JPH11195833A

JPH11195833A - 発光デバイスおよびその使用方法

Info

Publication number: JPH11195833A
Application number: JP36824597A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Uchida; 護内田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-27
Filing date: 1997-12-27
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザの励起のための新たな構成及び新たなレ
ーザの励起方法である。【解決手段】レーザ１１０と、レーザ１１０を励起する
励起手段を有する発光デバイスである。励起手段は、レ
ーザ１１０ヘの光照射による光励起手段１０３及び該レ
ーザヘの電流注入手段を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、特に光イ
ンタタコネクトのための送信機や光交換機、および光情
報処理（メモリ、光演算、光コンピュータ等）などに用
いられる発光デバイスおよびその使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、層厚方向に垂直に共振させ光を取
り出す面発光レーザは、１）２次元アレイ化が可能なこ
と、２）低しきい値動作が可能なこと、３）劈開プロセ
スがないため作製プロセスが単純なことなど、通常の端
面発光レーザにない特徴を有するため、活発に研究が行
われている（例えば、H.Soda, K.Iga, Y.Kitahara and
Y.Suematsu, "GaInAsP/InP surface injection emittin
g lasers", Japan Journal of Applied Physics, vol.1
8, pp.2329-2330 (1979)参照）。この面発光レーザで
は、共振器長が数μｍと極めて短いため、原理的に低し
きい値で発振する。その反面、微小な活性層にキャリア
が集中するため、ジュール熱発生要因（ヘテロ界面での
非発光再結合、活性層からのキャリアのオーバフローな
ど）があると、自らが発熱源となって、しきい値の増大
や効率の劣化などの問題が生じ、この熱のために集積度
に制限が生じていた。

【０００３】従って、本発明の目的は、レーザの励起の
ための新たな構成及び新たなレーザの励起方法を提供す
ることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願に係る発光デバイス
は以下の通りである。レーザと、該レーザを励起する励
起手段を有する発光デバイスであって、該励起手段は、
該レーザヘの光照射による光励起手段及び該レーザヘの
電流注入手段を有するものであることを特徴とする発光
デバイス。

【０００５】本発明では、レーザの励起の際に光励起を
電流注入と合わせて行うことにより、電流注入のみで励
起を行う場合と比べて電流注入量を減らすことができ
る。それによりレーザにおける熱の発生を低減できる。
レーザの励起の程度を制御することにより、レーザの発
振状態を制御することができる。発振状態の制御は、非
発振状態と発振状態とを切替える制御であったり、ある
発振状態と他の発振状態とを切替える制御であったりす
る。より具体的には、光励起の程度、電流注入の程度の
少なくとも一方を制御することにより、発振状態を制御
することができる。

【０００６】本発明では、光励起を行うことにより注入
する電流量を減らすことができるため、熱の発生が問題
になりやすい、複数のレーザを設けたレーザアレイにお
いて特に有効である。更には、熱の発生を抑制できるこ
とにより、個々のレーザをより近接して配置することが
できるようになり、集積度をあげることができる。

【０００７】また、面発光レーザの場合にも特に熱の問
題が生じ易いので、熱の発生を低減できる本発明が有効
である。よって、本発明は、レーザが複数の面発光レー
ザにより構成された面発光レーザアレイである時に非常
に有益である。特に複数の面発光レーザが同一面上に設
けられていると、アレイの作成も容易であり、また光励
起のための光励起手段との位置合わせ等も容易になる。

【０００８】また、上記構成において、更に集光手段を
有しており、前記光励起手段からの光は該集光手段によ
り集光されて前記レーザに照射されるようにしてもよ
い。例えば、この集光手段は、前記レーザの活性層、も
しくは活性層近傍に光を集光するものであったり、前記
レーザがアレイ化されているものであれば、個々のレー
ザに、特には個々のレーザの活性層、もしくは活性層近
傍に光を集光するものであったりする。集光手段として
は例えばレンズ、特にはマイクロレンズを用いることが
でき、複数のレーザを用いる時にはレンズアレイ、特に
はマイクロレンズアレイを用いることができる。

【０００９】また、複数のレーザを設けた時に、複数の
レーザを、後述の第１実施例のように一括して励起する
ものであれば構成が容易になり、後述の第２実施例のよ
うに複数のレーザを個々に励起するものであれば、光励
起の程度を個々に制御することができたり、省電力にな
ったりというメリットがある。また複数のレーザを一部
毎に励起する様にしてもよい。また複数のレーザを個々
に制御する部分と、一部毎（２つ以上毎）に制御する部
分に分けてもよい。

【００１０】また、前記光励起手段と前記レーザは結合
して同一基板に形成されていたり、前記光励起手段と前
記レーザとは別個の基板に形成されていたり、前記光励
起手段と前記レーザとは別個の基板に形成された後、結
合されたものであったりする。この結合は、具体的には
接着剤で行うことができる。

【００１１】また、前記光励起のための光は、前記レー
ザの活性層で吸収されやすいように設定されているとよ
く、具体的には、光励起の為の光の波長スペクトルを活
性層で吸収されやすいように設定すればよい。また、活
性層に到るまでの層においては吸収されにくいように設
定しておくのが良い。

【００１２】また、本願に係るレーザの励起方法は以下
のように構成される。レーザの励起方法であって、該レ
ーザを、該レーザヘの光照射による光励起と、該レーザ
ヘの電流注入とによって励起することを特徴とするレー
ザの励起方法。

【００１３】前記レーザの励起の程度を制御することに
よって、前記レーザの発振状態を制御することができ
る。具体的には、前記光励起の程度、電流注入の程度の
少なくとも一方を制御することにより前記レーザの励起
の程度を制御することができる。

【００１４】また、本発明における光励起の程度は、そ
れのみによってレーザが発振できる程度に励起するもの
であったり、それのみによってはレーザが発振しない程
度に行うものであったりする。それのみによってレーザ
が発振しない程度に光励起を行う時は、電流注入による
励起と合わせて発振するようにすればよい。いずれにし
ても、光励起した状態から、電流注入による励起の程度
を制御することにより、容易にレーザの発振状態を制御
することができる。発振状態の制御としては、発振して
いない状態と、発振している状態とを切替える制御であ
ったり、ある状態で発振している状態から他の状態で発
振している状態に切替えるものであったりする。この場
合、ある強度で発振している状態から別の強度で発振し
ている状態に切替えるものであったり、ある偏波で発振
している状態から別の偏波で発振している状態に切替え
るものであったりする。光励起のみにより発振可能な程
度に光励起するようにすれば、電流注入は発振状態を制
御することが可能な程度に行えばよく、消費電力の点で
有利である。また、光励起の程度を制御することにより
発振状態を制御することも可能であるが、電流注入の程
度を制御することによって制御する方が構成が簡便であ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１実施例）図１は本発明の第
１実施例の側面構造模式図である。図１において、１０
３は面型ＬＥＤ構造のイルミネータ、１０２は平板マイ
クロレンズ、１０１は面発光レーザアレイである。イル
ミネータ１０３から一括して出射された励起光１０４
が、各面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１１０に対応して形
成された平板マイクロレンズ１０２の集光レンズ部１０
２ａ（屈折率の分布により集光作用を持つ様になってい
る）によって各面発光レーザ１１０の活性層４０４に集
光される様に、イルミネータ１０３、平板マイクロレン
ズ１０２、面発光レーザアレイ１０１は配置されてい
る。

【００１６】以下に本実施例の作製方法について説明す
る。本実施例の作製方法は、イルミネータ１０３の作
製、面発光レーザアレイ１０１の作製および両者の結合
の３工程からなる。

【００１７】［１］イルミネータ１０３の作製図２（ａ）はイルミネータ部分の平面図であり、図２
（ｂ）はイルミネータ１０３の発光部の断面図である。
本実施例のイルミネータ１０３は、同―の積層構造を有
する発光ダイオード（ＬＥＤ）の集合体である。図２
（ａ）において、２０１は表面に形成された電極であ
り、２０２は発光した光を取り出す開口部である。この
発光ダイオード（ＬＥＤ）の集合体を形成するには、ま
ず、ＭＯＣＶＤ法等を用いて以下の層を基板２０３上
に、図２（ｂ）に示す如く、エピタキシャル成長する。
図２（ｂ）において、２０３はｎ型ＧａＡｓ基板、２０
４はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、２０５はＡｌＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、２０６は
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、２０７はｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層である。

【００１８】このウエハ表面には、後述する面発光レー
ザアレイ１０１のパターンに―致するように、上記した
開口径１０μｍの開口部２０２とその周りのリング型正
電極２０１を形成し、ウエハ裏面には負電極２０８を形
成する。図２では、リング型正電極２０１は個々に分離
して描いてあるが、これは発光領域を限定するためのも
ので、イルミネータとしては、個々の発光領域を独立的
に発光させてもよいし、―括して発光させてもよい。―
括して発光させるのみであれば、リング型正電極２０１
を電気的に全て繋げておけばよい。この場合は、個々の
リング型正電極２０１に独立に配線する必要がないの
で、配線が簡単になる。このように作製したイルミネー
タ１０３の光出力特性を図３（ａ）に示し、発光スペク
トル特性を図３（ｂ）に示す。光出力特性は通常のＬＥ
Ｄの如く、光出力が注入電流に対して正比例の関係で増
加し、発光スペクトル特性は最大強度波長８００ｎｍを
中心にした分布になっている。

【００１９】［２］面発光レーザアレイ１０１の作製図４は、図１の面発光レーザアレイ１０１のうち、１つ
の面発光レーザ１１０について、その断面を模式的に表
したものである。活性層４０４と上下のクラッド層４０
３、４０５が１対の多層膜ミラー４０２、４０７によっ
て挟まれた構造になっており、通常の面発光レーザと同
様である。以下、簡単にその作製方法について述べる。

【００２０】まず、ｎ−ＧａＡｓ基板４０１上に化学分
子線成長法（Chemical Beam Epitaxy）等を用いて以下
の半導体層をエピタキシャル成長する。４０２のｎ型Ａ
ｌＡｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜層、４０３のｎ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッドないしスペーサ層、４０４のＩｎＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層、４０５のｐ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッドないしスペーサ層、そして４０６のｐ型
ＧａＡｓコンタクト層である。

【００２１】このあと、ドライエッチング等を用いて直
径が５μｍで高さはｎ型クラッド層４０３に達するまで
の円筒状のメサを形成する。そして、ＩｎＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ多重量子井戸活性層４０４は電流狭窄の為に少し
くびれさせ、コンタクト層４０６に上部多層膜ミラー４
０７用に開口を開ける。裏面もミラー４０２に達するま
で、基板４０１に開口部４１１をウエットエッチング等
で作製する。次に、表面にＳｉ／Ａｌ₂Ｏ₃多層膜ミラー
４０７およびリング状の正電極４０９を形成し、裏面に
もリング状の負電極４１０を形成する。４０８はポリイ
ミドなどの埋め込み層である。こうして、個々の面発光
レーザ１１０に対して独立して電流注入可能な構成が形
成される。

【００２２】図５（ａ）にこの面発光レーザ単体１１０
の注入電流対光出力特性を示し、図５（ｂ）に発振スペ
クトル特性の―例を示した。注入電流対光出力特性は通
常の半導体レーザの如く、しきい値Ａの所で光出力が急
峻に立ち上がり、発光スペクトル特性は最大強度波長１
０００ｎｍを中心にしたシャープな分布になっている。

【００２３】［３］イルミネータと面発光レーザアレイ
の結合図１のように、イルミネータ１０３と面発光レーザアレ
イ１０１を平板マイクロレンズ１０２を介して光接続す
る。このとき、イルミネータ１０３から発光した光が個
々の面発光レーザ１１０の活性層４０４に集光する様
に、平板マイクロレンズ１０２の集光レンズ部１０２ａ
の開口数と焦点距離を選ぶ。図１では、簡単のために、
各デバイス１０１、１０２、１０２を分離配置して表し
てあるが、エポキシなどの適当な透明な接着剤を用い
て、３つのデバイスを接着して用いることもできる。

【００２４】次に動作原理について説明する。（１）光励起イルミネータ１０３に電流を流すと図３（ａ）に示した
ように、リニアに光を放出する。また、そのスペクトル
は図３（ｂ）のようになっているので、面発光レーザ１
１０の多層膜ミラー４０２の光学特性（反射特性）を、
イルミネータ１０３の光（波長８００ｎｍを中心とした
光）に対しては透過し、面発光レーザ１１０の活性層４
０４の光（波長１０００ｎｍを中心としたシャープな発
振スペクトルを持つ光）に対しては反射する様に設定し
ておけばよい。こうすれば、イルミネータ１０３の光は
多層膜ミラー４０２は透過し、面発光レーザ１１０の活
性層４０４では完全に吸収される。したがって、イルミ
ネータ１０３の電流の大きさで容易に面発光レーザ１１
０の励起レベルを制御することができる。たとえば、図
５（ａ）の注入電流対光出力特性において、点Ａはしき
い値であり、点Ａ近傍まで、イルミネータ１０３で面発
光レーザアレイ１０１を―様に光励起することは常に可
能である。この場合、各面発光レーザ１１０のしきい値
を同じに設定することは容易にできる。

【００２５】（２）発振このしきい値点Ａ近傍までの光励起状態で、各面発光レ
ーザ１１０に微少電流を流すことで、容易に発振に至ら
せることができる。図５（ａ）に示したように、この面
発光レーザ１１０を電流だけで駆動した場合のしきい電
流密度は、約１．０ｍＡである。これに対して、本実施
例のように、光励起＋電流注入の場合のしきい電流値は
１０μＡであり（図６参照）、１００分の１に低減でき
た。これにより、ジュール熱の発生が抑制できたことか
ら、自ら発熱源となることや隣接レーザへの熱干渉が抑
えられて面発光レーザアレイ１０１の集積度を飛躍的に
上げることができ、かつ極めて小さい消費電力で駆動で
きる。これは、他のデバイスとの集積化、たとえば、Ｃ
ＭＯＳ等のＳｉデバイス（このデバイスはμＡオーダの
駆動電流、２Ｖ程度の電圧で働くものであり、本発明の
如き駆動により発光デバイスも同程度の駆動電流、駆動
電圧となる）との自由な配置での集積化を容易にする効
果もある。また、本実施例では、イルミネータ１０３で
発生する熱が無視できない場合に、平板マイクロレンズ
１０２の部分が面発光レーザアレイ１０１に対して熱遮
断層になる効果もある。

【００２６】面発光レーザアレイの駆動電極は前記の様
に個々の面発光レーザを独立駆動できる様に構成・配線
してもよいが、正電極と負電極をマトリクス状に配した
電極マトリクス配線としてもよい。マトリクス配線では
各面発光レーザを独立に同時に駆動することはできない
が、高速走査することが可能である。面発光レーザ数が
ｎ×ｎの時、配線数は独立駆動の場合、ｎ×ｎ（正確に
はｎ×ｎ＋１）が必要なのに対し、マトリクス配線では
２×ｎで済む。さらに、面発光レーザアレイ基板にＲＧ
Ｂ３色の面発光レーザを集積することで極めて高輝度の
ディスプレイを作製することができる。これらのこと
は、以下の実施例でも言い得る。

【００２７】（第２実施例）第２実施例は、イルミネー
タと面発光レーザアレイを結合する他の方法を示す。図
７はその構造模式図である。本実施例の特徴はイルミネ
ータと面発光レーザアレイが直接結合されている点にあ
る。以下簡単に、その作製方法を述べる。

【００２８】まず、ｎ型基板８０１上に、ＭＯＣＶＤ法
等を用いて、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層８０２、Ａｌ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓイルミネータ用多重量子井戸活性層
８０３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層８０４、ｐ型Ａｌ
Ａｓ／ＧａＡｓ多層膜ミラー８０５、ｐ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層８０６、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ面発光レ
ーザ用多重量子井戸活性層８０７、ｎ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層８０８、ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜ミラー
８０９を順次結晶成長する。ここで、面発光レーザ用活
性層８０７にＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層
を用いているのは、１）ＧａＡｓと格子整合した１．３
μｍ帯の発光波長をもつ材料であること、２）伝導帯バ
ンドオフセットがＩｎＧａＡｓＰにくらべ大きいため
に、キャリアオーバフローに強いことによる温度特性が
良いこと、３）量子効率が高いことによる低しきい値動
作が可能なこと、以上３点の理由による。

【００２９】また、ｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜ミラ
ー８０５およびｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜ミラー８
０９は、その光学特性が、イルミネータ活性層８０３か
らの光（約８００ｎｍ）に対しては透過となり、面発光
レーザ用活性層８０７の光（約１３００ｎｍ）に対して
は高反射（９９．９９％以上）となるように、その各層
厚を制御してある。

【００３０】上記の成長後、第１実施例と同様に円筒形
のメサを、ＳｉＯ₂等の誘電体膜をエッチングマスクと
してドライエッチング等で形成する。このとき、深さ
は、ｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜ミラー８０５に達す
るまでとする。次に、このマスクを用いて、亜鉛拡散等
でｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜ミラー８０５を選択的
に無秩序化し、混晶領域８１０とする。この導電性の混
晶領域８１０上に、リング状の正電極８１１を個々の面
発光レーザごとに形成する。この電極８１１は、イルミ
ネータと面発光レーザに対する共用の正電極となる。最
後に、面発光レーザ側にリング状負電極８１３を形成
し、基板８０１裏面にはイルミネータ用の負電極８１２
を形成して、本実施例は完成する。

【００３１】次に、動作原理について説明する。正電極
８１１と負電極８１２との間に電界をかけて、キャリア
をイルミネータ用活性層８０３に注入すると、第１の実
施例と同様（図３（ａ））に、注入電流に対しほぼリニ
アな光出力８１４がイルミネータから得られる。この光
出力は、各面発光レーザに対応する各イルミネータ部毎
に得られる。この光８１４は、ｐ型多層膜ミラー８０５
を透過し、かつまた多層膜ミラー８０５に比較して屈折
率の小さい混晶領域８１０界面に反射されて広がること
なく、面発光レーザ用活性層８０７にほぼ１００％吸収
される。イルミネータ用活性層８０３に注入するキャリ
アを制御して励起光量を制御することで、各面発光レー
ザをしきい値近傍まで励起することは容易である。この
後、所望の情報を、変調電流として負電極８１３に流す
ことで、微少振幅のの電流で個々の面発光レーザを変調
（レーザ光８１５のオン・オフ）することができる。

【００３２】本実施例に特有の効果は以下の通りであ
る。１）イルミネータと面発光レーザが近接しているため
に、励起効率が高い。２）イルミネータと面発光レーザを１回の結晶成長で形
成しているので、プロセスが簡単となり作製コストが低
コストである。３）各面発光レーザに対応するイルミネータ部を個々に
駆動できるため、全イルミネータを常に発光しなくてよ
いので省電力にできる。

【００３３】本実施例では、コストを重視して、１回の
結晶成長による方法を用いたが、半導体の直接接着を用
いて、例えば、面発光レーザアレイ側とイルミネータ側
の異種材料を張り合わせても、もちろんよい。

【００３４】（第３実施例）図８は、本発明をポート間
光インタコネクトに適用するために、他のデバイスと集
積した第３実施例の例を示す模式図である。図８中、９
０１はＳｉ基板であり、この上に、ｐチャネルとｎチャ
ネルのＭＯＳトランジスタを相互に絶縁して同一チップ
上に作り込んだ構成のＣＭＯＳ９０４とＰＩＮディテク
タ９０５がモノリシックに形成されている。９０２およ
び９０３は、それぞれ、イルミネータおよび面発光レー
ザであり、接着技術を用いてハイブリッドに形成されて
いる。例えば、モノリシックに形成されたＣＭＯＳ９０
４とＰＩＮディテクタ９０５を持つＳｉ基板９０１上
に、イルミネータ９０２と面発光レーザ９０３のアレイ
とを接着する。

【００３５】第３実施例の機能について説明する。他の
ボードからの入力データ（レーザ光）９０６をフォトデ
ィテクタ９０５で受け、ＣＭＯＳ部９０４で処理したあ
と、結果を面発光レーザ９０３の駆動電極へ変調電流と
して転送することで、出力光９０７として外部ボードヘ
送出される。図８では、１次元で示しているが、実際に
は、２次元で上記の処理ができるため、集積度およびレ
ーザの変調速度に応じて、大容量光コネクトが可能にな
る。

【００３６】面発光レーザ９０３のアレイのジュール熱
の発生が抑制でき、かつ極めて小さい消費電力で駆動で
きることから、この様に面発光レーザ９０３のアレイを
ＣＭＯＳ等のＳｉデバイスと自由な配置で集積化でき
る。

【００３７】（第４実施例）以上の実施例では、光励起
レベルをしきい値よりも小さいレベルに抑えた場合につ
いて述べた。他の実施例として、偏波スイッチング可能
な面発光レーザアレイを用いて、しきい値以上まで光励
起し、或る偏波モードで発振させたあと、注入電流ある
いは他の外部光でさらに励起することで、他の偏波モー
ドにスイッチングさせることができる例を説明する。こ
のような偏波変調可能な面発光レーザとして、本出願人
による特願平８−１１５５４７号の明細書に開示された
「偏波方向の安定化した面発光半導体レーザ」がある。
この面発光レーザを用いることで、極めて微少な電流で
偏波スイッチングすることができる。

【００３８】この面発光半導体レーザは、層厚方向にレ
ーザ光を出射する面発光レーザであって、独立な２つの
偏波モードを許容する光導波路と、該２つの独立な偏波
モードに等しい発振波長を与える共振器と、該２つの独
立な偏波モードに等しく利得を与えることが可能で且つ
偏波方向を特定する利得媒質手段とを有するものであ
る。より具体的には、前記独立な２つの偏波モードを許
容する光導波路の構造が、（１００）面を有する半導体
基板上に垂直に形成された円筒形光導波路であり、前記
２つの独立な偏波モードに等しい発振波長を与える共振
器が、該円筒形光導波路の上下に設置された誘電体或は
半導体分布ブラッグ反射器であり、前記利得媒質手段
が、（１００）面内に歪みを与えた歪み多重量子井戸構
造の活性層を有する。また、前記利得媒質手段が、（１
００）面内に非対称に歪みを導入した非対称歪み量子井
戸活性層を有し、それを構成する第１井戸層と第２井戸
層それぞれの電子−重い正孔間遷移の基底準位が等しく
なる様に、且つ夫々の量子井戸層全体にかかる歪み量を
緩和する様に、第１井戸層と第２井戸層に逆の方向の歪
み量を与え、障壁層は無歪みであり、井戸深さと幅を制
御するものでもよい。また、前記利得媒質手段が、（１
００）面内に非対称に歪みを導入した非対称歪み多重量
子井戸構造の活性層を有し、該非対称歪み活性層の第１
井戸層と第２井戸層に異なる歪み量を与え、それぞれの
電子−重い正孔間遷移の基底準位が異なる様に、井戸層
厚と井戸深さが設定されているものでもよい。

【００３９】更に、発振モードを前記独立な２つの偏波
モード間で安定且つ高速にスイッチングする手段を有し
てもよい。スイッチング手段は、前記ブラッグ反射器近
傍に複数に分割して配置されたリング状電極などであ
る。この場合、この偏波変調可能な面発光半導体レーザ
の駆動方法は、分割された電極の一部に注入するキャリ
アに変調信号を重畳して夫々の電極の部分に注入するキ
ャリア数を制御することで、発振モードを独立な２つの
偏波モード間で高速にスイッチングする。

【００４０】図９は、この半導体レーザの電流注入対光
出力特性である。点Ｂで偏波２モードで発振した後、さ
らにキャリアを注入すると点Ａにおいて、偏波１モード
にモードスイッチする。したがって、点Ｂ近傍までイル
ミネータで光励起することで、最小電流で偏波スイッチ
ングすることが可能である。

【００４１】従来の構造では、動作電流が大きかったた
めに、熱およびプラズマ効果等でスイッチングスピード
は数ｎｓｅｃに制限されていたが、本実施例では数ｐｓ
ｅｃまで高速化できた。また、他の実施例同様、高集積
化できるため、偏波を用いた光ロジック素子としても使
える。この場合、偏光子などの偏光選択手段等を用い
る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の効果は以下
の通りである。１．低電流でレーザを駆動できる。２．この結果、発熱が抑えられるので、レーザの集積
度を大きくできる。３．１、２の効果の相乗効果で発熱の問題が解決され
ると共に、特に面発光レーザの場合は、駆動電力が同程
度にできるので、面型発光デバイスとＳｉデバイスとの
大きな自由度での集積化が容易になる。４．適当な偏波スイッチング可能なレーザアレイを用
いる場合、微少（光）入力で偏波スイッチングが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例を説明する側面図で
ある。

【図２】図２（ａ）は本発明の第１実施例を説明するイ
ルミネータの平面図、図２（ｂ）は本発明の第１実施例
を説明するイルミネータの断面図である。

【図３】図３（ａ）は本発明の第１実施例を説明するイ
ルミネータの光出力特性図、図３（ｂ）は本発明の第１
実施例を説明するイルミネータの発光スペクトル特性図
である。

【図４】図４は本発明の第１実施例の面発光レーザを説
明する断面図である。

【図５】図５（ａ）は本発明の第１実施例を説明する面
発光レーザの注入電流対光出力特性図、図５（ｂ）は本
発明の第１実施例を説明する面発光レーザの発振スペク
トル特性図である。

【図６】図６は本発明の第１実施例の光励起を用いた面
発光レーザの注入電流対光出力特性図である。

【図７】図７は本発明の第２実施例を説明する断面図で
ある。

【図８】図８は本発明の第３実施例の断面図である。

【図９】図９は本発明の第４の実施例を説明する偏波変
調可能な面発光半導体レーザの光励起を伴う注入電流対
光出力特性図である。

【符号の説明】

１０１ＶＣＳＥＬアレイ１０２マイクロレンズアレイ１０２ａマイクロレンズアレイの集光レンズ部１０３、９０２イルミネータ１０４、８１４励起光１０５、８１５レーザ光１１０ＶＣＳＥＬ２０１、２０８電極２０２、４１１開口部２０３。４０１、８０１、９０１基板２０４、２０６、４０３、４０５、８０２、８０４、８
０６、８０８クラッド層２０５、４０４、８０７活性層２０７、４０６コンタクト層４０２、４０７、８０５、８０９多層膜ミラー４０８埋め込み層４０９、４１０リング型電極８０３イルミネータ活性層８１０混晶領域８１１共通電極８１２イルミネータ用電極８１３面発光レーザ用電極９０３面発光レーザ９０４ＣＭＯＳ９０５ＰＩＮフォトダイオード９０６入力光９０７出力光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザと、該レーザを励起する励起手段を
有する発光デバイスであって、該励起手段は、該レーザ
ヘの光照射による光励起手段及び該レーザヘの電流注入
手段を有するものであることを特徴とする発光デバイ
ス。
【請求項２】前記レーザは複数のレーザにより構成され
たレーザアレイである請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】前記レーザは面発光レーザである請求項１
もしくは２に記載の発光デバイス。
【請求項４】集光手段を有しており、前記光励起手段か
らの光は該集光手段により集光されて前記レーザに照射
される請求項１乃至３いずれかに記載の発光デバイス。
【請求項５】前記光励起手段は、前記複数のレーザを一
括して光励起するものである請求項２に記載の発光デバ
イス。
【請求項６】前記光励起手段は、前記複数のレーザを個
々に、もしくは一部毎に光励起するものである請求項２
に記載の発光デバイス。
【請求項７】前記光励起手段と前記レーザは結合して同
一基板に形成されている請求項１乃至６いずれかに記載
の発光デバイス。
【請求項８】前記光励起手段と前記レーザとは別個の基
板に形成されている請求項１乃至６いずれかに記載の発
光デバイス。
【請求項９】前記光励起手段と前記レーザとは別個の基
板に形成された後結合されたものである請求項１乃至６
いずれかに記載の発光デバイス。
【請求項１０】前記光励起のための光は、前記レーザの
活性層で吸収されやすいように設定されている請求項１
乃至９いずれかに記載の発光デバイス。
【請求項１１】レーザの励起方法であって、該レーザ
を、該レーザヘの光照射による光励起と、該レーザヘの
電流注入とによって励起することを特徴とするレーザの
励起方法。
【請求項１２】前記レーザの励起の程度を制御すること
によって、前記レーザの発振状態を制御する請求項１１
に記載のレーザの励起方法。
【請求項１３】前記光励起の程度、電流注入の程度の少
なくとも一方を制御することにより前記レーザの励起の
程度を制御する請求項１２に記載のレーザの励起方法。
【請求項１４】前記光励起は、該光励起のみによっては
前記レーザが発振しない程度に行う請求項１１乃至１３
いずれかに記載のレーザの励起方法。
【請求項１５】前記光励起は、該光励起のみによって前
記レーザが発振する程度に行う請求項１１乃至１３いず
れかに記載のレーザの励起方法。