JPS6297386A - 分布帰還型双安定半導体レ−ザ - Google Patents
分布帰還型双安定半導体レ−ザInfo
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- JPS6297386A JPS6297386A JP23693485A JP23693485A JPS6297386A JP S6297386 A JPS6297386 A JP S6297386A JP 23693485 A JP23693485 A JP 23693485A JP 23693485 A JP23693485 A JP 23693485A JP S6297386 A JPS6297386 A JP S6297386A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- semiconductor laser
- current
- bistable
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/026—Optical bistable devices based on laser effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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、光交換・光情報処理等に用いられる光機能素
子として最も重要な構成要素の一つである双安定動作を
示す双安定半導体レーザに関する。
子として最も重要な構成要素の一つである双安定動作を
示す双安定半導体レーザに関する。
(従来技術とその問題点)
光機能素子の中でも光論理、光スィッチ、光記憶、光増
幅、光信号波形の整形等幅広い応用範囲を有する双安定
素子は、光の本質的な特徴を活かした素子として期待さ
れており、各所でその基礎検討が進められている。
幅、光信号波形の整形等幅広い応用範囲を有する双安定
素子は、光の本質的な特徴を活かした素子として期待さ
れており、各所でその基礎検討が進められている。
双安定素子としては、電気光学結晶や液晶等各種の材料
でその動作が確認されているが、特に半導体材料を用い
たものがその高速性・集積化の可能性を最も活かせるも
のとして注目されている。
でその動作が確認されているが、特に半導体材料を用い
たものがその高速性・集積化の可能性を最も活かせるも
のとして注目されている。
これについては、例えば、小田切等が昭和58年度電子
通信学会総合全国大会に発表し、同大会講演論文集分冊
4第937、第23頁に記載されたタンデム電極構造デ
ィーシー・ビービーエイチ(DC−PBH)半導体レー
ザがある。この双安定半導体レーザでは、溝は単に電極
間を分離するだけでなく、溝直下への注入電流の[込み
が抑えられたa流罪注入領域として働いている。そのた
め2分割された電極を共通にしても溝の存在により双安
定動作が電流−光出力特性で観測される。また分離され
た電極への注入電流の組合せにより、双安定動作を示す
電流−光出力特性でのヒステリ7スの形状、双安定動作
を示す電流幅を所望の大きさに制御できる。しかしなが
ら、この双安定半導体レーザは、壁間によって反射鏡と
なる共振器面を形成しているから、他の半導体レーザ、
スイッチ、変調器等の光素子と同一基板上に集積化しに
くい。
通信学会総合全国大会に発表し、同大会講演論文集分冊
4第937、第23頁に記載されたタンデム電極構造デ
ィーシー・ビービーエイチ(DC−PBH)半導体レー
ザがある。この双安定半導体レーザでは、溝は単に電極
間を分離するだけでなく、溝直下への注入電流の[込み
が抑えられたa流罪注入領域として働いている。そのた
め2分割された電極を共通にしても溝の存在により双安
定動作が電流−光出力特性で観測される。また分離され
た電極への注入電流の組合せにより、双安定動作を示す
電流−光出力特性でのヒステリ7スの形状、双安定動作
を示す電流幅を所望の大きさに制御できる。しかしなが
ら、この双安定半導体レーザは、壁間によって反射鏡と
なる共振器面を形成しているから、他の半導体レーザ、
スイッチ、変調器等の光素子と同一基板上に集積化しに
くい。
これに対して、導波路上に回折格子を有する分布帰還型
(DFB)半導体レーザは、壁間によって反射鏡となる
共振器面を形成する必要がなく、集積化に有効な素子で
ある。DFD型の半導体レーザに電流非注入領域を設け
ることによって電流−光出力特性に双安定性を実現出来
る。これについては、アキバ(8,AKIBA) ら
によるアイ・イー拳イー・イ ジャーナル オブ クオ
ンタムエレクトoニクス(IEEE Journal
ofQuantumEle:tvouics ) 誌
のQlu−19巻tNo6e1983、P4O10に記
載されている論文に詳しい。しかしながら、この様なり
FB型の半導体レーザは必ずしも双安定を示すとは限ら
ないことが、本発明者が行った最近の実験結果で明らか
になった。
(DFB)半導体レーザは、壁間によって反射鏡となる
共振器面を形成する必要がなく、集積化に有効な素子で
ある。DFD型の半導体レーザに電流非注入領域を設け
ることによって電流−光出力特性に双安定性を実現出来
る。これについては、アキバ(8,AKIBA) ら
によるアイ・イー拳イー・イ ジャーナル オブ クオ
ンタムエレクトoニクス(IEEE Journal
ofQuantumEle:tvouics ) 誌
のQlu−19巻tNo6e1983、P4O10に記
載されている論文に詳しい。しかしながら、この様なり
FB型の半導体レーザは必ずしも双安定を示すとは限ら
ないことが、本発明者が行った最近の実験結果で明らか
になった。
ぞこで、本発明の目的は、この様な欠点を除去せしめて
、双安定性を再現性良く得ることが出来る分布帰還型半
導体レーザな提供することにある。
、双安定性を再現性良く得ることが出来る分布帰還型半
導体レーザな提供することにある。
(問題点を解決するための手段)
前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
、電流非注入領域が設けてある分布帰還型双安定半導体
レーザにおいて、前記電流非注入領域の吸収端波長がブ
ラッグ波長より長いことを特徴とする。
、電流非注入領域が設けてある分布帰還型双安定半導体
レーザにおいて、前記電流非注入領域の吸収端波長がブ
ラッグ波長より長いことを特徴とする。
(実施例)
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第1図(a)は、本発明の分布帰還型双安定半導体レー
ザの一実施例の斜視図、同図(b)は本図(a)の手前
側の無反射膜25を除去して多層構造の端面な現わした
その実施例の斜視図である。
ザの一実施例の斜視図、同図(b)は本図(a)の手前
側の無反射膜25を除去して多層構造の端面な現わした
その実施例の斜視図である。
双安定半導体レーザは、プレーナ型の埋め込みへテロ構
造であり、活性層を含むメサストライプをp及びn型の
半導体層で埋め込んでなり、この構造については特願昭
56−166666号に詳しく記載がある。先づ、n−
4nP基板10(キャリア濃度LXIOcIIL s厚
さ350 μm )上の全面に深さ500人ピッチ20
00人程度の回折格子11をレジストを塗布して、通常
の2光束干渉法とエツチング技術により形成する。次に
回折格子11上に液相又は気相成長法によりn−In6
.@。
造であり、活性層を含むメサストライプをp及びn型の
半導体層で埋め込んでなり、この構造については特願昭
56−166666号に詳しく記載がある。先づ、n−
4nP基板10(キャリア濃度LXIOcIIL s厚
さ350 μm )上の全面に深さ500人ピッチ20
00人程度の回折格子11をレジストを塗布して、通常
の2光束干渉法とエツチング技術により形成する。次に
回折格子11上に液相又は気相成長法によりn−In6
.@。
GaO,! 11 A”0,4゜po、a。ガイド層1
2(キャリア濃度5X10 cIIL 、厚さ0.1
μm)、ノンドープIn6.y t C)ao、t e
Aso、a t PO0$ 11 活性層13(厚
さ0.1 μm )、p−InP クラッド層14(キ
ャリア濃度1×101 、厚さt、oμm)を順次積層
させたDH基板に、フォトレジストを塗布して通常のフ
ォトリングラフイック技術により第11第2の溝16t
17(溝幅9μmS溝深さ3μm)を持つウェハを製作
する。第11第2の溝16゜17は一部に溝幅の狭い部
分を有しており、この部分が電流非注入領域となる。こ
れに関しては特願昭58−142922号に詳しい記載
がある。
2(キャリア濃度5X10 cIIL 、厚さ0.1
μm)、ノンドープIn6.y t C)ao、t e
Aso、a t PO0$ 11 活性層13(厚
さ0.1 μm )、p−InP クラッド層14(キ
ャリア濃度1×101 、厚さt、oμm)を順次積層
させたDH基板に、フォトレジストを塗布して通常のフ
ォトリングラフイック技術により第11第2の溝16t
17(溝幅9μmS溝深さ3μm)を持つウェハを製作
する。第11第2の溝16゜17は一部に溝幅の狭い部
分を有しており、この部分が電流非注入領域となる。こ
れに関しては特願昭58−142922号に詳しい記載
がある。
次にこのウエノ・を液相成長技術によりp−InPの第
1の電流ブロック層し8r−?ヤリア濃度1x10 c
WL 1厚さ0.5μm)、n−InPの第2の電流ブ
ロック層19(キャリア濃度1 ×l Q ”crIL
7’。
1の電流ブロック層し8r−?ヤリア濃度1x10 c
WL 1厚さ0.5μm)、n−InPの第2の電流ブ
ロック層19(キャリア濃度1 ×l Q ”crIL
7’。
厚さ0.3μm)を順次形成させる。この場合メサスト
ライプ15の幅が通常1〜2μmと狭いから、メサスト
ライプ15上には第1.第2の電流ブロック層18.1
9は成長しない。続いてp −I np埋め込み層20
(キャリア濃度IXLO儂 、厚さ1.5μm )%
p−Ino4sGao、tiAso、4yPo、ms
キャップ層21(キャリア濃度txto t、’R%
厚さ0.3μm)を順次形成させる。結晶成長後、p側
電極22を形成するため、AuZnを蒸着する。
ライプ15の幅が通常1〜2μmと狭いから、メサスト
ライプ15上には第1.第2の電流ブロック層18.1
9は成長しない。続いてp −I np埋め込み層20
(キャリア濃度IXLO儂 、厚さ1.5μm )%
p−Ino4sGao、tiAso、4yPo、ms
キャップ層21(キャリア濃度txto t、’R%
厚さ0.3μm)を順次形成させる。結晶成長後、p側
電極22を形成するため、AuZn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
フィック技術とエツチングによりp側電極22を分割す
る第3の溝23(長さ50μm)を形成させる。この場
合AuZnはKI + I、の混合液により除去され、
p−In(1,テ5 oao、ts As6.4丁
PO,S sキャップ層21は、I(、So、+ I(
、O,+H,Oの混合液で除去される。次いでAuZn
を400℃で熱処理した後に、n−InP基板10を研
磨して120μm程度の厚さとした後、n側電極24用
にAuGeNiを蒸着し、350℃で熱処理してウエノ
・製作な終了する。このウエノ・を通常の壁間法により
p側電極22が第3の溝23をはさんだ構造に分離し、
両端壁開面の反則率を零にするために、無反射膜25を
SiNをスパッタ法によって形成する。
フィック技術とエツチングによりp側電極22を分割す
る第3の溝23(長さ50μm)を形成させる。この場
合AuZnはKI + I、の混合液により除去され、
p−In(1,テ5 oao、ts As6.4丁
PO,S sキャップ層21は、I(、So、+ I(
、O,+H,Oの混合液で除去される。次いでAuZn
を400℃で熱処理した後に、n−InP基板10を研
磨して120μm程度の厚さとした後、n側電極24用
にAuGeNiを蒸着し、350℃で熱処理してウエノ
・製作な終了する。このウエノ・を通常の壁間法により
p側電極22が第3の溝23をはさんだ構造に分離し、
両端壁開面の反則率を零にするために、無反射膜25を
SiNをスパッタ法によって形成する。
この素子の2分されたp側電極22を正、n側電極24
を負としてバイアスすると、この素子は電流入力あるい
は光入力に対して安定な2状態を持つ双安定半導体レー
ザとして働く。これは次の様な理由による。この双安定
半導体レーザでは、第3の溝23が電流非注入領域とな
るため、第3の溝23内の部分が可飽和吸収領域として
働く。
を負としてバイアスすると、この素子は電流入力あるい
は光入力に対して安定な2状態を持つ双安定半導体レー
ザとして働く。これは次の様な理由による。この双安定
半導体レーザでは、第3の溝23が電流非注入領域とな
るため、第3の溝23内の部分が可飽和吸収領域として
働く。
可飽和吸収領域とは、光子密度あるいは、キャリア密度
が十分小さいときには有限の大きさを持つ損失として働
き、ある程度大きくなると非線形的に損失が零に近くな
る性質を有するものである。
が十分小さいときには有限の大きさを持つ損失として働
き、ある程度大きくなると非線形的に損失が零に近くな
る性質を有するものである。
この双安定半導体レーザは埋め込みへテロ構造であるか
ら、室温で容易に40 mA程度の低い動作電流で働か
せることができる。また2分割されたp側電極22への
注入電流を適切に組み合わせて、双安定動作の電流幅も
変えることが出来る。
ら、室温で容易に40 mA程度の低い動作電流で働か
せることができる。また2分割されたp側電極22への
注入電流を適切に組み合わせて、双安定動作の電流幅も
変えることが出来る。
第2図(a)は分布帰還型半導体レーザにおけるブラッ
グ波長と電流非注入領域の吸収係数との関係を示す特性
図、同図(b)及び(C)はその半導体レーザにおける
電流非注入領域の吸収端波長がブラッグ波長より長い場
合及び短い場合の注入電流と光出力の関係をそれぞれ示
す特性図である。
グ波長と電流非注入領域の吸収係数との関係を示す特性
図、同図(b)及び(C)はその半導体レーザにおける
電流非注入領域の吸収端波長がブラッグ波長より長い場
合及び短い場合の注入電流と光出力の関係をそれぞれ示
す特性図である。
分布帰還型双安定半導体レーザのブラッグ波長λBが電
流非注入領域の吸収端波長λ。より長い波長領域では、
電流非注入領域でバンド間吸収による光の吸収が起こら
ず、損失が零に近いために双安定を示さない(第2図(
C))。これに対してブラッグ波長λBが電流非注入領
域の吸収端波長λ。より短い波長領域では、バンド間吸
収による吸収が生じ、前に述べた理由で双安定を示す(
第2図(b))。
流非注入領域の吸収端波長λ。より長い波長領域では、
電流非注入領域でバンド間吸収による光の吸収が起こら
ず、損失が零に近いために双安定を示さない(第2図(
C))。これに対してブラッグ波長λBが電流非注入領
域の吸収端波長λ。より短い波長領域では、バンド間吸
収による吸収が生じ、前に述べた理由で双安定を示す(
第2図(b))。
この様に電流非注入領域の吸収端波長を、ブラッグ波長
よりも長くすることによって、従来にくらべ双安定特性
の再現性が飛躇的に改善された素子が容易に得られる。
よりも長くすることによって、従来にくらべ双安定特性
の再現性が飛躇的に改善された素子が容易に得られる。
この実施例の双安定半導体レーザの大きさは、メサスト
ライプ11g15μ口、2つのp側電極22の長さは各
々175μm、90μm1第3の溝23の幅は50μm
である。結晶成長の様子は、成長方法や成長条件等によ
り大幅に変わるので、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。
ライプ11g15μ口、2つのp側電極22の長さは各
々175μm、90μm1第3の溝23の幅は50μm
である。結晶成長の様子は、成長方法や成長条件等によ
り大幅に変わるので、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。
なお上記実施例では、p側電極なAu Znの全面電極
構造としたが、2つのp側電極の寄生容量を少なくする
ためすキサイドストライプ構造にしたり、あるいはp
=[n()aAsPキャップ層21の代わりにn −I
nGaAsP キャップ層を成長させて、メサストライ
プ15の上面付近にのみ例えばZn拡散することにより
p層に変換させても本発明は実現できる。まだ以上の実
施例では、Ink/InGaAsP系の半導体材料を用
いたが、本発明はGaAJAs / Ga As系等等
地半導体材料を用いてもよい。
構造としたが、2つのp側電極の寄生容量を少なくする
ためすキサイドストライプ構造にしたり、あるいはp
=[n()aAsPキャップ層21の代わりにn −I
nGaAsP キャップ層を成長させて、メサストライ
プ15の上面付近にのみ例えばZn拡散することにより
p層に変換させても本発明は実現できる。まだ以上の実
施例では、Ink/InGaAsP系の半導体材料を用
いたが、本発明はGaAJAs / Ga As系等等
地半導体材料を用いてもよい。
またInGaAsP活性層13に代えて、InGaAs
P層とInP層とを100人程鹿の厚さで多層にした構
造、いわゆる多重量子井戸構造を採用しても本発明は実
現できる。まだ無反射膜25としてSIN膜を採用しだ
が他の誘電体多層膜等材料は限定されるものではない。
P層とInP層とを100人程鹿の厚さで多層にした構
造、いわゆる多重量子井戸構造を採用しても本発明は実
現できる。まだ無反射膜25としてSIN膜を採用しだ
が他の誘電体多層膜等材料は限定されるものではない。
(発明の効果)
以上詳述した様に、本発明によれば、分布帰還型半導体
レーザの一部に電流非注入領域を設け、電流非注入領域
の吸収端波長をブラッグ波長よりも長くすることにより
、双安定特性の再現性が全鋼的に牧舎すれた双安定半導
体レーザが得られる。
レーザの一部に電流非注入領域を設け、電流非注入領域
の吸収端波長をブラッグ波長よりも長くすることにより
、双安定特性の再現性が全鋼的に牧舎すれた双安定半導
体レーザが得られる。
第1図(a)は本発明の一実施例を示す斜視図、同図(
b)は本図(a)の手前側の無反射膜25を除去して多
層構造の端面を現わしたその実施例の斜視図、第2図(
a)は分布帰還型半導体レーザにおけるブラッグ波長と
電流非注入領域の吸収係数との関係を示す特性図、同図
(b)及び(c)はその半導体レーザに訃ける電流非注
入領域の吸収端波長がブラッグ波長より長い場合及び短
い場合の注入電流と光出力との関係をそれぞれ示す特性
図である。 10・・・n−InP基板、11・・・回折格子、12
”’n In6jlGa6,1@A110.40P6
.116ガイド層S 13・°“ノンドープIn(1,
テ1 eao、to ASO,@1 po、no活性層
曳14・・・p−InPクラッド層、15−・・メサス
トライプ、16・・・第1の溝、17・・・第2の溝、
18・・・p−InPの第1の電流ブロック層、19・
・・n−InPの第2の電流ブロック層、20・・・p
−InP埋め込み層% 21 ”@p−In0jl G
ao、鵞s ASo、47 PO+Isキャップ層、2
2・・・p側電極、23・・・#!3の溝、24・−n
側電極、25・・・無反射膜。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 第1図 (a) 然反射蟻 Φ 第2図(a) 0 人。 ブラッグ塘4ン λB
b)は本図(a)の手前側の無反射膜25を除去して多
層構造の端面を現わしたその実施例の斜視図、第2図(
a)は分布帰還型半導体レーザにおけるブラッグ波長と
電流非注入領域の吸収係数との関係を示す特性図、同図
(b)及び(c)はその半導体レーザに訃ける電流非注
入領域の吸収端波長がブラッグ波長より長い場合及び短
い場合の注入電流と光出力との関係をそれぞれ示す特性
図である。 10・・・n−InP基板、11・・・回折格子、12
”’n In6jlGa6,1@A110.40P6
.116ガイド層S 13・°“ノンドープIn(1,
テ1 eao、to ASO,@1 po、no活性層
曳14・・・p−InPクラッド層、15−・・メサス
トライプ、16・・・第1の溝、17・・・第2の溝、
18・・・p−InPの第1の電流ブロック層、19・
・・n−InPの第2の電流ブロック層、20・・・p
−InP埋め込み層% 21 ”@p−In0jl G
ao、鵞s ASo、47 PO+Isキャップ層、2
2・・・p側電極、23・・・#!3の溝、24・−n
側電極、25・・・無反射膜。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 第1図 (a) 然反射蟻 Φ 第2図(a) 0 人。 ブラッグ塘4ン λB
Claims (1)
- 電流非注入領域が設けてある分布帰還型双安定半導体レ
ーザにおいて、前記電流非注入領域の吸収端波長がブラ
ッグ波長より長いことを特徴とする分布帰還型双安定半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23693485A JPS6297386A (ja) | 1985-10-23 | 1985-10-23 | 分布帰還型双安定半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23693485A JPS6297386A (ja) | 1985-10-23 | 1985-10-23 | 分布帰還型双安定半導体レ−ザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6297386A true JPS6297386A (ja) | 1987-05-06 |
Family
ID=17007915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23693485A Pending JPS6297386A (ja) | 1985-10-23 | 1985-10-23 | 分布帰還型双安定半導体レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6297386A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6457693A (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | Bistable semiconductor laser |
JPH01312881A (ja) * | 1988-06-09 | 1989-12-18 | Nec Corp | 可変波長変換素子 |
EP0362078A2 (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-04 | Fujitsu Limited | Optical bistable laser diode and a controlling method thereof |
JPH07283480A (ja) * | 1994-04-11 | 1995-10-27 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザ |
-
1985
- 1985-10-23 JP JP23693485A patent/JPS6297386A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6457693A (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | Bistable semiconductor laser |
JPH01312881A (ja) * | 1988-06-09 | 1989-12-18 | Nec Corp | 可変波長変換素子 |
EP0362078A2 (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-04 | Fujitsu Limited | Optical bistable laser diode and a controlling method thereof |
US5014280A (en) * | 1988-09-30 | 1991-05-07 | Fujitsu Limited | Optical bistable laser diode and a method for controlling the same |
JPH07283480A (ja) * | 1994-04-11 | 1995-10-27 | Nec Corp | 分布帰還型半導体レーザ |
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