JPH0537068A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH0537068A
JPH0537068A JP18653491A JP18653491A JPH0537068A JP H0537068 A JPH0537068 A JP H0537068A JP 18653491 A JP18653491 A JP 18653491A JP 18653491 A JP18653491 A JP 18653491A JP H0537068 A JPH0537068 A JP H0537068A
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JP
Japan
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laser
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JP18653491A
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English (en)
Inventor
Tsukuru Katsuyama
造 勝山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】同一基板上に多波長半導体レーザを形成する。 【構成】半導体基板101上に、クラッド層103,1
07と、これらのクラッド層103,107に挟まれ、
これらのクラッド層103,107よりも屈折率が大き
く、通電することで量子井戸レーザ発振する活性層10
5と、この活性層105の近傍に電流の流れを遮り活性
層105の通電領域を制限する複数の電流ブロック層1
08a,108b,108c,108dとを設け、活性
層102の通電領域で量子井戸レーザ共振器で構成す
る。ここで、電流ブロック層108a,108b,10
8c,108dの間隔が違ったものになっており、異な
った電流ストライプ幅をなしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多波長半導体レーザに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】多波長半導体レーザは、波長多重通信や
光ディスクなどの光情報処理システムへの応用が期待さ
れているデバイスであり、現在盛んに研究されている。
同一基板上に形成された多波長半導体レーザは、それぞ
れの波長のレーザ共振器が精密に製作されかつ互いに接
近しているので、光学回路が簡単になるなどといった利
点がある。ダブルヘテロ構造の半導体レーザの場合、各
波長のレーザ共振器の活性層の材料をそれぞれ異なった
組成のものにし、バンド間遷移を変えるという方法でレ
ーザ共振器の発振波長を変え、多波長半導体レーザを同
一基板上に形成することが考えられている。また、量子
井戸レーザの場合についてはは、活性層の量子井戸の厚
さで決められたとびとびのサブバンドが活性層の価電子
帯及び伝導帯に設けられており、量子井戸の厚さ即ち活
性層の厚さをかえ、各波長のレーザ共振器のサブバンド
のエネルギー順位を変えて多波長半導体レーザを同一基
板上に形成することが考えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ダブルヘテロ構造の半
導体レーザの場合でも量子井戸レーザの場合でも各波長
のレーザ共振器の活性層をそれぞれ変える必要があり、
各波長のレーザ共振器の活性層を選択再成長する必要が
ある。同一基板上で互いに接近してレーザ共振器の活性
層を選択再成長させるのは、技術的に非常に難しいばか
りでなく、このような非常に難しいプロセスは素子性能
の劣化や歩留まりの低下を招く要因になる。さらに、生
産工程に負担を掛け、生産コストの上昇を招くことにな
る。このように、多波長半導体レーザを同一基板上に形
成することには、利点はあるが技術的な問題点を持って
いた。
【0004】本発明は、前述した問題点に鑑み、レーザ
共振器の活性層をそれぞれ変えることなく同一基板上に
形成された多波長半導体レーザを提供することをその目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、同一半導体基
板上にクラッド層に挟まれた活性層の通電領域をレーザ
発振領域とする量子井戸レーザ共振器を複数設け、これ
らの量子井戸レーザ共振器のうち少なくとも2つの前記
通電領域が互いに異なった幅(電流ストライプ幅とい
う)を有している。
【0006】これをもう少し詳しく説明すると、半導体
基板上に、クラッド層と、これらのクラッド層に挟ま
れ、これらのクラッド層よりも屈折率が大きく、通電す
ることでレーザ発振する量子井戸活性層と、この活性層
の近傍に電流の流れを遮り活性層の通電領域を制限する
複数の電流ブロック層とを設け、活性層の通電領域で量
子井戸レーザ共振器を構成する。ここで、電流ブロック
層の間隔が違ったものになっており、異なった電流スト
ライプ幅をなしている。
【0007】或いは、別の手段として、電流ブロック層
を設けるかわりに、活性層を異なった幅で設けて、電流
ストライプ幅を変えるようにしてものとしてもよい。
【0008】また、電極などを互いに異なった狭い幅で
設け、この電極の幅を電流ストライプ幅に対応するもの
としてもよい。
【0009】
【作用】屈折率導波型量子井戸レーザ共振器では、電流
ストライプ幅が狭いほど、光吸収や自然放出などにより
損失の利得に対する割合が大きくなるため、レーザ発振
に必要となる電流密度が増大する。また、活性層の量子
井戸の厚さで決められたとびとびのサブバンドを活性層
の価電子帯及び伝導帯に有しており、このサブバンドの
状態密度はダブルヘテロ構造の活性層の価電子帯及び伝
導帯の状態密度よりも小さくなっている。活性層に流れ
る電流密度が大きくなると、サブバンドは、状態密度が
大きくないので直ぐに満たされる。電流密度を増やすに
つれ、順にサブバンドが段階的に満たされ、バンド端は
段階的に高エネルギー側にシフトする。
【0010】ここで、電流ストライプ幅が狭いと、レー
ザ発振に高い電流密度が必要となり、レーザ発振時には
低いエネルギーレベルのサブバンドが満たされているの
で、レーザ発振波長は短いものになる。逆に、電流スト
ライプ幅が広いと、レーザ発振に低い電流密度で十分で
あり、レーザ発振時には低いエネルギーレベルのサブバ
ンドのバンド間遷移によるものになるので、レーザ発振
波長は長いものになる。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図1には、本発明の一実施例の多波長半導体レーザ
の出射面の面断構造が示されている。この多波長半導体
レーザは、Siドープのn型GaAs基板101の(1
00)面上に、Siドープのn型GaAsからなるバッ
ファ層102,Seドープのn型(Al0.7 Ga0.3
0.5 In0.5 Pからなるクラッド層103,ノンドープ
の(Al0.4 Ga0.6 0.5 In0.5 Pからなる光閉じ
込め層104,ノンドープのGa0.5 In0.5 Pからな
る単一量子井戸層(活性層)105,ノンドープの(A
0.4 Ga0.6 0.5 In0.5 Pからなる光閉じ込め層
106,Znドープのp型(Al0.7 Ga0.3 0.5
0.5 Pからなるクラッド層107を有している。ま
た、クラッド層107のエッチングされた部分に、Si
ドープのn型GaAsからなる複数の電流ブロック層1
08a,108b,108c,108dと、クラッド層
107のエッチングされずに残った部分に接合するよう
にZnドープのp型GaAsからなる複数のコンタクト
層109a,109b,109cとが形成され、基板1
01及びコンタクト層109には、電極110,111
a,111b,111cが設けられている。
【0012】バッファ層102からクラッド層107ま
では、Siドープのn型GaAs基板101上に、順次
エピタキシャル成長にて製作され、各層は、ほぼ均一に
かつ平坦に作られている。クラッド層103,107は
光閉じ込め層104,106よりも屈折率の小さな材料
が用いられている。単一量子井戸層(活性層)105は
クラッド層103,107,光閉じ込め層104,10
6よりも価電子帯順位は高く導電帯順位は低い材料が用
いられ量子井戸を形成している。単一量子井戸層105
及び光閉じ込め層104,106で光導波路120が形
成されている。クラッド層107はエッチングされてス
トライプ幅5μm,10μm,20μmのメサストライ
プ112,113,114が形成されていて、電流ブロ
ック層108a,108b,108c,108dは図の
縦方向の電流をブロックする。この構造からも分かるよ
うに、構造が簡単であり、そのため簡単なプロセスで製
作されている。
【0013】図の縦方向の電流を流すと、電極111a
からのキャリアは電流ブロック層108a,108bで
ブロックされ、電流ブロック層108a,108bの間
隔5μmでそれらの間を通ってクラッド層107を移動
する。このときキャリアは電界によりクラッド層107
から電極110までの間ビーム状に分布し、活性層10
5を横切る幅はメサストライプ112の幅に応じたもの
になっている。電極111b,111cからのキャリア
についても同様になる。このように、電流を流すことに
より、メサストライプ112,113,114にはその
幅(5μm,10μm,20μm)で決められた幅の電
流が流れ、これらに対応する活性層105の領域(図1
では、それらメサストライプの下にある活性層105の
一部分)がレーザ発振する。活性層105は前述したよ
うに平坦に作られているので、各メサストライプに対応
しレーザ発振する活性層105の領域は同じ厚さになっ
ている。
【0014】実験によると、電極110,111に電源
をつなぎこの多波長半導体レーザに電流を流した結果、
メサストライプ112,113,114に対応する活性
層のレーザ発振領域からの出力波長は、それぞれ658
nm,662nm,666nmであり、メサストライプ
112,113,114の幅に応じて異なった出力波長
が得られている。
【0015】このように、図1の半導体レーザでは、異
なった出力波長が得られているのであるが、これは量子
井戸の効果によるものである。この点について、図2に
示すようなクラッド層に挟まれた活性層をもち、電流ブ
ロック層をもつ半導体レーザを用いて説明する。
【0016】この図2(a)の半導体レーザは、いわゆ
る屈折率反導波構造のレーザで、光導波路220に量子
井戸を設けると図1に示したものの一部を取り出したも
のとほぼ同様のものになる。光導波路220付近のバン
ドエネルギーについて、通常のヘテロ接合によるものが
図2(a)に、光導波路220に量子井戸をもたせたも
のが図2(b)に示されている。
【0017】図2(a)の半導体レーザでメサストライ
プ212のストライプ幅を狭くして行くと、前述したよ
うに、光導波路220の活性層にはストライプ幅できめ
られた領域にしか電流が流れないので、導波路内での光
吸収による損失の利得に対する割合が増大する。このた
めレーザ発振に必要となる電流密度が増加する。半導体
レーザは高注入電流の下で動作しており、活性層内のエ
ネルギーバンドは、電子,正孔で満たされている。電流
密度が増加すると、バンドフィリングによってバンド端
は高エネルギー側に移動することになる。増加した電流
のキャリアはより高いエネルギー状態を占め、等価的に
大きくなったバンド間遷移により、レーザ発振波長は短
いものになる。通常のヘテロ接合型の半導体レーザで
は、光導波路220内の活性層のエネルギー順位はほぼ
連続的であるため、バンド端の変化は小さいものであ
る。量子井戸型の半導体レーザでは、図2(b)に示す
ように、活性層の量子井戸の厚さで決められたとびとび
のサブバンドを活性層の価電子帯及び伝導帯に有してお
り、このサブバンドの状態密度はダブルヘテロ構造の活
性層の価電子帯及び伝導帯の状態密度よりも小さくなっ
ている。サブバンドは電流密度の増加ですぐに満たさ
れ、とびとびであるのでバンド端の変化は大きいものに
なる。そのため、量子井戸型の半導体レーザでは、顕著
なレーザ発振波長の変化が見られる。
【0018】図1の半導体レーザでは、メサストライプ
112,113,114の順にその幅が大きくなるの
で、レーザ発振に必要となる電流密度がこの順に小さく
なる。バンド端は、電流密度が減少すると小さくなるの
でレーザ発振波長はこの順に大きくなる。このようにし
て図1の半導体レーザでは、異なった出力波長が得られ
ているのである。レーザ発振波長の違いを大きくしたい
場合、活性層に格子不整による歪みを導入し、価電子体
の有効質量,状態密度を低減させるという方法で、この
半導体レーザのレーザ発振波長の変化をより大きくする
ことが可能になる。
【0019】このように、本発明は、量子井戸型の半導
体レーザでその活性層に流れる電流の幅をかえることに
よって、レーザ発振波長の変化をうるものであるから、
本実施例以外に様々な別の手段が考えられる。
【0020】例えば、電流ブロック層などで活性層を異
なった幅で仕切るなどして、活性層を異なった幅で設け
るという構成が可能である。このとき、活性層の幅が電
流ストライプ幅と等価になる。同様に、エッチングなど
で活性層を互いに異なった幅で仕切ることでも同じ構造
をもたせ得る。また、電極或いはコンタクト層を互いに
異なった狭い幅で設け、この狭い電極或いはコンタクト
層からクラッド層に、電流のキャリアがビーム状に流れ
るようにしてもよい。この場合、電極或いはコンタクト
層の幅が電流ストライプ幅と等価である。
【0021】
【発明の効果】以上本発明によると、量子井戸型の半導
体レーザでその活性層に流れる電流の幅をかえること
で、レーザ発振に必要となる電流密度及びバンド端を変
化させることで、簡単な製作プロセスで、同一基板上で
異なった波長の半導体レーザを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の出射面の面断構造図。
【図2】本発明の原理の説明図。
【符号の説明】
101…基板 103…クラッド層 107…クラッド層 220…光導波路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 同一半導体基板上に、クラッド層に挟ま
    れた活性層の通電領域をレーザ発振領域とする量子井戸
    レーザ共振器を複数設け、これらの量子井戸レーザ共振
    器のうち少なくとも2つの前記通電領域が互いに異なっ
    た幅を有していることを特徴とした半導体レーザ。
JP18653491A 1991-07-25 1991-07-25 半導体レーザ Pending JPH0537068A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18653491A JPH0537068A (ja) 1991-07-25 1991-07-25 半導体レーザ

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JP18653491A JPH0537068A (ja) 1991-07-25 1991-07-25 半導体レーザ

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ID=16190179

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JP18653491A Pending JPH0537068A (ja) 1991-07-25 1991-07-25 半導体レーザ

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JP (1) JPH0537068A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6409620B1 (en) 1999-07-13 2002-06-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Belt for continuosly variable transmission

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6409620B1 (en) 1999-07-13 2002-06-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Belt for continuosly variable transmission

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