JPH1084130A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JPH1084130A JPH1084130A JP23702696A JP23702696A JPH1084130A JP H1084130 A JPH1084130 A JP H1084130A JP 23702696 A JP23702696 A JP 23702696A JP 23702696 A JP23702696 A JP 23702696A JP H1084130 A JPH1084130 A JP H1084130A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】コヒーレンスを変化させてコヒーレント光とス
ーパールミネッセント光を出射し得る発光素子を提供す
る。 【解決手段】裏面にｎ電極２０が設けられた基板１６の
上面に、化合物半導体から成るダブルヘテロ構造の半導
体部１５が積層されている。半導体部１５のキャップ層
２５の一部に、光出射面に向かって漸次広がるフレア形
状の凸部１３とストライプ形状の凸部１１，１２が形成
されて成る所謂リッジ構造により、半導体部１５及び基
板１６にこれらの凸部１１，１２，１３に応じた第１利
得領域とコヒーレント制御電流注入領域及びフレア型利
得領域を有する導波路が実現される。ｐ電極１７，１９
を介して第１利得領域とフレア型利得領域にドライブ電
流を注入し、ｐ電極を介してコヒーレント制御電流注入
領域に変調電圧を印加又は変調電流を注入すると、変調
電圧又は変調電流のレベルに応じて出射光のスペクトル
半値幅を可変制御することができ、コヒーレンスがレー
ザー状態からスーパールミネッセント状態の間で変化す
る出射光が得られる。
ーパールミネッセント光を出射し得る発光素子を提供す
る。 【解決手段】裏面にｎ電極２０が設けられた基板１６の
上面に、化合物半導体から成るダブルヘテロ構造の半導
体部１５が積層されている。半導体部１５のキャップ層
２５の一部に、光出射面に向かって漸次広がるフレア形
状の凸部１３とストライプ形状の凸部１１，１２が形成
されて成る所謂リッジ構造により、半導体部１５及び基
板１６にこれらの凸部１１，１２，１３に応じた第１利
得領域とコヒーレント制御電流注入領域及びフレア型利
得領域を有する導波路が実現される。ｐ電極１７，１９
を介して第１利得領域とフレア型利得領域にドライブ電
流を注入し、ｐ電極を介してコヒーレント制御電流注入
領域に変調電圧を印加又は変調電流を注入すると、変調
電圧又は変調電流のレベルに応じて出射光のスペクトル
半値幅を可変制御することができ、コヒーレンスがレー
ザー状態からスーパールミネッセント状態の間で変化す
る出射光が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレンスを変
化させ、高コヒーレント光とスーパールミネッセント光
を出射し得る発光素子に関する。
化させ、高コヒーレント光とスーパールミネッセント光
を出射し得る発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】高輝度の発光素子として、半導体レーザ
ー（ＬＤ）とスーパールミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）が知られている。半導体レーザーは、高輝度の光を
出射するが、戻り光などのコヒーレントノイズによりＳ
Ｎ比が劣化するので、これを回避する手段として、アイ
ソレータを外部光学系に挿入したり、半導体レーザーに
自励発振する構造を設けたり、注入電流に高周波を重畳
するなどの方法が採られている。スーパールミネッセン
トダイオードは、高輝度で低コヒーレントな光を出射す
るので、光源として光ファイバージャイロなどの光計測
や光通信分野で利用されている。
ー（ＬＤ）とスーパールミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）が知られている。半導体レーザーは、高輝度の光を
出射するが、戻り光などのコヒーレントノイズによりＳ
Ｎ比が劣化するので、これを回避する手段として、アイ
ソレータを外部光学系に挿入したり、半導体レーザーに
自励発振する構造を設けたり、注入電流に高周波を重畳
するなどの方法が採られている。スーパールミネッセン
トダイオードは、高輝度で低コヒーレントな光を出射す
るので、光源として光ファイバージャイロなどの光計測
や光通信分野で利用されている。
【０００３】スーパールミネッセントダイオードと半導
体レーザーは、同様の構造を有している。しかし、半導
体レーザーは、共振器内で発生する誘導放出光をその共
振器内で繰り返し反射させることにより増幅させて、共
振器モードに結合した周波数の高コヒーレント光を出射
させることが基本となっているのに対し、スーパールミ
ネッセントダイオードは、誘導放出光を共振器モードに
結合させないで低コヒーレント光として出射させること
が基本となっている。
体レーザーは、同様の構造を有している。しかし、半導
体レーザーは、共振器内で発生する誘導放出光をその共
振器内で繰り返し反射させることにより増幅させて、共
振器モードに結合した周波数の高コヒーレント光を出射
させることが基本となっているのに対し、スーパールミ
ネッセントダイオードは、誘導放出光を共振器モードに
結合させないで低コヒーレント光として出射させること
が基本となっている。
【０００４】スーパールミネッセントダイオードにおい
て、この誘導放出光を共振器モードに結合させないで低
コヒーレント光として出射させるためには、半導体レー
ザと同様の共振器内での誘導放出光の反射を極力抑える
ことにより、レーザー発振を抑止する方法が採られてい
る。具体的には、下記の文献（１）ないし（３）に開示
された方法が採られている。
て、この誘導放出光を共振器モードに結合させないで低
コヒーレント光として出射させるためには、半導体レー
ザと同様の共振器内での誘導放出光の反射を極力抑える
ことにより、レーザー発振を抑止する方法が採られてい
る。具体的には、下記の文献（１）ないし（３）に開示
された方法が採られている。
【０００５】下記文献（１）では、前記共振器中に光吸
収領域を設け、誘導放出光の出射側でない端面の反射率
を低減させることにより、レーザー発振を抑止する。文
献（２）では、共振器中に出射光に対して透明な窓領域
（即ち、出射光を透過する窓領域）を設け、出射側でな
い端面の反射率を低減させることによりレーザー発振を
抑止する。文献（３）では、共振器ストライプと反射端
面との成す角度を９０°ではない角度に設定することに
より、反射光が直接出射面に出ないようにしてレーザー
発振を抑止する。 （１）N.S.K.Kwong 他、IEEE J.QuantumnElectron. ,Vo
l 25,No.4,p696,1989 （２）K.Tateoka 他、IEEE J.QuantumnElectron. ,Vol
27,No.6,p1568,1991 （３）G.A.Alphonse 他、IEEE J.QuantumnElectron. ,V
ol 24,No.12,p2454,1988
収領域を設け、誘導放出光の出射側でない端面の反射率
を低減させることにより、レーザー発振を抑止する。文
献（２）では、共振器中に出射光に対して透明な窓領域
（即ち、出射光を透過する窓領域）を設け、出射側でな
い端面の反射率を低減させることによりレーザー発振を
抑止する。文献（３）では、共振器ストライプと反射端
面との成す角度を９０°ではない角度に設定することに
より、反射光が直接出射面に出ないようにしてレーザー
発振を抑止する。 （１）N.S.K.Kwong 他、IEEE J.QuantumnElectron. ,Vo
l 25,No.4,p696,1989 （２）K.Tateoka 他、IEEE J.QuantumnElectron. ,Vol
27,No.6,p1568,1991 （３）G.A.Alphonse 他、IEEE J.QuantumnElectron. ,V
ol 24,No.12,p2454,1988
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
レーザーとスーパールミネッセントダイオードでは、夫
々の構造により特性が一義的に決定してしまうため、半
導体レーザーでは高コヒーレント光、スーパールミネッ
セントダイオードでは低コヒーレント光しか得られず、
また、そのコヒーレンスは一定の出力強度においては変
化させることができなかった。
レーザーとスーパールミネッセントダイオードでは、夫
々の構造により特性が一義的に決定してしまうため、半
導体レーザーでは高コヒーレント光、スーパールミネッ
セントダイオードでは低コヒーレント光しか得られず、
また、そのコヒーレンスは一定の出力強度においては変
化させることができなかった。
【０００７】本発明は、出射光のコヒーレンスを変化さ
せることができ、低コヒーレント光と高コヒーレント光
を出射することができる発光素子を提供することを目的
とする。
せることができ、低コヒーレント光と高コヒーレント光
を出射することができる発光素子を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、同一基板上に形成され電気的に相互
に分離された少なくとも２つの領域を有する導波路を有
し、前記領域がそれぞれ独立に順バイアス若しくは逆バ
イアスされるダブルヘテロ構造の化合物半導体から成る
発光素子であって、前記一方の領域が光出射面に向かっ
て漸次広がるフレア構造を有し、前記他の領域がストラ
イプ状の構造を有し、前記ストライプ状の領域に変調電
圧を印加又は変調電流を注入することにより、コヒーレ
ンスがレーザー状態からスーパールミネッセント状態の
間で変化する出射光を前記光出射面より出射させる構造
とした。
るために本発明は、同一基板上に形成され電気的に相互
に分離された少なくとも２つの領域を有する導波路を有
し、前記領域がそれぞれ独立に順バイアス若しくは逆バ
イアスされるダブルヘテロ構造の化合物半導体から成る
発光素子であって、前記一方の領域が光出射面に向かっ
て漸次広がるフレア構造を有し、前記他の領域がストラ
イプ状の構造を有し、前記ストライプ状の領域に変調電
圧を印加又は変調電流を注入することにより、コヒーレ
ンスがレーザー状態からスーパールミネッセント状態の
間で変化する出射光を前記光出射面より出射させる構造
とした。
【０００９】
【実施の形態】図１は実施の形態に係る発光素子の要部
構造を示す斜視図である。同図において、この発光素子
は、基板１６の上面に積層された半導体部１５と、この
半導体部１５の上面に相互に電気的に独立するように分
離して成形された３個のｐ電極１７，１８，１９と、基
板１６の裏面に成形されたｎ電極２０とを有している。
構造を示す斜視図である。同図において、この発光素子
は、基板１６の上面に積層された半導体部１５と、この
半導体部１５の上面に相互に電気的に独立するように分
離して成形された３個のｐ電極１７，１８，１９と、基
板１６の裏面に成形されたｎ電極２０とを有している。
【００１０】半導体部１５は、有機金属気相成長法（Ｍ
Ｏ−ＣＤＶ法）により、基板１６の上面に、バッファ層
２１、下クラッド層２２、活性層２３、上クラッド層２
４、及びキャップ層２５の順番で積層されたダブルヘテ
ロ構造を有している。バッファー層２１は厚さ約０．６
μｍ、下クラッド層２２及び上クラッド層２４は厚さ約
２μｍ、活性層２３は厚さ約０．１〜０．２μｍであ
り、バッファ層２１と下クラッド層２４がｎ型、活性層
２３がノンドープ、上クラッド層２４及びキャップ層２
５がｐ型にドープされている。
Ｏ−ＣＤＶ法）により、基板１６の上面に、バッファ層
２１、下クラッド層２２、活性層２３、上クラッド層２
４、及びキャップ層２５の順番で積層されたダブルヘテ
ロ構造を有している。バッファー層２１は厚さ約０．６
μｍ、下クラッド層２２及び上クラッド層２４は厚さ約
２μｍ、活性層２３は厚さ約０．１〜０．２μｍであ
り、バッファ層２１と下クラッド層２４がｎ型、活性層
２３がノンドープ、上クラッド層２４及びキャップ層２
５がｐ型にドープされている。
【００１１】更に、キャップ層２５は、厚さ約１μｍの
平坦部分と、その平坦部分よりも上方に突出成形され且
つ凹欠部１４にて相互に分離された２個のストライプ状
の凸部１１，１２及びフレア形状の凸部１３より成る所
謂リッジ型の構造を有している。これら凸部１１，１
２，１３及び凹欠部１４によるリッジ型構造にて、活性
領域２３に利得導波の差などを発生させ横方向について
等価的にバリアを生ぜしめることにより、三次元的に光
を閉じ込める導波路を半導体部１５及び基板１６に生じ
させている。
平坦部分と、その平坦部分よりも上方に突出成形され且
つ凹欠部１４にて相互に分離された２個のストライプ状
の凸部１１，１２及びフレア形状の凸部１３より成る所
謂リッジ型の構造を有している。これら凸部１１，１
２，１３及び凹欠部１４によるリッジ型構造にて、活性
領域２３に利得導波の差などを発生させ横方向について
等価的にバリアを生ぜしめることにより、三次元的に光
を閉じ込める導波路を半導体部１５及び基板１６に生じ
させている。
【００１２】即ち、この導波路は、図２に示す如く、凸
部１１の形状に対応するストライプ状の第１利得領域３
１と、凸部１２の形状に対応するストライプ状のコヒー
レンス制御電流注入領域３２と、凸部１３に対応するフ
レア形状のフレア型利得領域３３、及び凹欠部１４の存
在によりこれらの領域３１，３２，３３の間を分離する
分離領域とから成り、これらの領域が前記リッジ型構造
により結合している。
部１１の形状に対応するストライプ状の第１利得領域３
１と、凸部１２の形状に対応するストライプ状のコヒー
レンス制御電流注入領域３２と、凸部１３に対応するフ
レア形状のフレア型利得領域３３、及び凹欠部１４の存
在によりこれらの領域３１，３２，３３の間を分離する
分離領域とから成り、これらの領域が前記リッジ型構造
により結合している。
【００１３】次に、かかる構造を有する発光素子の作動
を説明する。図２に示す如く、ｐ電極１７，１９を介し
て第一利得領域３１とフレア型利得領域３３に直流のド
ライブ電流を順バイアスで注入し、これらの領域３１，
３３にて誘導放出光を誘起させ、コヒーレンス制御電流
注入領域３２には、ｐ電極１８を介して逆バイアスの変
調電圧又は順バイアスの変調電流を注入し、この変調電
圧の電圧値又は変調電流の電流値を変化させることによ
り、出射光のスペクトル半値幅ＦＷＨＭ（半値全幅）の
制御を可能にしている。
を説明する。図２に示す如く、ｐ電極１７，１９を介し
て第一利得領域３１とフレア型利得領域３３に直流のド
ライブ電流を順バイアスで注入し、これらの領域３１，
３３にて誘導放出光を誘起させ、コヒーレンス制御電流
注入領域３２には、ｐ電極１８を介して逆バイアスの変
調電圧又は順バイアスの変調電流を注入し、この変調電
圧の電圧値又は変調電流の電流値を変化させることによ
り、出射光のスペクトル半値幅ＦＷＨＭ（半値全幅）の
制御を可能にしている。
【００１４】このように、コヒーレンス制御電流注入領
域３２に変調電流を注入又は変調電圧を印加すると、そ
の変調電流又は変調電圧の値に応じて、出射光のスペク
トル半値幅を半導体レーザーと同じ狭スペクトル幅とス
ーパールミネッセントダイオードと同じ広スペクトル幅
に時系列的に変化させることができる。即ち、変調電圧
又は変調電流の値に応じて、出射光のコヒーレンスを変
えることができ、高コヒーレント光を出射する半導体レ
ーザーと低コヒーレント光を出射するスーパールミネッ
セントダイオードとの両者の機能を持った発光素子が実
現される。
域３２に変調電流を注入又は変調電圧を印加すると、そ
の変調電流又は変調電圧の値に応じて、出射光のスペク
トル半値幅を半導体レーザーと同じ狭スペクトル幅とス
ーパールミネッセントダイオードと同じ広スペクトル幅
に時系列的に変化させることができる。即ち、変調電圧
又は変調電流の値に応じて、出射光のコヒーレンスを変
えることができ、高コヒーレント光を出射する半導体レ
ーザーと低コヒーレント光を出射するスーパールミネッ
セントダイオードとの両者の機能を持った発光素子が実
現される。
【００１５】尚、図１及び図２では、第一利得領域３１
とコヒーレント制御電流注入領域３２及びフレア型利得
領域３３の３領域を有する導波路を生ぜしめるようにし
たが、第一利得領域３１の非出射面側の領域をコヒーレ
ンス制御電流注入領域としてもよい。即ち、少なくとも
直流のドライブ電流が順バイアスで注入されるフレア型
利得領域３３と、変調電流の注入若しくは変調電圧が印
加されるコヒーレント制御電流注入領域３２の２個の領
域を有する導波路が実現されるようにすればよい。
とコヒーレント制御電流注入領域３２及びフレア型利得
領域３３の３領域を有する導波路を生ぜしめるようにし
たが、第一利得領域３１の非出射面側の領域をコヒーレ
ンス制御電流注入領域としてもよい。即ち、少なくとも
直流のドライブ電流が順バイアスで注入されるフレア型
利得領域３３と、変調電流の注入若しくは変調電圧が印
加されるコヒーレント制御電流注入領域３２の２個の領
域を有する導波路が実現されるようにすればよい。
【００１６】図３は、コヒーレント制御電流注入領域３
２に注入する変調電流Ｉc（ｍＡ）をパラメータとし、
第一利得領域３１及びフレア型利得領域３３に注入する
ドライブ電流Ｉd（ｍＡ）を変化させたときの出射光の
パワー（ｍＷ）の特性を示す。また、図４は、出射光の
パワーを２（ｍＷ）に固定し、変調電流Ｉc（ｍＡ）を
変化させたときのスペクトル半値幅ＦＷＨＭの変化特性
を示している。
２に注入する変調電流Ｉc（ｍＡ）をパラメータとし、
第一利得領域３１及びフレア型利得領域３３に注入する
ドライブ電流Ｉd（ｍＡ）を変化させたときの出射光の
パワー（ｍＷ）の特性を示す。また、図４は、出射光の
パワーを２（ｍＷ）に固定し、変調電流Ｉc（ｍＡ）を
変化させたときのスペクトル半値幅ＦＷＨＭの変化特性
を示している。
【００１７】図３において、変調電流Ｉcを０ｍＡに設
定したときには、明らかにしきい値電流ＩTHDを持った
半導体レーザーと同じ特性を示す。これに対し、変調電
流Ｉcを増加すると、しきい値電流ＩTHDが曖昧となり、
スーパールミネッセントダイオードと同じ特性を示す。
定したときには、明らかにしきい値電流ＩTHDを持った
半導体レーザーと同じ特性を示す。これに対し、変調電
流Ｉcを増加すると、しきい値電流ＩTHDが曖昧となり、
スーパールミネッセントダイオードと同じ特性を示す。
【００１８】この図３の特性において出射光のパワーを
２ｍＷ一定としたときに、変調電流Ｉcを変化させる
と、図４に示す如く、出射光のスペクトル半値幅ＦＷＨ
Ｍが、１ｎｍから１６ｎｍの範囲（コヒーレンス長に換
算して、０．８ｍｍから４８μｍに相当）で変化するこ
とから、変調電流Ｉcを変化させることでスペクトル半
値幅ＦＷＨＭを可変制御できることが確認された。
２ｍＷ一定としたときに、変調電流Ｉcを変化させる
と、図４に示す如く、出射光のスペクトル半値幅ＦＷＨ
Ｍが、１ｎｍから１６ｎｍの範囲（コヒーレンス長に換
算して、０．８ｍｍから４８μｍに相当）で変化するこ
とから、変調電流Ｉcを変化させることでスペクトル半
値幅ＦＷＨＭを可変制御できることが確認された。
【００１９】このような現象は、ストライプ状のコヒー
レント制御電流注入領域３２とフレア状のフレア型利得
領域３３とを有する導波路を実現した結果生じたもので
ある。例えば、図１に示すキャップ層２５に形成された
フレア形状の凸部１９に代えて、ストライプ状の凸部を
形成し、このストライプ状の凸部によるリッジ構造に
て、半導体部１５及び基板１６内にストライプ状の利得
領域を生ぜしめ、このストライプ状の利得領域にドライ
ブ電流Ｉd、コヒーレント制御電流注入領域３２に変調
電流Ｉcを注入するようにした場合には、図３と同様
に、ドライブ電流Ｉd対出力パワーの特性におけるしき
い値電流ＩTHDは変化するが、図４のような特性、即
ち、変調電流Ｉcによってスペクトル半値幅ＦＷＨＭが
変化する特性は得られず、単に半導体レーザーと同様の
特性しか得られない。
レント制御電流注入領域３２とフレア状のフレア型利得
領域３３とを有する導波路を実現した結果生じたもので
ある。例えば、図１に示すキャップ層２５に形成された
フレア形状の凸部１９に代えて、ストライプ状の凸部を
形成し、このストライプ状の凸部によるリッジ構造に
て、半導体部１５及び基板１６内にストライプ状の利得
領域を生ぜしめ、このストライプ状の利得領域にドライ
ブ電流Ｉd、コヒーレント制御電流注入領域３２に変調
電流Ｉcを注入するようにした場合には、図３と同様
に、ドライブ電流Ｉd対出力パワーの特性におけるしき
い値電流ＩTHDは変化するが、図４のような特性、即
ち、変調電流Ｉcによってスペクトル半値幅ＦＷＨＭが
変化する特性は得られず、単に半導体レーザーと同様の
特性しか得られない。
【００２０】また、図１に示す凸部１１，１２，１３を
凹欠部１４にて分離せず、これらの凸部１１，１２，１
３を一体化して、この一体化したリッジ構造にて半導体
部１５及び基板１６内にドライブ電流Ｉdを注入するた
めの利得領域を有する導波路を生ぜしめ、変調電流Ｉc
を注入するためのコヒーレント制御電流注入領域３２を
設けないようにした場合には、そのドライブ電流Ｉdに
対する出射光のパワーの特性は、スーパールミネッセン
トダイオードと同様の特性になる。更に、スペクトル半
値幅ＦＷＨＭも、出射光のパワーが変化するときには変
化する。例えば、スペクトル半値幅ＦＷＨＭは、出射光
のパワーが１ｍＷのときに１５ｎｍ、出射光のパワーが
５ｍＷのときには３ｎｍのように変化する。しかし、出
射光のパワーが一定のときには、半値幅ＦＷＨＭを変化
させることはできない。
凹欠部１４にて分離せず、これらの凸部１１，１２，１
３を一体化して、この一体化したリッジ構造にて半導体
部１５及び基板１６内にドライブ電流Ｉdを注入するた
めの利得領域を有する導波路を生ぜしめ、変調電流Ｉc
を注入するためのコヒーレント制御電流注入領域３２を
設けないようにした場合には、そのドライブ電流Ｉdに
対する出射光のパワーの特性は、スーパールミネッセン
トダイオードと同様の特性になる。更に、スペクトル半
値幅ＦＷＨＭも、出射光のパワーが変化するときには変
化する。例えば、スペクトル半値幅ＦＷＨＭは、出射光
のパワーが１ｍＷのときに１５ｎｍ、出射光のパワーが
５ｍＷのときには３ｎｍのように変化する。しかし、出
射光のパワーが一定のときには、半値幅ＦＷＨＭを変化
させることはできない。
【００２１】更に、本実施の形態において得られる現象
は、導波路にフレア型利得領域３３とコヒーレント制御
電流注入領域３２を備えたことによる効果に起因するも
のと考えられる。
は、導波路にフレア型利得領域３３とコヒーレント制御
電流注入領域３２を備えたことによる効果に起因するも
のと考えられる。
【００２２】まず、フレア型利得領域３３の効果につい
て考察する。通常のストライプ状のリッジ構造を備えた
半導体レーザーでは、幅が２〜３μｍのストライプ状の
利得領域にドライブ電流を注入し、活性領域の横方向の
キャリア密度分布によって生じる利得差及び屈折率差に
より光を三次元的に閉じ込めるための導波路を実現する
ことにより、安定な基本モード発振を得ている。これに
対して、図１及び図２に示したように、フレア状の凸部
１３によるリッジ構造にて、光出射面側に行くに従って
次第に横方向の幅が大きくなっていくフレア型利得領域
３３を有する導波路を実現するようにした本実施の形態
では、光出射面側のキャリア分布が広くなり、光を閉じ
込めるための利得差及び屈折率差が十分に得られなくな
り、高次モード発振が起こりやすくなる。しかしなが
ら、非出射面側の導波路は、このようなフレア状ではな
くストライプ状であるため、発振モードは基本モードと
なるが不安定な状況になる。
て考察する。通常のストライプ状のリッジ構造を備えた
半導体レーザーでは、幅が２〜３μｍのストライプ状の
利得領域にドライブ電流を注入し、活性領域の横方向の
キャリア密度分布によって生じる利得差及び屈折率差に
より光を三次元的に閉じ込めるための導波路を実現する
ことにより、安定な基本モード発振を得ている。これに
対して、図１及び図２に示したように、フレア状の凸部
１３によるリッジ構造にて、光出射面側に行くに従って
次第に横方向の幅が大きくなっていくフレア型利得領域
３３を有する導波路を実現するようにした本実施の形態
では、光出射面側のキャリア分布が広くなり、光を閉じ
込めるための利得差及び屈折率差が十分に得られなくな
り、高次モード発振が起こりやすくなる。しかしなが
ら、非出射面側の導波路は、このようなフレア状ではな
くストライプ状であるため、発振モードは基本モードと
なるが不安定な状況になる。
【００２３】一方、しきい値電流ＩTHDに関しては、フ
レア利得領域３３により活性領域の面積が増えることか
ら、同一のドライブ電流Ｉdを注入したときの注入電流
密度が、ストライプ状の利得領域の場合よりも低下する
こととなり、しきい値電流ＩTHDが増加する。また、フ
レア利得領域３３全体が発光領域として機能するが、し
きい値電流ＩTHD以下の範囲ではしきい値電流密度に到
達せず、発振に至らない状態で発生した自然放出光及び
誘導放出光の合成光が低コヒーレントな放出光、即ちス
ーパールミネッセント光として大きく寄与するものと考
えられる。
レア利得領域３３により活性領域の面積が増えることか
ら、同一のドライブ電流Ｉdを注入したときの注入電流
密度が、ストライプ状の利得領域の場合よりも低下する
こととなり、しきい値電流ＩTHDが増加する。また、フ
レア利得領域３３全体が発光領域として機能するが、し
きい値電流ＩTHD以下の範囲ではしきい値電流密度に到
達せず、発振に至らない状態で発生した自然放出光及び
誘導放出光の合成光が低コヒーレントな放出光、即ちス
ーパールミネッセント光として大きく寄与するものと考
えられる。
【００２４】次に、コヒーレンス制御領域３２の効果に
ついて考察する。半導体レーザーが発振するためのしき
い値利得ｇは、反射鏡の反射率をＲf，Ｒr、レーザ媒質
の長さ（共振器長）をＬ、共振器の単位長当たりの損失
をαiとすれば、 ｇ＝αi＋（１／２Ｌ）・ｌｎ（１／ＲfＲr） と記述され、利得ｇと共振器の損失が釣り合ったときに
発振する。
ついて考察する。半導体レーザーが発振するためのしき
い値利得ｇは、反射鏡の反射率をＲf，Ｒr、レーザ媒質
の長さ（共振器長）をＬ、共振器の単位長当たりの損失
をαiとすれば、 ｇ＝αi＋（１／２Ｌ）・ｌｎ（１／ＲfＲr） と記述され、利得ｇと共振器の損失が釣り合ったときに
発振する。
【００２５】一方、スーパールミネッセントダイオード
においては、かかる発振を抑止してできるだけ高出力の
スーパールミネッセント光を得ることが必要になる。こ
のため、反射率Ｒf，Ｒrの積（Ｒf・Ｒr）をできるだけ
小さくすることによって、共振器内の損失（上記式の第
２項）を増大させる手法が一般的に採られている。
においては、かかる発振を抑止してできるだけ高出力の
スーパールミネッセント光を得ることが必要になる。こ
のため、反射率Ｒf，Ｒrの積（Ｒf・Ｒr）をできるだけ
小さくすることによって、共振器内の損失（上記式の第
２項）を増大させる手法が一般的に採られている。
【００２６】これに対し本実施の形態では、共振器（導
波路）内に非利得領域としてのコヒーレント制御電流注
入領域３２を設け、このコヒーレント制御電流注入領域
３２での損失αiを増大させることによって、しきい値
利得ｇを増大させる方法が講じられている。更に、コヒ
ーレント制御電流注入領域３２に逆バイアスの変調電圧
を印加又は順バイアスの変調電流Ｉcを注入することに
よりこの領域３２での光の吸収及び利得を変化させるこ
とにより共振器内の損失αiを可変でき、しきい値電流
ＩTHDの増減の制御を可能にしている。
波路）内に非利得領域としてのコヒーレント制御電流注
入領域３２を設け、このコヒーレント制御電流注入領域
３２での損失αiを増大させることによって、しきい値
利得ｇを増大させる方法が講じられている。更に、コヒ
ーレント制御電流注入領域３２に逆バイアスの変調電圧
を印加又は順バイアスの変調電流Ｉcを注入することに
よりこの領域３２での光の吸収及び利得を変化させるこ
とにより共振器内の損失αiを可変でき、しきい値電流
ＩTHDの増減の制御を可能にしている。
【００２７】また、これらフレア型利得領域３３とコヒ
ーレント制御電流注入領域３２との両者の効果によって
も、コヒーレント光と低コヒーレント光の放出及びコヒ
ーレンスの制御が可能になるものと考えられる。
ーレント制御電流注入領域３２との両者の効果によって
も、コヒーレント光と低コヒーレント光の放出及びコヒ
ーレンスの制御が可能になるものと考えられる。
【００２８】前述した如く、ストライプ状の導波路を採
用して損失αiを制御しようとした場合には、しきい値
電流ＩTHDの増大を招くが、出射光のパワーが１ｍＷ程
度でレーザ発振を開始してしまい、この単なるしきい値
電流ＩTHDの増大効果のみでは、大出力でスペクトル半
値幅ＦＷＨＭの拡いスーパールミネッセント光を得るこ
とができない。
用して損失αiを制御しようとした場合には、しきい値
電流ＩTHDの増大を招くが、出射光のパワーが１ｍＷ程
度でレーザ発振を開始してしまい、この単なるしきい値
電流ＩTHDの増大効果のみでは、大出力でスペクトル半
値幅ＦＷＨＭの拡いスーパールミネッセント光を得るこ
とができない。
【００２９】これに対して本実施の形態では、フレア型
利得領域３３を導波路に備えて、その領域における非利
得領域の損失変化が得られる手段を採用したので、出射
光のパワーを一定にしたときでも変調電流Ｉc又は変調
電圧に応じてスペクトル半値幅ＦＷＨＭを可変制御する
ことを可能にしている。例えば、出射光のパワーを２ｍ
Ｗ一定にしたときのスペクトル半値幅ＦＷＨＭを変調電
流Ｉc又は変調電圧に応じて変化させることを可能にし
ている。そして、しきい値利得ｇの増大に伴い、発振に
寄与しない自然放出光や誘導放出光が大出力まで放出さ
れ、スペクトル半値幅ＦＷＨＭの十分に広い大出力のス
ーパールミネッセント光の放射を可能にしている。
利得領域３３を導波路に備えて、その領域における非利
得領域の損失変化が得られる手段を採用したので、出射
光のパワーを一定にしたときでも変調電流Ｉc又は変調
電圧に応じてスペクトル半値幅ＦＷＨＭを可変制御する
ことを可能にしている。例えば、出射光のパワーを２ｍ
Ｗ一定にしたときのスペクトル半値幅ＦＷＨＭを変調電
流Ｉc又は変調電圧に応じて変化させることを可能にし
ている。そして、しきい値利得ｇの増大に伴い、発振に
寄与しない自然放出光や誘導放出光が大出力まで放出さ
れ、スペクトル半値幅ＦＷＨＭの十分に広い大出力のス
ーパールミネッセント光の放射を可能にしている。
【００３０】尚、本実施の形態では、三次元導波路を実
現するため手法として、キャップ層２５の一部に凸部１
１，１２，１３を形成するリッジ型を採用したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、このリッジ型と同
等の効果が得られる他の手法を用いてもよい。
現するため手法として、キャップ層２５の一部に凸部１
１，１２，１３を形成するリッジ型を採用したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、このリッジ型と同
等の効果が得られる他の手法を用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の発光素子に
よれば、フレア光出射面に向かって漸次広がるフレア構
造の領域とストライプ状の構造の領域を有する導波路を
構成し、フレア構造の領域を所定のバイアスに設定し
て、ストライプ状の構造を有する領域に変調電圧又は変
調電流を適用することで、出射光のスペクトル半値幅を
可変制御するようにしたので、コヒーレンスがレーザ状
態からスーパールミネッセント状態の間で変化する出射
光を得ることができる。
よれば、フレア光出射面に向かって漸次広がるフレア構
造の領域とストライプ状の構造の領域を有する導波路を
構成し、フレア構造の領域を所定のバイアスに設定し
て、ストライプ状の構造を有する領域に変調電圧又は変
調電流を適用することで、出射光のスペクトル半値幅を
可変制御するようにしたので、コヒーレンスがレーザ状
態からスーパールミネッセント状態の間で変化する出射
光を得ることができる。
【図１】発光素子の実施形態の構造を示す要部斜視図で
ある。
ある。
【図２】発光素子の作動を説明するための説明図であ
る。
る。
【図３】変調電流を変化させたときの、ドライブ電流に
対する出射光のパワーの変化特性を示す特性図である。
対する出射光のパワーの変化特性を示す特性図である。
【図４】変調電流を変化させたときの出射光のスペクト
ル半値幅の変化特性を示す特性図である。
ル半値幅の変化特性を示す特性図である。
１１，１２…ストライプ状凸部、１３…フレア状凸部、
１４…凹欠部、１５…半導体部、１６…基板、１７，１
８，１９…ｐ電極、２０…ｎ電極、２１…バッファ層、
２２…ｎ型クラッド層、２３…活性層，２４…ｐ型クラ
ッド層、２５…キャップ層、３１…第１利得領域、３２
…コヒーレンス制御電流注入領域、３３…フレア型利得
領域。
１４…凹欠部、１５…半導体部、１６…基板、１７，１
８，１９…ｐ電極、２０…ｎ電極、２１…バッファ層、
２２…ｎ型クラッド層、２３…活性層，２４…ｐ型クラ
ッド層、２５…キャップ層、３１…第１利得領域、３２
…コヒーレンス制御電流注入領域、３３…フレア型利得
領域。
Claims (1)
- 【請求項１】 同一基板上に形成され電気的に相互に分
離された少なくとも２つの領域を有する導波路を有し、
前記領域がそれぞれ独立に順バイアス若しくは逆バイア
スされるダブルヘテロ構造の化合物半導体から成る発光
素子であって、 前記一方の領域が光出射面に向かって漸次広がるフレア
構造を有し、前記他の領域がストライプ状の構造を有
し、前記ストライプ状の領域に変調電圧を印加又は変調
電流を注入することにより、コヒーレンスがレーザー状
態からスーパールミネッセント状態の間で変化する出射
光を前記光出射面より出射させることを特徴とする発光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23702696A JPH1084130A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23702696A JPH1084130A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1084130A true JPH1084130A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=17009300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23702696A Pending JPH1084130A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1084130A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011048869A1 (ja) * | 2009-10-22 | 2011-04-28 | 日本電気株式会社 | 波長可変レーザ装置、光モジュールおよび波長可変レーザの制御方法 |
| JP2011119630A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-06-16 | Sony Corp | 光装置 |
| CN103824920A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-05-28 | 中国科学院半导体研究所 | 输出功率和光谱形状独立可调的发光二极管的制作方法 |
| JP2015195379A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-05 | キヤノン株式会社 | 発光素子、前記発光素子を有する光源システム、及び前記光源システムを有する光干渉断層計 |
| US9341932B2 (en) | 2013-02-01 | 2016-05-17 | Seiko Epson Corporation | Light emitting device, super-luminescent diode, and projector |
| US9653641B2 (en) | 2014-12-24 | 2017-05-16 | Seiko Epson Corporation | Light emitting device and projector |
| US10109762B2 (en) | 2012-09-28 | 2018-10-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Light source and optical coherence tomography apparatus including the light source |
-
1996
- 1996-09-06 JP JP23702696A patent/JPH1084130A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011048869A1 (ja) * | 2009-10-22 | 2011-04-28 | 日本電気株式会社 | 波長可変レーザ装置、光モジュールおよび波長可変レーザの制御方法 |
| US8767781B2 (en) | 2009-10-22 | 2014-07-01 | Nec Corporation | Wavelength tunable laser device, optical module, and method of controlling wavelength tunable laser |
| JP2011119630A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-06-16 | Sony Corp | 光装置 |
| US10109762B2 (en) | 2012-09-28 | 2018-10-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Light source and optical coherence tomography apparatus including the light source |
| US9341932B2 (en) | 2013-02-01 | 2016-05-17 | Seiko Epson Corporation | Light emitting device, super-luminescent diode, and projector |
| CN103824920A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-05-28 | 中国科学院半导体研究所 | 输出功率和光谱形状独立可调的发光二极管的制作方法 |
| CN103824920B (zh) * | 2014-03-07 | 2016-04-20 | 中国科学院半导体研究所 | 输出功率和光谱形状独立可调的发光二极管的制作方法 |
| JP2015195379A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-05 | キヤノン株式会社 | 発光素子、前記発光素子を有する光源システム、及び前記光源システムを有する光干渉断層計 |
| US9653641B2 (en) | 2014-12-24 | 2017-05-16 | Seiko Epson Corporation | Light emitting device and projector |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050120 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050201 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050404 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050705 |