
吸収体を有することを特徴とする外部共振器型受動モー
ド同期レーザ。 - 【請求項５】請求項１、２または請求項３記載の可飽和
吸収体を有することを特徴とする外部共振器型ハイブリ
ッドモード同期レーザ。 - 【請求項６】請求項１、２または請求項３記載の可飽和
吸収体を有することを特徴とする外部共振器型衝突パル
スモード同期レーザ。 - 【請求項７】請求項４、５または６記載のモード同期レ
ーザをモノリシックに集積化した半導体集積モード同期
レーザ。 - 【請求項８】請求項１または２記載の可飽和吸収体と同
構造の電界吸収型光強度変調器を有することを特徴とす
る外部共振器型能動モード同期レーザ。 - 【請求項９】請求項８記載の電界吸収型光強度変調器を
有することを特徴とする半導体能動モード同期レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8007132A JPH09199799A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | モード同期レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8007132A JPH09199799A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | モード同期レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199799A true JPH09199799A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=11657560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8007132A Pending JPH09199799A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | モード同期レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09199799A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000223790A (ja) * | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Toshiba Corp | 窒化物系半導体レーザ装置 |
| EP1188207A1 (en) * | 1999-06-22 | 2002-03-20 | The Regents of the University of California | A semiconductor laser having a reflecting mirror which comprises a saturable bragg reflector |
| CN113314929A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-27 | 长春理工大学 | 具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用 |
| CN113659440A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-11-16 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种超高频光学频率梳量子点锁模激光器及其制备方法 |
-
1996
- 1996-01-19 JP JP8007132A patent/JPH09199799A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000223790A (ja) * | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Toshiba Corp | 窒化物系半導体レーザ装置 |
| EP1188207A1 (en) * | 1999-06-22 | 2002-03-20 | The Regents of the University of California | A semiconductor laser having a reflecting mirror which comprises a saturable bragg reflector |
| JP2003521106A (ja) * | 1999-06-22 | 2003-07-08 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 可飽和ブラッグ反射器を含む反射鏡を有する半導体レーザ |
| EP1188207A4 (en) * | 1999-06-22 | 2005-09-21 | Univ California | SEMICONDUCTOR LASER DEVICE EQUIPPED WITH A RETURN MIRROR HAVING A SAGABLE BRAGG REFLECTOR |
| CN113314929A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-27 | 长春理工大学 | 具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用 |
| CN113314929B (zh) * | 2021-05-13 | 2022-05-20 | 长春理工大学 | 具有可饱和吸收和反饱和吸收特性的饱和吸收体及其应用 |
| CN113659440A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-11-16 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种超高频光学频率梳量子点锁模激光器及其制备方法 |
| CN113659440B (zh) * | 2021-09-10 | 2023-09-22 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种超高频光学频率梳量子点锁模激光器及其制备方法 |
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