JPS6034089A - 光双安定半導体レ−ザ - Google Patents

光双安定半導体レ−ザ

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JPS6034089A
JPS6034089A JP14292283A JP14292283A JPS6034089A JP S6034089 A JPS6034089 A JP S6034089A JP 14292283 A JP14292283 A JP 14292283A JP 14292283 A JP14292283 A JP 14292283A JP S6034089 A JPS6034089 A JP S6034089A
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JP
Japan
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groove
layer
mesa stripe
current
resonator
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JP14292283A
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English (en)
Inventor
Yuichi Odagiri
小田切 雄一
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体を用−だ光交換・光情報処理の主要
構成要素である光双安定半導体レーザに関する。
光交換・光情報処理のキーデバイスである光記憶・光論
理・光増幅回路は、従来の重子回路よりも高速動作が可
能な新しい回路として期待され、基礎的な検討が始めら
れている。光記憶・光論理穴素子があり、種々の構成が
考えられる。半導体材料を用すたものけその高速性を最
も良く発揮できるものとして注目されている。その中に
、ダブルへテロ構造の半導体レーザの電流注入部と電流
非注入部をその共振器軸方向虻交互に並べることにより
、その方向に不均一な電流分布を形成し、注入電流の小
さい部分での可飽和吸収の領域としての働きにより光双
安定動作を実現したものがある。これ忙ついては河口氏
によりエレクトロニクスレターズ(Electroni
cs Letters)誌所載第17巻、第167〜1
68頁に記載された論文に詳しい。
この構造により光双安定動作が実現されたが、この素子
は電流注入の幅を限定して横モードを制御するいわゆる
プレーナストライプ構造のために、横モードが不安定で
あるばかりか発振閾値が高く、室温動作が困難であり実
用的とは言えない。上記の問題を改善した光双安定半導
体レーザとしては、電流注入領域と電流非注入領域を共
振器軸方向に活性層内に形成させたいわゆるタンデム電
極構造この場合電流程人領域は十分な電流注入のだめに
光増幅領域として機能し、を流非注入領域では活性層内
での電子と正孔の再結合を抑えるように逆方向電流を流
して可飽和吸収領域としての働きにより光双安定動作を
実現している。これについてはハーダー()(arde
r)氏等によシアイ・イー・イー・イー・ジャーナル・
オブ・クラオンタム・エレクトロニクス(i I’EI
シE Journal of QuantumElec
tronics)誌所載i’QE−1s@、第3352
〜1361 頁に記載された論文に詳しい。この構造の
素子てよυ光双安定動作を低−流量値、横モード制御で
実現されたが、電流非注入領域での電、流値が一100
/lAと小さくしかも数μAの電流変動で注入直流と光
出力の関係が大きく変化してし捷うため、外部からの電
流パルス等のノイズに対して不安定になりやすく、シだ
がって実用的な素子とは言い難い。
この発明の目的は、外部からの雷1流パルス等のノイズ
に対して安定であシ且つ室温での低電流動作が可能な光
双安定半導体レーザを提供するととにある。
この発明によれば、第1の溝により電極が共振器軸方向
に2つ以上に分割された半導体レーザにおいて、前記第
1の溝下の活性層のみが電流注入を遮断する半導体層で
履われていることを特徴とする光双安定半導体レーザが
得られる。
この発明では共振器軸方向に分割された2つ以上の電極
を持つ半導体レーザにおいて、利得が損失を上根るより
に電流注入される光増幅領域と、電流が十分VCは注入
さJrないため利得が損失を上廻る光吸収領域と、電流
注入をほぼ完全に抑えることにより損失が光吸収領域よ
りも圧倒的に大きい溝部分である可飽和吸収領域とに活
性層が分かれている。このタイプの半導体レーザでは光
吸収領域あるーは光増幅領域のいづれか一方への注入電
流をある値に固定した状態で、他方の領域への注入電流
を変化させていくと、光出力が2本位の安定状態を有す
る光双安定動作を示す。この場合溝の存在は単に光増幅
領域と光吸収領域を分離するだめのものではなく、両領
域からの電流が溝型下の活性層Kまわシ込めない構造と
万っているため可飽和吸収領域として働く。先に述べた
ハーダー氏らのタンデム電極構造で埋め込みへテロ構造
の半導体レーザとの違いは、2つの電極に同一の電流を
注入した場合に歴然としてくる。ハーダー氏等の場合に
は注入型1流と光出力の関係はこの場合通常の半導体レ
ーザと同じ特性を示しておシ、2つのp@電極への注入
電流の大小関係によってはじめて光双安定動作を示す。
これに対して本発明の光双安定半導体レーザでは、2つ
のpilIllet極に同一の電流を注入しても溝型下
が可飽和吸収領域であるためけじめから光双安定動作を
示しておシ1.2つのN極への注入m流の大、J−によ
シ光双安定動作の幅例えば注入電流幅を変化させること
ができる。半導体レーザの構造を埋め込みへテロ構造と
した場合にはこの注入電流の大きさは通常数十mAGの
で、数十μへ−截百μへ程度の外部からの電流ノイズに
対してその特性が左右されることがない。
第1図はとの発明の実施例の活性層の形状を示す平面断
面図、第2図(alは第1図のA−A 断面図、(bl
はB−B 断面図、第3図は実施例の斜視図を各々あら
れす。この実施例は、プレーナストライブ型の埋め込み
へテロ構弯の、活性層を含むメサストライプを形成する
2本の溝のメサストライプとは反対側の側面が部分的に
狭くなった形状にしだものである。プレーナストライプ
型の埋め込みへテロ構造の半導体レーザは、活性層を含
むメサストライプをp及びn型半導体層で埋め込んだも
ので、これにつbては、北村氏等により出願中の発明、
特願昭56−166666 K詳しい。この実施例は以
下のよう罠して製作される。先づ液相もしくは気相成長
法により、n−InR基板10上に、n−In)’ バ
ッファ層11、ノンドープのInGaAsP活性層12
 、p−’Inp クラッド層13を積層させたDH基
板に、フォトレジストを塗布して通常のフォトリングラ
フイーとエツチングによシ、第1図に示した形状のウェ
ハを製作する。次に、こ電流ブロック層14、n−In
Pの第2の電流ブロック層15、p−In)>埋め込み
層16、p−InGaksPキャンプ層17を順次層成
7せる。第1図で示したように、活性層12を含むメサ
ストライプ20を形成するだめの2本の第2、第3の溝
22.23は、メサストライプ20の側で直線、メサス
トライプ20から離れた側では一部に幅の広い部分24
 と狭い部分25を有している。2回目の結晶成長にお
いて、メサストライプ20を形成する第2、第3の溝2
2.230幅の広い部分24では第2図で示したように
、第1、第2の電流ブロック層14.15はメサストラ
イプ20上には成長しない。他方筒2、第3の溝22.
23の幅の狭い部分25では第2、第3の溝22.23
内を第1の電流ブロック層14が埋めてしまうために、
第2の電流ブロック層15を成長する直前のメサスト虞 ライプ20付近の形状が平〆になってしまうので第2の
電流ブロック層15はメサストライプ20の上部で途切
れることなく全体を履ってし寸う。
結晶成長後p側のオーミックコンタクトをとるためキャ
ップff4 ] 7 K Au Znを蒸着する。さら
にフォトレジストを塗布して通常のフォトリソグラフィ
ーとエツチングにより、NX2、第3の溝22.23の
1幅の狭い部分25直上のA u Z n % ギャッ
プ層17を順次抜いて共振器軸30方向にp @N、極
が2つに分割されるように第1の溝21を形成させる。
次いでA u Z nをアロイする。次にn−InR基
板10を研磨して120μm程度の厚さとしたのち、I
I側のオーミックコンタクト用K A u −G e 
−N iを蒸着し、アロイしてウェハ製作を終了する。
このウェハを通常の材間法により第1の溝21によって
第11第2のn側電極26.27が分割されるようにメ
サストライプ20に直角に共振器面を形成し素子が製作
される。この素子の第1、第2のp(1N電極26.2
7を正、n側電極28を負にバイアスすると、この素子
は電流入力あるいは光入力に対して安定な2準位をもつ
光双安定半導体レーザとして働く。これは次の理由によ
る。すなわち溝幅の広い部分24では、従来の埋め込み
へテロ構造の半導体レーザと同様IC活性層12に電流
が注入されるのに対して、溝幅の狭い部分25では、第
2の電流ブロック層15がメサストライプ2oの上部を
含めて全体にわたって形成されているので、活性層12
に電流が注入されることけ々い。そのため第1の溝21
直下の部分は可飽和吸収領域として働くために、共振器
中に可飽和吸収部分と利得部分が形成されて光双安定動
作が実現される。
この光双安定半導体レーザは埋め込みへテロ構造である
ため、室温で容易に低す動作電流で働かせることができ
る。寸だ第1の溝21直下が可飽和吸収領域であるから
* 1.第2のn側電極26.27への注入マ毘流を増
減させて、可飽和吸収領域の大きさを変えることによシ
光双安定動作の幅例えば電流幅を変化させることができ
る。との実施例では第1、第2のn側電極26.27へ
の注入電流が等しい場合に発振開始の閾値が室温で40
mAであシこのときの光双安定動作を示す電流幅は10
mAであった。また第11第2のp ([111電極2
6.27へを1〜30mAの範囲で変化させることがで
きた。
この実施例の光双安定半導体レーザの大きさは、メサス
トライプ20の幅が1.5μm溝幅の広す部分24の幅
が7μm1狭込部分25の幅が3μm1溝幅の狭い部分
25の長さが20μm1第1のn側電極26の長さが1
00μm1第2のn側電極27の長さが150μmであ
る。結晶成長の様子は、成長方法や成長条件等によシ大
幅に変わるので、それらとともに適切な寸法を採用すべ
きことは言うまでもない。またこの実施例では第1のn
側電極26 と第2のpH!l電極27の共振器軸3o
方向の長さの比を2:3 としたが、この値に限定され
るものではない。
なお、上記実施例においては第1の溝21 直下での第
2の電流ブロック層15がメサストライプ20の上部を
含めて全体にわたって形成させる方法として、第2、第
3の溝22.23がメサストライプ20の側で直線、メ
サストライプ2oがら離れで直線、メサストライプ20
の側で幅の広い部分24 と狭い部分25を有するよう
にしてもよい。
この場合にも第1の溝21 直下が幅の狭い部分25に
対応しておれば上記実施例と同じ結晶成長が可能であり
、特性面の差はない。
実施例ではp(iIIN極をA u Z nの全面電極
構造としたが、第1のp側電極26と第2のp側電極2
7の抵抗を大きくするだめにオキサイドストライプ構造
にしたシあるいはI)InGaAsPのキャップ層の代
りにn−InGaAsPのキャップ層としてメサストラ
イプ20上面付近にのみ例えばZn拡散することKより
p j@に変換させてもよい。以上の実施例ではi n
 p / I n G a A s P系の半導体材料
を用いたが() a A I A s /G a A 
s系等他の半導体材料をm−てもよい。まだ実施例では
第1の溝21 でp側電極を部分したが、第1の溝21
に相当するような溝を2つ以上つくってp側電極を3つ
以上に分割させてもよl、−ioこの場合2つ以上の溝
の直下の活性層12の少なくとも1つは第2の電流ブロ
ック層で臆われている必要がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の平面断面図、第2図(al、
(blは第1図の部分断面図、第3図は本発明の実゛施
例の斜視図を示す図である。 なお図において、10・n−InP基板、1l−n−1
nPバツフア4.12=4nGaAsP活性層13・・
・p −I n Pクラッド層、14・・・p−1nP
の第rの直流ブロック層、J5・・n−1nPの第 2
の電流ブロック層、16−p−InP埋め込み層、17
−p−InGaAsPキャップ層、20・・メサストラ
イプ、21・・・第11の溝、22・・−第2の溝 2
3・第3の溝、24・・幅の広い部分、25・・幅の狭
い部分、26・第1のpflli電極、27・・第2の
p側電極、28・・n側電極30・・・共振器軸 をそれぞれあられす。 オ 1 図 メ0 72 図 オ 3 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. F 第1の溝によシN極が共振器軸方向に2つ以上に分
    割された半導体し〜ザ忙おいて、前記第1の溝直下の活
    性層のみが電流注入を遮断する第1の半導体層で履われ
    ていることを特徴とする光双安定半導体レーザ。
JP14292283A 1983-08-04 1983-08-04 光双安定半導体レ−ザ Pending JPS6034089A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4773076A (en) * 1985-06-26 1988-09-20 Sharp Kabushiki Kaisha Internal reflector interferometric semiconductor laser device
EP0413567A2 (en) * 1989-08-15 1991-02-20 Sony Corporation Semiconductor lasers
JPH0339328U (ja) * 1989-06-30 1991-04-16
US5252839A (en) * 1992-06-10 1993-10-12 Hewlett-Packard Company Superluminescent light-emitting diode with reverse biased absorber

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