JPS61242093A - 改良半導体レーザデバイス - Google Patents

改良半導体レーザデバイス

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JPS61242093A
JPS61242093A JP61054548A JP5454886A JPS61242093A JP S61242093 A JPS61242093 A JP S61242093A JP 61054548 A JP61054548 A JP 61054548A JP 5454886 A JP5454886 A JP 5454886A JP S61242093 A JPS61242093 A JP S61242093A
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laser
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クラウス　プローグ
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ヨルゲン　クール
レイナー　ホウゲル
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体レーザデバイスの改良に関し、特に１つ
以上の能動層が充分に薄く寸法の量子化が生ずる半導体
レーザデバイスに関する。
（従来技術） 例えばＧａＡｓ−Ａ７ＧａＡｓ又はＧａ１ｎＰＡｓ−Ｉ
ｎＰ等の従来の異種構造半導体レーザデバイスは商業的
に利用され、光通信技術、元データ記憶、集積光電気回
路（集積光学）の分野で使用される最も重要な部品の１
つである。このようなデバイスの緒特性は量子米電子工
学のＩＥＥＥ学会誌゛分子ビームエピタキイにより作成
された異種構成半導体レーザＷ　、　Ｔ　、　Ｔ　ｓ　
ａ　ｕ　ｇ著、Ｖｏｌ　、　ＱＥ−２０、／％１０．１
９８４年１０月、ｐ　　１１１９−１１３２に・その概
要が記載されている。この論文には、デバイスの能動領
域に設けられた少くとも１つの極薄層を含み、レーザデ
バイスの物理特性に影響を及ぼす寸法の量子化を生ずる
各種の新しい半導体レーザ構造が開示されている。
公知の半導体レーザデバイスは、デバイスに固有の波長
のレーザ光を発生するもので、このレーザ光の波長は極
めて僅か、一般的には１１ｍ以下しか変化できない。例
えば波長マルチプレックス（光多重送信）の場合のよう
に２つ以上の異なった波長のレーザ光全発生できるデバ
イスを提供することは半導体レーザデバイスの多くの潜
在的応用を考慮したとき好ましいことなので、固有波長
のレーザ光しか放射できないことは大きな問題であろう
。しかしながら、この撞の多重送信用半導体レーザデバ
イスは未だ全く報告されていない。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、５ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｒｎ以
上の大きさで互に分離できる少くとも２つの異なった波
長のレーザ光？放射するよう選択的に動作可能なモノＩ
Ｊ　ミック半導体レーザデバイスを提供することにちる
。更に、デバイスは比較的安価で、寿命が長く、従来の
技法を用いて簡単に製作されるものでなくてはならない
。
（問題点を解決する定めの手段） 上記目的達成のｔめに、本発明の半導体レーザデバイス
は、Ｔｓａｕｇ　　論文に開示され念一般的種類の″量
子ウェル゛の概念から出発して次の如きｒｆ徴を有する
。即ち、複数の半導体材料層から成りかつ少くとも１つ
の中間層が寸法的に量子化できるよう充分に薄く選択さ
れた半導体レーザデバイスにおいて、デバイスが第１及
び第２レーザ発生領域を有し、かつ第１領域内のレーザ
動作により発生する光子と関連する光損失が第２領域内
のレーザ動作により発生する光子と関連する光損失と異
なるよう構成されていることを特徴とする半導体レーザ
デバイスである。
本発明の概念は次の４つの認識に基づいている。
即ち、 （ＬＬ）量子ウェル構造のデバイスの波長に対する利得
の変化が、サイズ量子化の結果、従来の２異種構造の場
合のように一般的に円滑な放物線状ではなく、異なつｔ
波長で垂直方向に遷移するステップ関数であること。
（ｂ）　　デバイスの利得が充分でデバイスの光損失を
補償できるときにレーザ発生動作が起ること。
（ｃ）　　第１レーザ発生領域の光損失が第２レーザ発
生領域の光損失と異なるモノリミックデバイスが作成可
能なこと。
（ｄ）　　利得−波長曲線が段階的なので、第１及び第
２レーザ発生領域を選択的に励起することにより、デバ
イスを２つの別個の充分に分離され念波長で動作させる
ことが可能であることである。
本発明のデバイスは光学的に励起して所定のレーザ動作
を開始できる。本発明のデバイスの他の実施例として、
金属接点を電気的に励起してもよい。従って、本発明の
一実施例では、半導体デバイスはデバイスの基部層に電
気的に接触した第１接点手段とデバイスの上部層に電気
的（て筬触した第２接点手段を更に公知のごとく有し、
第２接点手段がデバイスの第１レーザ発生領域の上部に
設けられ念第１接点片とデバイスの第２レーザ発’４Ｅ
領域の上部に設けられ次第２接点片から成ることを特徴
としている。
本実施例の１つの物理的構成は２つの異なつ之領域が接
点片（細長板状接点）により限定されかつ第１及び第２
接点片が上部層上で互に平行にかつ横方向に離されて伸
張することｔ特徴としている。
この実施例は通常の技法で容易に製作される。
この種の配置では、第１接点片と第１レーザ発生領域と
関連するデバイスの第１端面領域に部分反射コートを設
けて、第２接点片と第２レーザ発生領域に関連するデバ
イスの第２端面領域での光損失と比較して、第１端面領
域での光損失のレベルを変化させることができる。
この実施例も又通常の技法で容易に実現できる。
又、他の実施例では、第１及び第２接点片の長さを互に
異なるよう選択して異なり次光損失を実現し、第１及び
第２レーザ発生領域に関連する光損失と光利得を変える
ことができる。この実施例では、デバイスの端面をコー
トする必要がないので特に有利である。
特に単純な実施例では、第１及び第２接点片は実質的に
互に同一直線状に伸張する。この場合にもその技術的価
値は実質的に同じである。この配置では、第１及び第２
接点片の長さは好ましくは異なっており、少し互に離さ
れる。この配置では、組成と寸法を適当に選択すると、
最初にある波長のレーザ光を次に大きく周波数の異なっ
た別の波長のレーザ光を交互に発生できるので特に有利
である。このデバイスは光学的なマルチバイブレータで
、その高速スイッチ特性によυ、多重通信、スイッチン
グに応用でき、通信及びコンピュータ分野で有効に利用
できる。又、双安定、単安定動作のものも可能である。
本発明は直接的バンドギャップ？もつ従来の全ての半導
体レーザ材料を用いて実用化できる。■−Ｖ族及びＩＶ
−Ｖｌ族半導体材料が特に重要である。
本発明の半導体レーザデバイスは好ましくは分子ビーム
エピタキシィ（ＭＢＥ）法より結晶を成長させて作成さ
れる。この方法はサイズの量子化（代表的には２０ｎｍ
厚み以下）を行うのに必要な毬薄層を成長させるのに特
に好ましい。しかし、気相エピタキイの如き他のエピタ
キシャル薄膜成長技法を用いてレーザ材料を成長させる
こともできる。
（作用） 本発明の半導体レーザデバイスは実質的に異なる量、例
えば５０　ｎｍだけ異なる２つの別個の波長でレーザ光
を発生でき、極めて有利なものである。
（実施例） 第１図は量子ウェル構造の半導体デバイスのレーザ光波
長を関数として光利得の変化を示す図である。レーザ光
は光利得ｉが光損失（吸収、分散等）を超え几ときに発
生する。一方、従来の半導体レーザ構造の光損失の変化
は小さく、レーザ光波長の変化も小さい。適正なパラメ
ータが選択されると、量子ウェル構造の半導体レーザデ
バイスの光損失の変化は小さく、レーザ光波長の変化を
大きくできる。第１図に示す特性の半導体レーザデバイ
スの光損失がレベルαｌにあると仮定すれば、光利得ｔ
！のこのデバイスの動作は波長λ１のレーザ光を発生す
る。
同じデバイスを改良して光損失がΔαだけ増加してその
レベルがαｌ＋Δαになると、光利得２２の動作で波長
λ２のレーザ光を発生する。
所定の波長のレーザ光を得るにはデバイスと関連する光
損失レベルを変化させることが必要であることを理解す
ることは重要である。
第２図の実施例はこの目的達成のための一つの方法を示
す。
第２図の半導体レーザデバイスは公知のｎ型ＧａＡｓ基
板１０を有し、その上に０．１−０．５μ厚ノＧａＡｓ
バッファ層１１が先ず成長される。この　　′バッファ
層により正規の結晶学的構造が得られる。
１μ厚のｎ型Ｇａ　１−ｘ　ＡｊＸ　Ａｓ層１２（代表
的にはｘ　＝　０．４　）がこのバッファ層１１の上に
成長される。この層１２の上には約ＩＤｎｍ厚のＧａｚ
−ｙＡ／’ｙＡｓ　層１３（代表的にはｙ＝０．２）が
ある。
この層１３の上には２０ｎｍ以下、特に１５　ｎｍ厚以
下のＧａ　ｌ−ｚ　Ａ／　ｚ　Ａｓ層１４　（ｚ　＝　
０．１〜０　）がある。この極薄層１４の上には層１３
と同一組成同一厚みの１０　ｎｍ　Ｇａ　１−ｙＡｌ！
７Ａｓ層１５（ｙ中０．２）がある。寸法を量子化した
これら３つの極薄層１３．ｆ４，１５の上には１μ厚の
ｐ型Ｇａ　１−ｚＡＩ！ｘＡｓ層１６（ｘ：０．４）が
ある。この層１６の上には高ｐ＋型の０．１−０．５μ
厚のＣａＡｓ薄層１７（１０１８以上の不純物濃度）が
設けられる。
この半導体デバイスにはデバイス基層即ち基板１０に接
した第１接点手段１８がおυ、第２接点手段にデバイス
の最上層即ちＧａＡｓ層１７上にある。この第２接点手
段は第１接点片１９と第２接点片２０から成る。第１接
点片１９は第１レーザ発生領域２１上に、第２接点片２
９は第２レーザ発生領域２２上にある。デバイス端面２
４の半分２６には斜線２５で示す部分的反射＝−トがあ
υ、他の半分２３“にはこの部分的反射コートがされな
い。従って、第１レーザ発生領域２１の光損失は第２レ
ーザ発生領域の光損失と異なる。この結果、注入電極１
９．２０を適宜に励起すると、２つのレーザ発生領域２
１．２２から波長λ１　、λ２をもつコヒレントレーザ
光をそれぞれ放射するモノリミックデバイスが得られる
。
本実施例では、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ型半導体レーザ
の結晶端間の反射を変えることで、２つのレーザ発生領
域間２１．２２で光損失を変えることができることを理
解されｔい。
特に精密度が要求されるときには、第２レーザ発生領域
２２を部分的に反射コートすることも又可能である。こ
の場合でも、光損失が異なるよう第２領域２２の反射係
数は第１領域２１と異なるものになる。
上記の実施では、単に第１及びＭ２２接片をそれぞれ有
する簡単なデバイスを示し九。しかし、１つのチップ上
に複数の第１及び第２接点片１９．２０）もつような構
造にしてもよい。
第２図の実施例で、２つのレーザ発生領域２１．２２で
光損失ｆＫ化させる他の方法として、長さの異なった２
つの接点片（図示せず）を用いることができる。後者の
実施例では上方に配置された接点電極によ）方接励起さ
れない領域の光損失が大きい事実に基づいている。従っ
て、接点電極の長さを変えることによυ励起及び非励起
領域の相対的な長さを変化させ、これにより光損失レベ
ルを変えることになる。
２つの異なった波長でレーザ光を発生させる他の方法を
第６図の実施例により説明する。この実施例では、半導
体デバイスの基本的構造は第２図のものと同じであシ、
同一参照番号を附してその説明は略す。しかし、第２図
の実施例と異なり、第６図の実施例の２つの接点電極片
１９と２０は平行で横方向に互に離されることなり、−
直線上に設けられる。長い方の接点片２０がレーザ能動
領域として′作用し、短かい方の接点片領域は接点片１
９に流れる電流により制御される可変損失領域として作
用する。その端面２４ではコートはされない。何故なら
、一方の接点片、好ましくは短かい方の領域を流れる電
流により光損失が制御できるのでコートヲ必要としない
からである。
第３図の実施例も又注入接点が分割されかつ注入電極に
入る電流をそれぞれ別々に規制できるモノリミック構造
の半導体デバイスである。第３図の構造を変えて、複数
の一対の第１及び第２接点片を単一チップ上に互に離し
て平行に配置してもよい。この実施例では、励起領域の
長さの差が光損失を変化させることになる。第３図のデ
バイスは設計パラメータで制御される周波数をもつ少く
とも２つの波長間で本質的に切換えることができる。
第２、第６図の両実施例で、デバイスは図示しない酸化
保護絶縁層で実際には覆われる。
上記実施例では特定の半導体レーザ構造のみについて開
示したが、本発明は多量子化ウェル構造、グレード組成
りラッド層構造等の個々の層厚を適宜に選択してエネル
ギバンドの量子化されたウェル構造が作成される全ての
公知のレーザ構造に適用できることは明らかである。
更に、光損失のレベルは上記以外の方法テ４．ｉ化でき
ることは当業者には明らかである。その重要な方法の１
つは、分布フィードバックレーサ（ＤＦＢレーザ）にお
けるＢｒａｇｇグリッド構造を適宜に選択する方法であ
る。このＢｒａｇｇグリッド構造は半導体レーザ分野で
は公知であシ、所定のレーザ動作が得られるよう結晶内
で発生するレーザ光をフィードバックさせるために用い
られる。
このＢＹａｇｇグリッド構造を用いると、回折によりフ
イードバックが行われるので、反射端面をデバイスに設
ける必要がなく有利である。このグリッド構造は実質的
には写真製版で作成される能動帯を周期的に変化させる
ことで、その構造の周期性は所定の回折効果を生ずるよ
う選択され、かつ光損失のレベルは例えば正弦波の振巾
を制御して変えることができる。
（発明の効果） 本発明のモノリミック半導体レーザデバイスは実質的に
波長の異なる（　５　ｎｍ以上）レーザ光を選択的ニ発
生でき、かつ又安価、長寿命でその製作方法も簡単なの
で、光マルチバイプレータトシても又高速スイッチング
素子として光通信、コンピュータの分野で利用でき、そ
の応用範囲は極めて広い。
【図面の簡単な説明】
第１図は半導体デバイスの２つの異なった励起用量子ウ
ェル構造の典型的半導体レーザデバイスにおける波長と
光利得’１ｓｆ２の関係を示す図、第２図は本発明の半
導体レーザデバイスの第１実施例の略図、第３図は本発
明の半導体デバイスの他の実施例を示すものである。 １０−１７・・・半導体層、１８・・・第１点片手段、
１９・・・第１接点片、２０・・・第２接点片、２１・
・・第１レーザ発生領坂、２２・・・第２レーザ発生領
域、２５・・・反射コート。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）複数の半導体材料層（１０−１７）から成りかつ
    少くとも１つの中間層（１３、１４、１５）が寸法的に
    量子化できるよう充分に薄く選択された半導体レーザデ
    バイスにおいて、該デバイスが第１及び第２レーザ発生
    領域（２１、２２）を有し、かつ該第１領域（２１）内
    のレーザ動作により発生する光子と関連する光損失が該
    第２領域（２２）内のレーザ動作により発生する光子と
    関連する光損失と異なるよう構成されていることを特徴
    とする半導体レーザデバイス。
  2. （２）該デバイスの基部層（１０）に電気的に接触した
    第１接点手段（１８）と該デバイスの上部層（１７）に
    電気的に接触した第２接点手段（１９、２０）を更に有
    する半導体レーザデバイスにおいて、該第２接点手段（
    １９、２０）が該デバイスの第１レーザ発生領域（２１
    ）の上部に設けられた第１接点片（１９）と該デバイス
    の第２レーザ発生領域（２２）の上部に設けられた第２
    接点片（２０）から成ることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の半導体レーザデバイス。
  3. （３）該第１及び第２接点片（１９、２０）が該上部層
    （１７）上で互に平行にかつ横方向に離されて伸張する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導体レ
    ーザデバイス。
  4. （４）該第１接点片（１９）と該第１レーザ発生領域（
    ２１）と関連する該デバイスの第１端面領域（２３）に
    部分反射コート（２５）を設けて、該第２接点片（２０
    ）と該第２レーザ発生領域（２２）に関連する該デバイ
    スの第２端面領域（２３′）での光損失と比較して、該
    第１端面領域（２３）での光損失のレベルを変化させる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体レ
    ーザデバイス。
  5. （５）該第１及び第２接点片（１９、２０）の長さが互
    に異なるよう選択されて、該第１及び第２レーザ発生領
    域（２１、２２）に関連する光損失と光利得を変化させ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体
    レーザ装置。
  6. （６）該第１及び第２接点片（１９、２０）が互に実質
    的に同一直線上に伸張することを特徴とする特許請求の
    範囲第２項記載の半導体レーザデバイス。
JP61054548A 1985-03-14 1986-03-12 改良半導体レーザデバイス Pending JPS61242093A (ja)

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