JP3060511B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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Description
光半導体レーザであり、更に外部入力光に対してスイッ
チング特性を有する面発光半導体レーザに関する。
は、第50回応用物理学会学術講演会講演予稿集 第3分
冊 p.909 29a−ZG−7のごときものであった。第5図
はその発光部を示す斜視図である。(502)n型GaAs基
板に(503)n型AlGaAs/AlAs多層膜、(504)n型AlGaA
sクラッド層、(505)p型GaAs活性層、(506)p型AlG
aAsクラッド層を成長した後、円柱状の領域を残してエ
ッチングし、(507)p型、(508)n型、(509)p
型、(510)p型の順にAlGaAsで埋め込む。しかる後(5
10)p型AlGaAsキャップ層の上部に(511)誘電体多層
膜を蒸着し、(512)n型オーミック電極、(510)p型
オーミック電極を形成し、面発光レーザを構成した。
反射率は、ある波長に対してのみ高反射率となるため、
レーザ発振はするが外部の入力光に対して機能動作をす
るものではない。従って、これを2次元アレイにしても
種々の演算動作ができない。更に、活性層以外の部分に
電流が流れるのを防ぐ手段として、埋め込み層にp−n
接合を設けているが、十分な電流狭窄を得ることは難し
く完全には無効電流を抑制できない。無効電流の抑制
は、面発光レーザにおいて重要な課題であり、このため
に前述の従来例でも室温連続発振駆動することが困難で
ある。また埋め込み層を従来例のように多層構造にした
場合、円柱状に残した成長層の界面と埋め込み層のp−
n界面の位置を考慮する必要があり、埋め込み成長の膜
厚制御が難しく再現性良く製造することは極めて困難で
ある。
とするところは、外部光入力に対して光スイッチング特
性を有し、且つ完全な電流狭窄が可能な構造であり、且
つ極めて簡単に製造できる高効率の面発光半導体レーザ
を提供するところにある。
成が提供される。
体基板側に半導体多層膜で形成された反射ミラーを持
ち、垂直な方向に光が出射される面発光半導体レーザで
あって、光を発する活性層が量子井戸構造を持ち、前記
半導体多層膜が、前記量子井戸構造の第一量子準位に対
応するエネルギーの波長の光に対して高反射率となるよ
うに構成される第一の多層膜と、第二の量子準位に対応
するエネルギーの光に対して高反射率となるように構成
される第二の多層膜を複合してなり、該半導体多層膜に
おいて、前記第二の量子準位に対応するエネルギーの光
に対する反射率が、前記量子井戸構造の第一量子準位に
対応するエネルギーの波長の光に対する反射率より大き
いことを特徴とする半導体レーザ。
が柱状で、該柱状の半導体層の周囲がII−VI族化合物半
導体層で埋め込まれていることを特徴とする上記(1)
の半導体レーザ。
を有し、該半導体コンタクト層の膜厚が、0.1μm以上
3.0μm以下であることを特徴とする上記(1)の半導
体レーザ。
Se、ZnCdS、CdSSeのいずれかであることを特徴とする上
記(2)の半導体レーザ。
柱状の半導体層の格子定数と一致していることを特徴と
する上記(2)の半導体レーザ。
がGaAsからなることを特徴とする上記(1)の半導体レ
ーザ。
造を持つ活性層がInGaAsからなることを特徴とする上記
(1)の半導体レーザ。
造を持つ活性層がInGaAsPからなることを特徴とする上
記(1)の半導体レーザ。
う機能を備えた上記(1)乃至(8)のいずれかの半導
体レーザ。
部の断面を示す斜視図である。
ァ層、(104)のn型Al0.7Ga0.3As層とn型Al0.1Ga0.9A
s層からなり波長810nm付近の光に対し98%以上の反射率
を持つ30ペアの分布反射型多層膜ミラー、(105)のn
型Al0.7Ga0.3As層とn型Al0.1Ga0.9As層からなり波長84
0nm付近の光に対し90%以上の反射率を持つ15ペアの分
布反射型多層膜ミラー、(106)のn型Al0.4Ga0.6Asバ
リア層、(107)の膜厚100の量子井戸活性層(量子井戸
構造を持つ活性層)(109)p型Al0.4Ga0.6Asバリア、
(110)p型Al0.1Ga0.9Asコンタクト層を順次積層して
成る。(106)のn型Al0.4Ga0.6Asバリア層の途中まで
円柱形状にエッチングされ、その周りがGaAsと格子整合
する(108)のZnS0.06Se0.94層で埋め込まれている。更
に、表面に4ペアの(112)のSiO2/α−Si誘電体多層膜
を、ウエットエッチングで、発光部の径よりやや小さい
領域を残して取り去ってある。(112)の誘電体多層膜
以外の表面に(111)のp型オーミック電極、基板側に
(101)のn型オーミック電極が形成された構造となっ
ている。
(107)の量子井戸層の量子準位差に対応した波長の光
が発光する。その際、量子準位n=1からは840nmの波
長の光が、量子準位n=2からは810nmの光が出る。レ
ーザ発振は下側の半導体多層膜ミラーと上側の誘電体多
層膜ミラーの間で共振器が形成されて起こる。本実施例
に於いては下側の半導体多層膜ミラーが、Al0.7Ga0.3As
(膜厚64.5nm)とAl0.1Ga0.9As(膜厚57.5nm)の層を交
互に30ペアー積層した第二の多層膜(104)とAl0.7Ga
0.3As(膜厚66.9nm)とAl0.1Ga0.9As(膜厚59.7nm)の
層を交互に15ペアー積層した第一の多層膜(105)から
成っている。(104)の多層膜は810nmの波長に対して98
%の高反射率を持ち、(105)の多層膜は840nmの波長に
対して90%程度の反射率となるため、電流を流したとき
量子準位n=1(発振波長840nm)の損失が大きく、量
子準位n=2(発振波長810nm)からのレーザ発振が起
こる。この状態で外部から840nmの波長の光を入力する
とn=1の準位にキャリアがポンプされ、レーザ発振の
準位がn=2からn=1に移り、発振波長が810nmから8
40nmにジャンプする。
図であり、(a)は電流注入をした時、(b)は外部か
ら840nmの光入力のあった場合を示す。前述の理由によ
り発振波長のジャンプしていることがわかる。
nm)と810nmの光出力Pout(810nm)の関係を示すタイミ
ングチャート図である。PinとPoutの関係は、光のイン
バーター動作を示しており、光入力による種々の論理演
算回路をくむことができる。従って、本発明の面発光半
導体レーザを単一半導体基板上にアレイ化すれば並列光
演算プロセッサーとなる。
用いたZnS0.06Se0.94層が1GΩ以上の抵抗を有し、埋め
込み層への注入電流のもれが起こらないため、極めて有
効な電流狭窄が達成される。また埋め込み層は多層構造
にする必要がないため容易に成長でき、バッチ間の再現
性も高い。さらにGaAsに比べ屈折率が十分小さいZnS
0.06Se0.94層を用いたリブ導波路構造により、より効果
的な光の閉じ込めが実現される。
電流と量子準位n=2からの発振光出力の関係を示す図
である。室温において連続発振が達成され、しきい値1m
Aと極めて低い値を得た。また外部微分量子効率も高
く、無効電流の抑制がレーザの特性向上に貢献してい
る。
の膜厚に関しては、0.1μmから0.3μmが最適で、この
範囲が素子抵抗が低く、外部微分量子効率も高い。
することにより発振波長が970nmと940nmとなり、基板に
透過となる外部入力光が使用可能となる。
することにより発振波長が1.55μm帯となり、これも基
板側からの外部入力光がしよう可能となる。
ば、以下のような効果が得られる。
を複合化して光入力によるスイッチング特性が可能とな
る。光インバーター機能を有するので論理演算が可能で
ある。基板表面に垂直な方向に光放出する素子であるの
で2次元アレイ化が容易であり、従って、本構造により
並列光演算素子の製作が可能となる。
物半導体層を用いるため、注入電流のもれが起こらず、
極めて有効な電流狭窄が達成される。さらに活性層に用
いるIII−V族化合物半導体層とII−VI族化合物半導体
層とは屈折率差が大きく、従来よりも効果的な光閉じ込
めが可能となる。したがって従来困難であった室温連続
発振が容易に達成され、その発振しきい値も低く外部微
分量子効率も高い。
た場合のように、多層構造にしてpn接合を形成する必要
がないため、容易に成長でき、バッチ間の再現性も高
い。
定数を柱状部の半導体層の格子定数と一致させることに
より、レーザの特性に悪影響を及ぼすII−VI族化合物半
導体層と柱状部の半導体層の間の相互拡散が抑制され、
信頼性の高い面発光レーザが得られる。
発光部の断面を示す斜視図。 第2図は本発明の実施例に於ける面発光半導体レーザの
発振スペクトルを示す図であり、(a)は電流注入した
場合、(b)は更に外部光入力のあった場合の図。 第3図は本発明の実施例に於ける面発光半導体レーザの
入力電流と光入力と光出力のタイミングチャートを示す
図。 第4図は本発明の実施例の面発光半導体レーザの駆動電
流と発振光出力の関係を示す図。 第5図は従来の面発光半導体レーザの発光部を示す斜視
図。 (101)……n型オーミック電極 (102)……n型GaAs基板 (103)……n型GaAsバッファ層 (104)(105)……分布反射型ミラー (106)……n型Al0.4Ga0.6Asクラッド層 (107)……GaAs量子井戸活性層 (109)……p型Al0.4Ga0.6Asクラッド層 (110)……p型Al0.1Ga0.9Asコンタクト層 (108)……ZnS0.06Se0.94層 (111)……p型オーミック電極 (112)……SiO2/α−Si誘電体多層膜 (501)……n型オーミック電極 (502)……n型GaAs基板 (503)……n型AlGaAs/AlAs多層膜 (504)……n型AlGaAsクラッド層 (505)……p型GaAs活性層 (506)……p型AlGaAsクラッド層 (507)……p型AlGaAs (508)……n型AlGaAs (509)……p型AlGaAs (510)……p型AlGaAsキャップ層 (511)……誘電体多層膜 (512)……p型オーミック電極
Claims (9)
- 【請求項1】半導体基板に垂直な方向に共振器を持ち、
該半導体基板側に半導体多層膜で形成された反射ミラー
を持ち、垂直な方向に光が出射される面発光半導体レー
ザであって、光を発する活性層が量子井戸構造を持ち、
前記半導体多層膜が、前記量子井戸構造の第一量子準位
に対応するエネルギーの波長の光に対して高反射率とな
るように構成される第一の多層膜と、第二の量子準位に
対応するエネルギーの光に対して高反射率となるように
構成される第二の多層膜を複合してなり、該半導体多層
膜において、前記第二の量子準位に対応するエネルギー
の光に対する反射率が、前記量子井戸構造の第一量子準
位に対応するエネルギーの波長の光に対する反射率より
大きいことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項2】前記共振器を形成する半導体層の少なくと
も一層が柱状で、該柱状の半導体層の周囲がII−VI族化
合物半導体層で埋め込まれていることを特徴とする請求
項1記載の半導体レーザ。 - 【請求項3】前記活性層に対して光出射側に半導体コン
タクト層を有し、該半導体コンタクト層の膜厚が、0.1
μm以上3.0μm以下であることを特徴とする請求項1
記載の半導体レーザ。 - 【請求項4】前記II−VI族化合物半導体層が、ZnSe、Zn
S、ZnSSe、ZnCdS、CdSSeのいずれかであることを特徴と
する請求項2記載の半導体レーザ。 - 【請求項5】前記II−VI族化合物半導体層の格子定数
が、前記柱状の半導体層の格子定数と一致していること
を特徴とする請求項2記載の半導体レーザ。 - 【請求項6】前記半導体基板および量子井戸構造を持つ
活性層がGaAsからなることを特徴とする請求項1記載の
半導体レーザ。 - 【請求項7】前記半導体基板がGaAsからなり、前記量子
井戸構造を持つ活性層がInGaAsからなることを特徴とす
る請求項1記載の半導体レーザ。 - 【請求項8】前記半導体基板がInPからなり、前記量子
井戸構造を持つ活性層がInGaAsPからなることを特徴と
する請求項1記載の半導体レーザ。 - 【請求項9】外部から光を入力し、光出力のスイッチン
グを行う機能を備えた請求項1乃至8のいずれかに記載
の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2251343A JP3060511B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2251343A JP3060511B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04130690A JPH04130690A (ja) | 1992-05-01 |
JP3060511B2 true JP3060511B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=17221416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2251343A Expired - Lifetime JP3060511B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3060511B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-20 JP JP2251343A patent/JP3060511B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1990年(平成2年)春季第3回応物学会予稿集29a−SA−11 p.933 |
Electron.Lett.25[20](1989)p.1377−1378 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04130690A (ja) | 1992-05-01 |
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