JPS61278188A - 三端子半導体レ−ザ装置 - Google Patents

三端子半導体レ−ザ装置

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JPS61278188A
JPS61278188A JP11994585A JP11994585A JPS61278188A JP S61278188 A JPS61278188 A JP S61278188A JP 11994585 A JP11994585 A JP 11994585A JP 11994585 A JP11994585 A JP 11994585A JP S61278188 A JPS61278188 A JP S61278188A
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semiconductor
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Junichi Yoshida
淳一 吉田
Yoshinori Nakano
中野 好典
Shingo Uehara
上原 信吾
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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」 この発明は光信号を入力して出力光のオンオフを制御す
ることができる半導体レーザ装置に関する。
「従来の技術」 従来においては、発光素子と受光素子ならびに電気信号
増幅素子とを各々個別に組合せ配置することでその機能
を実現するように構成されていた。
このため装置の小形化が難しく、その集積化が望まれて
いた。しかしながら集積化にあたっては発光素子と受光
素子あるいは電気的能動素子とは必要とする寸法、キャ
リアン届度等が橿めて異なっており、これらを同一基板
上に独立に形成する際には、製作プロセスが極めて複雑
となり、かつ相互の特性の歩留りが影響し、特性のそろ
った集積化素子を得るのには極めて高度な製作技術を必
要としその実現を困難にしていた。
「問題点を解決するための手段」 この発明は、これらの欠点を除去するために基板上に積
層した半導体層により、1つの素子でスイッチ、増幅、
波長変換等の機能を有する半導体レーザ装置を実現した
ものである。
この発明によれば半導体基板上に導電形が異る半導体層
が少なくとも3つ順次形成されてpnpn多層構造とさ
れ、その多層構造中の中間の1つの層は活性層とされる
。半導体基板と、最上部の半導体層と、その直下のこれ
と導電形を異にする半導体層とにそれぞれ互いに独立な
電極が設けられる。
更に半導体基板に凹部が半導体層に達することなく形成
され、その凹部が光信号入力端とされる。
活性層のバンドギャップエネルギを半導体基板及び最上
部半導体層のバンドギャップエネルギより小さくされる
。更に活性層のバンドギャップエネルギと他の中間の半
導体層のハンドギャップエネルギとを異ならせて入力光
と出力光との波長を異ならせることができる。半導体基
板又は半導体層の一つに2次の回折格子を形成すること
により、活性層から誘起された光の一部を回折格子で反
射させて再び吸収し、一層大きな出力光を得るようにす
ることができる。活性層を含む半導体層を帯状に残し、
その両側を高抵抗の電流制限領域とし、活性層に電流が
集中して流れ、レーザ発振し易いようにすることができ
る。
「実施例」 第1図はこの発明の一実施例を示す。P−1nP基板1
上に、必要に応じて結晶をよいものとするためP−1n
Pのバッファ層2(厚さ3μm、Znドープ、5XIQ
”cm−’)が形成され、そのバッファ層2上に組成波
長1.3 μmキャリア濃度I Q l ’r cm 
−3のSnドープのn形1nGaAsP活性層3(厚さ
0.15μm)が形成される。その活性層3上にn−1
nPクラツド層4(厚さ0.2μm、Snドープ、 1
0”cm−’)が形成される。そのクラッド層4上に幅
1.5μmのSiO□膜をマスクとしたプロトン照射に
より、両側に高抵抗な電流制限領域5が半導体Illに
達して形成される。
マスクのSiOア膜は除去され、P−1nP層6(厚さ
1.0、crm、Znドープ、  5 xlQ16cm
−″)及・びn−1nP層7(j7さ1.0μm、Sn
ドープ、  I XIO”(J−3)が順次形成される
。更にSiO!膜をマスクとして、最上部層7と接し、
これと導電形を異にする半導体層6に達するP″領域8
が例えば[leイオン注入により形成される。
基板1の活性層3の下部に相当する部分にバッファ層2
に達しない程度まで、エツチングにより凹部が形成され
、その凹部は光信号入力端20とされる。活性層3と対
応して最上部の半導体層7上に電極10が、また半導体
層6に対する電極としてP゛領域8上に電極11がそれ
ぞれ形成され、これら電極to、 tiはSiO□膜の
電極分離層9により互いに草色縁されている。基板1に
電極12が形成される。
結晶のへき開面により共振器要約250μmの素子が切
り出される。
半導体層2.3,4.6.7は一般に、気相又は液相成
長により形成される。このようにしてpnpnの多相構
造が構成され、その中間の半導体層3が活性層とされて
いる。活性層3.クラッド層4のバンドギャップエネル
ギは基板1.バッファ層2及び半導体層7のバンドギャ
ップエネルギより小さくされ、光信号入力端20からの
光信号がなるべく吸収されることなく、活性層3へ達す
るようにされる。この半導体レーザ装置に対し、第2図
に示すように電極10は接地され、電極11に電源21
によりバイアス電圧Vgが与えられ、電極12に電源2
2により電圧■が印加される。
この状態においてVg=0の場合は、電圧■が印加され
ているが、pnpn構造のため、n形りラッド層4とp
形半導体層6との接合は逆バイアスとなり、電流は流れ
ない。しかし、光信号入力端20に光信号が入力される
と、その光エネルギが活性層3に達し、これにキャリア
が注入され、バッファN2.活性層3.クラッド層4−
半導体層6のp−n−p構造がトランジスタとして作用
し、これに大きな電流が流れ、更にその電流が活性層3
.クラッド層4−半導体層6−半導体層7のトランジス
タとして作用するi−ρ−〇構造部分により増幅され、
活性層3に著しく大きな電流が流れ、活性層3から光が
誘起され、この光はバッファ層2及びクラッド層4間に
とじ込められ、第1図において紙面と直角な方向に光が
伝搬してこのjL置から放射される。この場合は活性層
3が光吸収層としても作用している。つまり入力光の波
長と出力光の波長は等しく、この例では共に1.3 μ
mである。なお半導体層6では光吸収は行われない。
電圧Vgをパラメータとした時の電圧■−電流I特性は
、第3図に示したようになり、負性抵抗特性を示し、つ
まり増幅特性があり、これはスイ・ノチング特性を示し
、この特性はVg及び入力光強度によって支配されてい
る。Vgは使用する入力光強度に従い、感度が最大とな
るような値を選定する。
第1図に示した装置を用いる場合は143μmの光を人
力光として用いる。
第4図はこの発明の装置を用いて光メモリ動作を行わせ
る際の手順例を示したものである。Vgを0とし、電極
10及び12間にVg2.5V程度の電圧を印加してお
くと、そのままでは第3図の特性図より解るように電流
はほとんど流れず、従って出力光は得られない状態にあ
る。そこへ第4図Aに示すように光信号入力端20より
入力光パルスを加えると、この装置はON状態に移行し
、電流は100m八程度流れ、このとき約151程度の
出力光が実現できる(第4図B)。この状態は次に電極
11に負電圧(第4図C)を印加するまで持続される。
第5図はこの発明の別の実施例を示す。第1図のP−I
nP層6に代えて活性層3よりもバンドギャップエネル
ギが小さい、つまり組成波長の長いP−InGaAsP
Ji13(厚さ1.0  μm、 Znドープ、5X1
016CI11− ’ 、組成波長1.5I1m)を設
ける。この場合入力信号光として波長1.5 μmの光
を用いればこれがp−1nGaAsP層13で光が吸収
され、ON状態において波長1.3μmのレーザ光が出
力光として得られ、入出力信号間の波長変換も同時に行
われる。
第6図はこの発明の更に別の実施例を示す。(一部を切
欠いて示しである)。表面に2次の回折格子14(ピッ
チル4600人、深さ1000人)を形成した基板1を
用いて製作した。この場合活性層3で発生した光の一部
は回折格子14で反射され、それが半導体層13に入り
、この光は半導体層13の組成波長よりも短いため、こ
の光もこの層13で吸収され、全体の吸収光量は、第4
図に示した装置の場合に比べて、約100倍に増加して
いる。従って、光吸収によって生成されるキャリア数を
同じにするとすれば、第6図の半導体層13は0.2μ
m厚に薄くすることができ、スイッチング時間は約1/
2.5に短縮できる。
なお、電流制限領域5は、プロトン照射によって形成す
る場合に限らず、高純度成長層や、Feドープ等による
半絶縁層の結晶成長でもよい。この電流制限領域5は電
流通路を狭くし、電流密度を上げてレーザ発振をし易く
するものである。また以上の実施例は、InP系半導体
材料を用いて説明したが、GaAs系半導体材料におい
ても適用できることは明らかである。基板1としてはn
形のものを用いてもよい。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明は基板上に半導体層を積
層することにより1つの素子で入力光信号によって出力
光信号のON −OFFができるスイッチ機能、増幅機
能、波長変換機能等を実現できるため、光スィッチある
いは光論理回路を小形で高性能に構成するために必要な
高機能半導体レーザ装置を低価格で実現できる利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第2図はこ
の発明装置の駆動例を示す図、第3図はこの発明の半導
体レーザ装置の電圧電流特性を示す図、第4図はこの発
明の装置を光メモリ動作させる場合の入力光、出力光の
関係を示す図、第5図はこの発明の別の実施例を示す断
面図、第6図はこの発明の更に別の実施例を示す一部を
切欠いた斜視図である。 1 : P −1nP7J4反、2:P−1nPバッフ
ァ層、3: n−1nGaAsP活性層、4:n−1n
Pクラッド層、5:高抵抗の電流制限領域、6:P−1
nP層、7:n−1nPi、8:I’Ji域、9:Si
J膜、lO:n形電極、11:P形電極、12:P形電
極、13: P  InGaAsP層、14:回折格子
、20:光信号入力端。 特許出願人  日本電信電話株式会社 代  理  人    草  野     卓士 1 
図 才 2 図 オ 3 図 才 4 肥

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に導電形が異る半導体層が少なくと
    も3つ順次形成されてpnpn多層構造とされ、この多
    層構造における中間層の1つは活性層とされ、 上記半導体基板、最上部の半導体層及びその最上部の半
    導体層と接するこれと異る導電形の半導体層にそれぞれ
    互いに独立な第1、第2及び第3電極が形成され、 上記半導体基板に上記半導体層に達しない凹部が形成さ
    れて光信号入力端とされている三端子半導体レーザ装置
JP11994585A 1985-06-03 1985-06-03 三端子半導体レ−ザ装置 Expired - Lifetime JPH067630B2 (ja)

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