JPS6159555B2 - - Google Patents
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- JPS6159555B2 JPS6159555B2 JP13449177A JP13449177A JPS6159555B2 JP S6159555 B2 JPS6159555 B2 JP S6159555B2 JP 13449177 A JP13449177 A JP 13449177A JP 13449177 A JP13449177 A JP 13449177A JP S6159555 B2 JPS6159555 B2 JP S6159555B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06209—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
- H01S5/06243—Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the position or direction of the emitted beam
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、半導体レーザに他の光機能素子を
組合せた複合半導体装置に関する。 半導体レーザは、小型・軽量・高効率等の長所
を持つため光通信装置や、光情報処理装置の有力
な光源と考えられている。レーザ光をいろいろな
目的に応用するためには、光変調技術と、光ビー
ムの空間的な位置や方向を制御する光偏向技術が
必要となる。半導体レーザはさいわい動作電流を
変調することによつて、容易に光変調を行なうこ
とができる。他方、光偏向については、別個に用
意した光偏向器によらなければならなかつた。光
偏向器はこれまで、機械的な回転や変位を利用す
る方法の他に電気光学効果や音響光学効果等の物
理効果を用いる方法が具体的に提案されており、
それぞれの用途に使われている。ところが、これ
らは外部に光偏向器を設けるため、装置が大きく
なること、半導体レーザと光偏向器との結合損失
が大きいことなどの欠点がある。 本発明は半導体レーザに光偏向機能を内蔵して
上記の欠点を改善した複合半導体装置を提供する
ものである。 すなわち、ストライプ電極をもつたダブルヘテ
ロ構造の半導体レーザの、レーザ共振器の内部に
水平横方向には光導波機構の無い非起起領域を有
し、該非励起領域の一部に複数の偏向用電極を設
け、かつ該偏向用電極の少なくとも一方の極性の
電極は、該半導体レーザの励起用電極から電気的
な隔離された構造の複合半導体装置である。 本発明によれば、半導体レーザにおいて、レー
ザ共振器内部の水平横方向光導波機構をもたない
非励起領域の一部で共振器モード内に吸収損失の
大きい部分を形成しておくと、吸収損失の大きい
部分を避けて、これまでと異なつた横モードでレ
ーザは発振し、非励起領域に電極を設け、この電
極に電流を注入すると、この電極部分を通過する
モードだけでレーザ発振する為、半導体レーザに
光偏向機能を具えることが可能となる。 以下本発明を実施例に基づいて説明する。 本発明は半導体の材料によらず適用できるが、
現段階で、もつとも優れた材料である、GaAs―
AlxGa1‐xAs系からなるダブル・ヘテロ構造で
ストライプ電極をもつた半導体レーザの場合を例
にとり、図面を参照して詳細に説明する。第１図
はこの発明の一実施例を示す模型的斜視図でｎ―
GaAs基板１１の上にｎ―AlxGa1‐xAs層１２、
ｎ―GaAs活性層１３、ｐ―AlxGa1‐xAs層１
４、ｎ―GaAs層１５が順次多層成長してある。
ここでｘは通常0.3位が用いられる。励起領域は
１６で示したストライプ部分で、ｎ―GaAs活性
層内に存在する部分である。このストライプ部分
のみｎ―GaAs層１５を通してｎ―GaAs活性層１
３に達するようにZn等のｐ形不純物が選択的に
拡散してある。（図示せず。このｐ形不純物の拡
散領域でｎ―GaAs活性層以外の部分がストライ
プ電極である）ｐ側電極金属１７は励起領域が存
在する側の全面に施されて熱放散をよくしてい
る。つまりｐ形不純物拡散したストライプ部分１
６のみが電流注入される、いわゆるブレーナ・ス
トライプ構造になつている。共振器内部の非励起
領域１８の一部にはそれぞれ電気的に隔離した複
数個の小さな偏向用のｐ側電極１９を形成し、偏
向用電極１９の部分には、ストライプ部分１６と
同様にｎ―GaAs層１５を通して、ｎ―GaAs活性
層１３に達するようにZn等のｐ形不純物が選択
拡散してある（図示せず）。ｎ―GaAs基板１１の
下面にはｎ側電極２０が全面に形成されており、
偏向用電極のもう一方の極性の電極（この場合は
ｎ側電極）も兼ねている。 以上の構造で先ずストライプ電極とｎ側電極２
０の間に順方向電流を通電すると、あるしきい値
電流I1以上でレーザ発振を示す。非励起領域の偏
向用電極１９部分にはｎ―GaAs活性層１３に達
するようにZn拡散されているので、その部分で
の禁制帯巾は等価的に約20〔meV〕狭くなつて
いる。非励起領域１８には水平横方向の光導波機
構が無いため、共振器中の最も損失の少ない光路
を選んでレーザ発振が生ずる。従つて、レーザ発
振波長での吸収損失は偏向用電極１９部分で大き
くなつているのでレーザ発振の横モードは偏向用
電極１９部分を避けるようなモードになる。次に
偏向用電極１９の一つの順方向電流を流すと、通
電した一つの偏向用電極部分を通る横モードのレ
ーザ発振が生ずる。このときストライプ部分１６
に通電するレーザ発振のしきい値電流I2は、偏向
用電極１９に通電しない場合（I1）より一般に小
さくなる。しかしストライプ軸Ａ―Ｂ（第２図参
照）から遠ざかつた一つの偏向用電極１９を使用
する場合には、I2〓I1となることもある。このよ
うに偏向用電極１９によつてレーザ発振の横モー
ドを選択する機構は次のように説明される。つま
りストライプ部分の励起領域の平面方向には、い
わゆるゲイン・ガイデイング機構が存在すると考
えられており、他方非励起領域１８にはこれがな
い。従つて、励起領域まで増幅された光が非励起
領域１８に入ると、回折によつて、光は拡がる。
レーザ共振器はストライプ部分１６と直角になる
ような一対のへき開面で構成されている。従つ
て、偏向用電極１９が無ければ回折損失のもつと
も少ないストライプ軸上を通るモードが発振す
る。しかし、回折損失のもつとも少ないモード内
に一定の値以上の吸収損失を有する部分を形成す
ると、回折損失と吸収損失の和がもつとも少なく
なるような横モードで発振する。偏向用電極１９
に電流を注入し、回折した光の一部に利得を与え
てやれば回折損失と利得の差がもつとも小さくな
る横モードで発振させることができる。ここで回
折損失は、ストライプ軸からはずれたモード程大
きくなることは周知である。 第２図はこの発明の実施例によつて得られる偏
向角を説明するために第１図の平面図を模型的に
示したものでストライプ軸をＡ―Ｂで示す。今偏
向用電極１９のうちｂにのみ電流を注入した場合
を考える。ストライプ部分１６の端から偏向電極
１９までの距離をとし偏向用電極１９の間隔を
ｗとすると、結晶内での偏向角θは次のように表
わせる。 θtan-1（ｗ／ｌ） (1) 半導体結晶の屈折率をｎとし空気中（ｎ＝１と
する）に出た場合の偏向角は次のように表わせ
る。 s1 -1（nsinθ） (2) 偏向角θは任意ではなく、θの増大とともにレ
ーザ発振のしきい値電流は増加し、ある値θｃ以
上になると、ほとんど発振させることが困難にな
る。θｃは次式で与えられる。 θｃ4tan-1（２λ／ｎｓ） (3) ここでｓはストライプ部分１６の幅、λは発振
波長を示す。λ＝8600Å、ｎ＝36、ｓ＝10μｍと
すると、θｃ11゜となりｗ／ｌ0.19となる。
そしてこのときの偏向角は43゜である。 一方レーザ光の接合面内の拡がり角は、半値半
幅でα４゜くらいにできるので、この偏向器の
分解能をｐ≡／αで定義すればｐ10が得られ
る。本発明の複合半導体装置の用途は、例えば接
合面内に一列に並べたガラスフアイバ束の任意の
一つのフアイバに信号を導入することができる。
また別の用途としては、光集積回路のスイツチン
グ素子または偏向素子としても使える。 以上詳細に説明したように、半導体レーザのレ
ーザ共振器内に水平横方向光導波機構の無い非励
起領域を設け、この非励起領域に電極を形成する
ことにより、半導体レーザに光偏向機能を持たす
ことができる。尚本発明の詳細な説明ではGaAs
―AlxGa1‐xAs系からなる半導体レーザの場合
について説明したが、他の半導体材料からなる半
導体レーザにも容易に適用でき、同様の効果る有
する複合半導体装置が得られる。
組合せた複合半導体装置に関する。 半導体レーザは、小型・軽量・高効率等の長所
を持つため光通信装置や、光情報処理装置の有力
な光源と考えられている。レーザ光をいろいろな
目的に応用するためには、光変調技術と、光ビー
ムの空間的な位置や方向を制御する光偏向技術が
必要となる。半導体レーザはさいわい動作電流を
変調することによつて、容易に光変調を行なうこ
とができる。他方、光偏向については、別個に用
意した光偏向器によらなければならなかつた。光
偏向器はこれまで、機械的な回転や変位を利用す
る方法の他に電気光学効果や音響光学効果等の物
理効果を用いる方法が具体的に提案されており、
それぞれの用途に使われている。ところが、これ
らは外部に光偏向器を設けるため、装置が大きく
なること、半導体レーザと光偏向器との結合損失
が大きいことなどの欠点がある。 本発明は半導体レーザに光偏向機能を内蔵して
上記の欠点を改善した複合半導体装置を提供する
ものである。 すなわち、ストライプ電極をもつたダブルヘテ
ロ構造の半導体レーザの、レーザ共振器の内部に
水平横方向には光導波機構の無い非起起領域を有
し、該非励起領域の一部に複数の偏向用電極を設
け、かつ該偏向用電極の少なくとも一方の極性の
電極は、該半導体レーザの励起用電極から電気的
な隔離された構造の複合半導体装置である。 本発明によれば、半導体レーザにおいて、レー
ザ共振器内部の水平横方向光導波機構をもたない
非励起領域の一部で共振器モード内に吸収損失の
大きい部分を形成しておくと、吸収損失の大きい
部分を避けて、これまでと異なつた横モードでレ
ーザは発振し、非励起領域に電極を設け、この電
極に電流を注入すると、この電極部分を通過する
モードだけでレーザ発振する為、半導体レーザに
光偏向機能を具えることが可能となる。 以下本発明を実施例に基づいて説明する。 本発明は半導体の材料によらず適用できるが、
現段階で、もつとも優れた材料である、GaAs―
AlxGa1‐xAs系からなるダブル・ヘテロ構造で
ストライプ電極をもつた半導体レーザの場合を例
にとり、図面を参照して詳細に説明する。第１図
はこの発明の一実施例を示す模型的斜視図でｎ―
GaAs基板１１の上にｎ―AlxGa1‐xAs層１２、
ｎ―GaAs活性層１３、ｐ―AlxGa1‐xAs層１
４、ｎ―GaAs層１５が順次多層成長してある。
ここでｘは通常0.3位が用いられる。励起領域は
１６で示したストライプ部分で、ｎ―GaAs活性
層内に存在する部分である。このストライプ部分
のみｎ―GaAs層１５を通してｎ―GaAs活性層１
３に達するようにZn等のｐ形不純物が選択的に
拡散してある。（図示せず。このｐ形不純物の拡
散領域でｎ―GaAs活性層以外の部分がストライ
プ電極である）ｐ側電極金属１７は励起領域が存
在する側の全面に施されて熱放散をよくしてい
る。つまりｐ形不純物拡散したストライプ部分１
６のみが電流注入される、いわゆるブレーナ・ス
トライプ構造になつている。共振器内部の非励起
領域１８の一部にはそれぞれ電気的に隔離した複
数個の小さな偏向用のｐ側電極１９を形成し、偏
向用電極１９の部分には、ストライプ部分１６と
同様にｎ―GaAs層１５を通して、ｎ―GaAs活性
層１３に達するようにZn等のｐ形不純物が選択
拡散してある（図示せず）。ｎ―GaAs基板１１の
下面にはｎ側電極２０が全面に形成されており、
偏向用電極のもう一方の極性の電極（この場合は
ｎ側電極）も兼ねている。 以上の構造で先ずストライプ電極とｎ側電極２
０の間に順方向電流を通電すると、あるしきい値
電流I1以上でレーザ発振を示す。非励起領域の偏
向用電極１９部分にはｎ―GaAs活性層１３に達
するようにZn拡散されているので、その部分で
の禁制帯巾は等価的に約20〔meV〕狭くなつて
いる。非励起領域１８には水平横方向の光導波機
構が無いため、共振器中の最も損失の少ない光路
を選んでレーザ発振が生ずる。従つて、レーザ発
振波長での吸収損失は偏向用電極１９部分で大き
くなつているのでレーザ発振の横モードは偏向用
電極１９部分を避けるようなモードになる。次に
偏向用電極１９の一つの順方向電流を流すと、通
電した一つの偏向用電極部分を通る横モードのレ
ーザ発振が生ずる。このときストライプ部分１６
に通電するレーザ発振のしきい値電流I2は、偏向
用電極１９に通電しない場合（I1）より一般に小
さくなる。しかしストライプ軸Ａ―Ｂ（第２図参
照）から遠ざかつた一つの偏向用電極１９を使用
する場合には、I2〓I1となることもある。このよ
うに偏向用電極１９によつてレーザ発振の横モー
ドを選択する機構は次のように説明される。つま
りストライプ部分の励起領域の平面方向には、い
わゆるゲイン・ガイデイング機構が存在すると考
えられており、他方非励起領域１８にはこれがな
い。従つて、励起領域まで増幅された光が非励起
領域１８に入ると、回折によつて、光は拡がる。
レーザ共振器はストライプ部分１６と直角になる
ような一対のへき開面で構成されている。従つ
て、偏向用電極１９が無ければ回折損失のもつと
も少ないストライプ軸上を通るモードが発振す
る。しかし、回折損失のもつとも少ないモード内
に一定の値以上の吸収損失を有する部分を形成す
ると、回折損失と吸収損失の和がもつとも少なく
なるような横モードで発振する。偏向用電極１９
に電流を注入し、回折した光の一部に利得を与え
てやれば回折損失と利得の差がもつとも小さくな
る横モードで発振させることができる。ここで回
折損失は、ストライプ軸からはずれたモード程大
きくなることは周知である。 第２図はこの発明の実施例によつて得られる偏
向角を説明するために第１図の平面図を模型的に
示したものでストライプ軸をＡ―Ｂで示す。今偏
向用電極１９のうちｂにのみ電流を注入した場合
を考える。ストライプ部分１６の端から偏向電極
１９までの距離をとし偏向用電極１９の間隔を
ｗとすると、結晶内での偏向角θは次のように表
わせる。 θtan-1（ｗ／ｌ） (1) 半導体結晶の屈折率をｎとし空気中（ｎ＝１と
する）に出た場合の偏向角は次のように表わせ
る。 s1 -1（nsinθ） (2) 偏向角θは任意ではなく、θの増大とともにレ
ーザ発振のしきい値電流は増加し、ある値θｃ以
上になると、ほとんど発振させることが困難にな
る。θｃは次式で与えられる。 θｃ4tan-1（２λ／ｎｓ） (3) ここでｓはストライプ部分１６の幅、λは発振
波長を示す。λ＝8600Å、ｎ＝36、ｓ＝10μｍと
すると、θｃ11゜となりｗ／ｌ0.19となる。
そしてこのときの偏向角は43゜である。 一方レーザ光の接合面内の拡がり角は、半値半
幅でα４゜くらいにできるので、この偏向器の
分解能をｐ≡／αで定義すればｐ10が得られ
る。本発明の複合半導体装置の用途は、例えば接
合面内に一列に並べたガラスフアイバ束の任意の
一つのフアイバに信号を導入することができる。
また別の用途としては、光集積回路のスイツチン
グ素子または偏向素子としても使える。 以上詳細に説明したように、半導体レーザのレ
ーザ共振器内に水平横方向光導波機構の無い非励
起領域を設け、この非励起領域に電極を形成する
ことにより、半導体レーザに光偏向機能を持たす
ことができる。尚本発明の詳細な説明ではGaAs
―AlxGa1‐xAs系からなる半導体レーザの場合
について説明したが、他の半導体材料からなる半
導体レーザにも容易に適用でき、同様の効果る有
する複合半導体装置が得られる。
第１図は、この発明の一実施例を示す模型的斜
視図、第２図は、この発明の実施例によつて得ら
れる偏向角を説明するための図である。 図中１１はｎ―GaAs基板、１２はｎ―
AlxGa1‐xAs層、１３はｎ―GaAs活性層、１４
はｐ―AlxGa1‐xAs層、１５はｎ―GaAs層、１
６はストライプ部分、１７はｐ側電極金属、１８
は非励起領域、１９は偏向用電極、２０はｎ側電
極をそれぞれ示す。
視図、第２図は、この発明の実施例によつて得ら
れる偏向角を説明するための図である。 図中１１はｎ―GaAs基板、１２はｎ―
AlxGa1‐xAs層、１３はｎ―GaAs活性層、１４
はｐ―AlxGa1‐xAs層、１５はｎ―GaAs層、１
６はストライプ部分、１７はｐ側電極金属、１８
は非励起領域、１９は偏向用電極、２０はｎ側電
極をそれぞれ示す。
Claims (1)
- １ ストライプ電極をもつたダブル・ヘテロ構造
半導体レーザにおいて、レーザ共振器の内部に水
平横方向光導波機構の無い非励起領域を有し、こ
の非励起領域の一部に複数の偏向用電極を有し、
かつ複数の偏向用電極の少なくとも１方の極性の
電極が半導体レーザの励起用の電極から電気的に
隔離されている構造を有することを特徴とする複
合半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13449177A JPS5467392A (en) | 1977-11-08 | 1977-11-08 | Composite semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13449177A JPS5467392A (en) | 1977-11-08 | 1977-11-08 | Composite semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5467392A JPS5467392A (en) | 1979-05-30 |
| JPS6159555B2 true JPS6159555B2 (ja) | 1986-12-17 |
Family
ID=15129554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13449177A Granted JPS5467392A (en) | 1977-11-08 | 1977-11-08 | Composite semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5467392A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5912398Y2 (ja) * | 1980-07-18 | 1984-04-14 | 四国化成工業株式会社 | 伸縮式門扉における転倒防止装置 |
| JPS5727086A (en) * | 1980-07-25 | 1982-02-13 | Toshiba Corp | Wavelength controlled laser wherein wave guide and grating lens are applied |
| JPS61159785A (ja) * | 1985-01-08 | 1986-07-19 | Canon Inc | 半導体装置 |
-
1977
- 1977-11-08 JP JP13449177A patent/JPS5467392A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5467392A (en) | 1979-05-30 |
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