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JPH06291406A - 面発光半導体レーザ - Google Patents

面発光半導体レーザ

Info

Publication number
JPH06291406A
JPH06291406A JP5074077A JP7407793A JPH06291406A JP H06291406 A JPH06291406 A JP H06291406A JP 5074077 A JP5074077 A JP 5074077A JP 7407793 A JP7407793 A JP 7407793A JP H06291406 A JPH06291406 A JP H06291406A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
conductivity type
electrode
electric field
mirror
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.)
Withdrawn
Application number
JP5074077A
Other languages
English (en)
Inventor
Hajime Shoji
元 小路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP5074077A priority Critical patent/JPH06291406A/ja
Priority to US08/186,465 priority patent/US5408486A/en
Priority to EP94101206A priority patent/EP0618651A3/en
Publication of JPH06291406A publication Critical patent/JPH06291406A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18341—Intra-cavity contacts
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H01S3/1055—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01S5/0614—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by electric field, i.e. whereby an additional electric field is used to tune the bandgap, e.g. using the Stark-effect
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光変調器を備えた面発光レーザに関し、共振器
内に流れる電流の影響を受けないで精度良く吸収波長を
制御すること。 【構成】半導体基板と反対側のノンドープ分布反射ミラ
ーの内部に、ワンニエ・シュタルク効果又は量子閉じ込
めシュタルク効果により光吸収波長が変化する量子井戸
構造を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、面発光半導体レーザに
関し、より詳しくは、光変調器を備えた面発光レーザに
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの光強度を変化させる外部
変調器としては、図８(A) に例示すように、n-InP 基板
１の上に、n-InP クラッド層２、InGaAsP 量子井戸層
３、p-InP クラッド層４を順にエピタキシャル成長し、
そのp-InP クラッド層４の上にｐ電極５を、基板１の下
にｎ電極６を形成したものがある。この変調器は、量子
井戸層３内の電界の変化によりその光吸収係数が変わる
といった性質を利用し、量子井戸層３を通る光の吸収波
長を変えて光変調を行うものである。
【０００３】このような変調器を面発光半導体レーザの
上に形成すると素子全体の厚みが増し、電界がかかって
いない状態での吸収損失が大きくなって光出力が低下す
る。そのような問題のない面発光半導体レーザが、例え
ば特開平４−２４７６７６号公報において提案されてい
る。その装置は、図８(B) に例示するように、n-InP 基
板７の上に、n-InP バッファ層８、n-InGaAs／InP 超格
子構造の可飽吸収層９、n-InP クラッド層１０、InGaAs
／InP 超格子構造活性層１１、p-InP クラッド層１２、
p-InGaAsキャップ層１３が順に積層され、そのキャップ
層１３の上と半導体基板７の下に高反射膜１４，１５が
形成され、また、キャップ層１３の上の高反射膜１４の
周囲には利得領域のｐ電極１６が形成され、可飽和吸収
領域層９の外周部分には利得領域のｎ電極１７が形成さ
れ、さらに、バッファ層８の外周には可飽和吸収領域へ
の電界印加用の電極１８が形成されている。 この装置
は、可飽和吸収層９に電界を発生させると量子閉じ込め
シュタルク効果による光吸収波長が変化するという性質
を利用し、可飽和吸収層９により共振器内の光の吸収量
を変えて光変調を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような共
振器の内部に光変調器を取り付けた構造によれば、ｐ電
極１６からｎ電極１７に電流を流す際に可飽和吸収層９
にも電流が流れ、そのエネルギーバンド間では常に遷移
が生じることになるので、可飽和吸収層９での電界によ
る吸収波長の制御が難しい。
【０００５】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、共振器内に流れる電流の影響を受けない
で精度良く吸収波長を制御することができる提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
例示するように、第一導電型の半導体基板２１の上に形
成された異種半導体多層膜よりなる第一導電型の第１の
分布反射ミラー２２と、前記第１の分布反射ミラー２２
の上に形成された第一導電型のクラッド層２３と、前記
第一導電型のクラッド層２３の上方に形成された単一量
子井戸構造又は多重量子井戸構造の活性層２５と、前記
活性層２５の上方に形成された第二導電型のクラッド層
２７と、前記第二導電型のクラッド層２７の上に形成さ
れた第二導電型のコンタクト層２８と、前記コンタクト
層２８の上の一部に形成され、かつ、電界が印加されて
いない状態では吸収端波長がレーザ発振波長λ0 よりも
長く、電界が印加されている状態では吸収端波長がレー
ザ発振波長λ0 よりも短くなる半導体超格子構造２９Ａ
を備えた半導体多層膜よりなるノンドープの第２の分布
反射ミラー２９と、前記第２の分布反射ミラー２９の上
に形成された光変調信号印加用の第１の電極３１と、前
記第２の分布反射ミラー２９の周囲の前記コンタクト層
２８の上に形成される第２の電極３２と、前記半導体基
板２１に形成された第３の電極３３とを有することを特
徴とする面発光半導体レーザによって達成する。
【０００７】または、図４に例示するように、第一導電
型の半導体基板２１の上に形成された異種半導体多層膜
よりなる第一導電型の第１の分布反射ミラー２２と、前
記第１の分布反射ミラー２２の上に形成された第一導電
型のクラッド層２３と、前記第一導電型のクラッド層２
３の上方に形成された単一量子井戸構造又は多重量子井
戸構造の活性層２５と、前記活性層２５の上方に形成さ
れた第二導電型のクラッド層２７と、 前記第二導電型
のクラッド層２７の上に形成された第二導電型のコンタ
クト層２８と、前記コンタクト層２８の上の一部に形成
され、かつ、電界がかけられてない状態ではエネルギー
バンドギャップが前記活性層２５よりも大きく、電界が
印加された状態では前記活性層２５よりもエネルギーバ
ンドギャップが小さくなる量子井戸構造３６Ｃを備えた
半導体多層膜よりなるノンドープの第２の分布反射ミラ
ー３６と、前記第２の分布反射ミラー３６の上に形成さ
れた光変調信号印加用の第１の電極３８と、前記第２の
分布反射ミラー３６の周囲の前記コンタクト層２８の上
に形成された第２の電極３９と、前記半導体基板２１に
形成された第３の電極３３とを有することを特徴とする
面発光半導体レーザにより達成する。
【０００８】または、図７に例示するように、前記第２
の分布反射ミラー２９、３６の下面と前記第二導電型の
コンタクト層２８の間に第一導電型のコンタクト層３５
を有することを特徴とする面発光半導体レーザによって
達成する。
【０００９】
【作 用】本発明によれば、面発光半導体レーザの共振
器の上下に設けた１対の分布反射ミラー２２，２９のう
ち、基板２１と反対側のＤＢＲミラー２９内に、電界が
印加されていない状態では吸収端波長がレーザ発振波長
よりも長く、電界が印加されている状態では吸収端波長
がレーザ発振波長よりも短い半導体超格子構造を形成し
ている。
【００１０】これにより、電界印加時には、ワンニエ・
シュタルク効果により分布反射ミラー２９の吸収損失が
小さく、分布反射ミラー２９の反射率が大きくなり、低
い閾値でレーザ発振が得られ、かつ、有効に光が取り出
される。一方、電界非印加時には、分布反射ミラー２９
の光吸収が著しく大きくなり、かつ、分布反射ミラー２
９での反射率が低下して共振器の反射損失が大幅に増大
し、同時に吸収の増大によって光の取り出し効率が低下
し、光出力が低下する。
【００１１】そこで、このような電界を変えるような変
調信号を分布反射ミラー２９に印加すれば、面発光半導
体レーザの出力光は変調される。また、別の本発明によ
れば、面発光半導体レーザの共振器の上下に設けた１対
の分布反射ミラー２２，３６のうち、基板２１と反対側
の分布反射ミラー３６内に、活性層２５よりもエネルギ
ーバンドギャップの大きな量子井戸構造を設けている。
【００１２】その分布反射ミラー３６に電界を印加しな
い状態では、分布反射ミラー３６内の量子井戸の禁制帯
幅が活性層２５よりも大きいので光吸収損失が小さい。
一方、その分布反射ミラー３６に電界を印加すると、量
子閉じ込めシュタルク効果によりその分布反射ミラー３
６内の量子井戸の禁制帯幅が小さくなり、光吸収が著し
く増大する。また、同時に屈折率変化も生じるので、分
布反射ミラー３６の反射率が最大となる波長が変化す
る。
【００１３】そこで、このような電界を変えるような変
調信号を分布反射ミラー３６に印加すれば、面発光半導
体レーザの出力光は変調される。ところで、電界の印加
により光吸収波長が変化するような超格子井戸構造又は
量子井戸構造は、共振器の外側のノンドープ分布反射ミ
ラー２９、３６の内部に設けられているので、共振器内
に流れる電流の影響を受けずに吸収波長を精度良く制御
できるようになる。
【００１４】なお、基板２１と反対側の分布反射ミラー
２９、３６とその下の第二導電型コンタクト層２８の間
に第一導電型のコンタクト層３５を形成すると、その側
部よりも底面部の接合接合容量を大きくして電界を垂直
方向に一様にかけることができるようになる。
【００１５】
【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。 （ａ）本発明の第１実施例の説明 図１、２は、本発明の一実施例の面発光半導体レーザの
製造工程を示す断面図で、図３はその動作説明図であ
る。この場合の面発光半導体レーザは、発振波長λ0 を
０．９８μｍとする構造を有している。
【００１６】まず、図１に示すように、Si含有量２×10
18cm-3で厚さ１００μｍのn-GaAs基板２１の上に、有機
金属気相成長法によってn-AlAs層を８３．１nm、n-GaAs
層を６９．６nmの厚さに各々積層し、これを繰り返して
成膜することにより２８．５ペアのn-AlAs層とn-GaAs層
からなる下側の分布反射（ＤＢＲ）ミラー２２を形成す
る。この場合のn-AlAs層とn-GaAs層のSi含有量はそれぞ
れ３×１０18cm-3である。
【００１７】ついで、Si含有量が２×１０18cm-3のn-Al
0.2 Ga0.8 Asクラッド層２３を１３０nm、ノンドープの
GaAsバリア層２４を１０nm、ノンドープのIn0.2 Ga0.8
As単一量子井戸活性層２５を８nm、ノンドープのGaAsバ
リア層２６を１０nm、Zn含有量３×１０18cm-3のp-Al
0.2 Ga0.8 Asクラッド層２７を１００nm、Zn含有量３×
１０18cm-3の第一のp-GaAsコンタクト層２８を２０８．
８nmの厚さにそれぞれ積層する。
【００１８】これにより、n-Al0.2 Ga0.8 Asクラッド層
２３から最上の第一のp-GaAsコンタクト層２８までの厚
さが半波長λ／２の整数倍Ｎとなり、また、単一量子井
戸活性層２５の膜厚方向の中央位置は、n-Al0.2 Ga0.8
Asクラッド層２３の下面から半波長λ／２の整数倍Ｍ
（Ｍ＜Ｎ）となり、これにより光定在波の振幅が活性層
２５において最も大きくなり、光の最も強いところに活
性層２５が位置することになる。
【００１９】次に、図２に示しているように、１原子層
のAlAsと４原子層のGaAsを交互に２０周期繰り返してな
る超格子構造２９Ａを内部に有するGaAs層２９ＢとAlAs
層２９Ｃとを交互に２３ペア積層し、これらにより上側
のＤＢＲミラー２９を構成する。また、１ペアの積層構
造において、超格子構造２９Ａとその上下のGaAs層２９
Ｂとの合計の厚さを７０nm、超格子構造２９Ａを挟む上
下のGaAs層Ｂの総厚を４８．６nmとし、また、AlAs層２
９Ｃの厚さを８３．１nmとする。この場合、GaAs層は低
屈折率層、AlAsは高屈折率層となる。
【００２０】なお、上側のＤＢＲミラー２９の成長の際
にはノンドープとする。このようなＤＢＲミラー２９を
形成した後に、図１(A) に示すように、Zn含有量３×１
０18cm-3の第二のp-GaAsコンタクト層３０を５００nmの
厚さに形成する。ついで、図示しないSiO2パターンをマ
スクに使用し、塩素系のガスを使用するＲＩＢＥ等のド
ライエッチング法により、第二のp-GaAsコンタクト層３
０と上側のＤＢＲミラー２９をパターニングし、それら
の層２９，３０を図１(B) に示すように共振器の上に残
存させ、その周囲の領域を除去する。
【００２１】これに続いて、上側のＤＢＲミラー２９の
上のコンタクト層３０とその周囲のp-GaAsコンタクト層
２８の上にTi／Pt／Auの三層状の金属膜をスパッタによ
り積層して、ＤＢＲミラー２９の上に光変調用電極３１
を形成し、その周囲のコンタクト層２８の上にｐ電極３
２を形成する。さらに、パターニングされた上側のＤＢ
Ｒミラー２９の直下のGaAs基板２１の下面に、中央に光
通過穴３４を有するAuGe／Auよりなるｎ電極３３を形成
する。
【００２２】これにより、面発光半導体レーザが完成す
る。以上のような面発光半導体レーザにおいて、ｐ電極
３２からｎ電極３３に向けて電流を流すと、誘導放出に
よって発生した光の定在波がＤＢＲミラー２２，２９の
間に形成される共振器内に発生し、その出力光はｎ型電
極１９の光通過穴１８を通して放出される。
【００２３】その面発光半導体レーザの光変調は、光変
調用電極３１に所定の電界変調信号を印加して面発光レ
ーザの出力光を変調するが、その変調は原理は次のよう
になる。上記した構造の半導体超格子構造２９Ａにおい
ては、電界Ｆが印加されない状態では隣合う量子井戸間
の波動関数が重なりあい、全体としてはバルク的な振る
舞いをするので、図３(A) に示すように伝導帯端Ｅc に
近いエネルギーのミニバンドＥn1が形成され電子が結晶
内を伝播する。一方、電界Ｆを印加した時には、電界に
よるポテンシャルの傾斜により量子井戸的な振る舞いと
なり、量子井戸内には図３(B) に示すような高いエネル
ギーのサブバンドＥn2が生じる。
【００２４】この効果は、ワンニエ・シュタルク（Wann
ier-Stark)効果と呼ばれ、超格子構造２９Ａの吸収端波
長は、図３(C) に示すように電界印加時（Ｆ≠０）に短
波長側にシフトする。以上の原理に基づき、半導体基板
２１とは反対側のＤＢＲミラー２９に変調信号を印加す
ることにより、面発光レーザからの光を変調できる。
【００２５】そこで、本実施例では、図１(B) に示す上
側のＤＢＲミラー２９内部の超格子構造２９Ａに電界が
印加されないときには、吸収端波長がレーザの発振波長
λ0よりも長くなる一方、電界印加時には吸収端波長が
レーザの発振波長λ0 よりも短くなるような構造にして
いる。以上により、電界印加時には上側のＤＢＲミラー
２９の反射率が大きくなり、低閾値レーザ発振が得ら
れ、かつ、有効に光が放出する。また、電界を印加しな
い時には、ＤＢＲミラー２９の光吸収係数が著しく増大
するために、ＤＢＲミラー２９の反射率が低下して共振
器の反射損失が大幅に増大し、同時に吸収の増大により
光の取り出し効率が低下して光出力が減少する。
【００２６】電界の印加は、ｐ電極３２と光変調用電極
３１の間に電位差を生じさせることにより行うが、上側
のＤＢＲミラー２９はノンドープの膜により形成してい
るので、光発振時に、光変調用電極３１から共振器への
電流の流出はなく、共振器に何らの悪影響を及ぼすこと
なく変調できる。なお、電界発生のために光変調用電極
３１に加える電圧は、ｐ電極３２の印加電圧よりも高く
てもよいし、低くてもよい。電界を印加させないために
は、光変調用電極３１の印加電圧をｐ電極３２の電圧と
同じにすればよい。
【００２７】ところで、面発光半導体レーザの発振波長
をλ0 とすると、半導体層の中を進む光の波長λはλ＝
λ0 ／ｎ（ｎ：半導体層の屈折率）となり、ＤＢＲミラ
ー内のGaAs層とAlAs層の膜厚をそれぞれλ／４とすれ
ば、周期がλ／２となり、ＤＢＲミラーにより波長λ0
の定在波が形成される。したがって、上記した構造のＤ
ＢＲミラー２２，２９によれば９８０nmの波長選択性を
有することになり、半導体レーザの発振波長は０．９８
μｍとなる。
【００２８】また、下側のＤＢＲミラー２２を構成する
AlAs層とGaAs層を整数倍にせずに２８．５ペアとした理
由は、最上層をn-AlAs層にすることによりＤＢＲミラー
２２の最上層のエネルギーバリアを高くして位相を調整
するためと、単一量子井戸活性層２５の周囲のエネルギ
ーバリアを高くして電子の閉じ込めを良くするためであ
る。
【００２９】（ｂ）本発明の第２実施例の説明 図４、５は、本発明の第２実施例の面発光半導体レーザ
を示す断面図、図６は、その動作説明図であり、図１と
同一符号は、同一要素を示している。この実施例の面発
光半導体レーザは、n-GaAs基板２１の上に、n-GaAsとAl
Asを２８．５ペア形成してなるＤＢＲミラー２２、n-Al
GaAsクラッド層２３、GaAsバリア層２４、In0.20Ga0.80
As単一量子井戸活性層２５、GaAsバリア層２６、p-AlGa
Asクラッド層２７及び第一のp-GaAsコンタクト層２８を
積層するまでは、第１実施例と同じである。その膜厚や
不純物濃度も第１実施例と同一とする。
【００３０】また、第一のp-GaAsコンタクト層２８の上
には、上側のＤＢＲミラー３６が積層され、このＤＢＲ
ミラー３６は図４に示すように、リソグラフィー技術に
より共振器領域の上にだけ残存されている。このＤＢＲ
ミラー３６は、図５(A) に示すように、高屈折率のノン
ドープAlAs層３６Ａと低屈折率のノンドープGaAs層３６
Ｂを交互に２３ペア積層して構成されている。そのうち
GaAs層３６Ｂの中には、膜厚７nmのIn0.20Ga0.80As量子
井戸層３６Ｃが３層だけGaAs層を介して形成されてい
る。そのＤＢＲミラー３６は、不純物をドープ含まずに
成長される。なお、１ペアの積層構造において、GaAs層
３６Ｂの総厚は６９．６nm、そのうちの量子井戸層３６
Ｃは１層で７nmであり、また、AlAs層の厚さは８３．１
nmであり、GaAs層とAlAs層は１ペアで１５２．７nmとす
る。
【００３１】このようなＤＢＲミラー３６の上には、Zn
含有量３×１０18cm-3の第二のp-GaAsコンタクト層３７
が５００nmの厚さに形成されている。また、Ti／Pt／Au
の三層状の金属によって、第二のコンタクト層３７の上
に光変調用電極３８が形成され、上側のＤＢＲミラー３
６の周囲にｐ電極３９が形成されている。
【００３２】また、上側のＤＢＲミラー３６の直下のGa
As基板２１の下面には、中央に光通過穴３４を有するAu
Ge／Auよりなるｎ電極３３が形成されている。以上のよ
うな面発光半導体レーザを駆動する場合には、第１実施
例と同様に、ｐ電極３９からｎ電極３３に向けて電流を
流して発振させ、ｎ電極３３の光通過穴３４を通して光
を放出させる。その発振波長は、第１実施例と同様に、
０．９８μｍとなる。
【００３３】光変調用電極３８に電圧を印加しない状態
では、上側のＤＢＲミラー３６内部のIn0.20Ga0.80As量
子井戸とIn0.20Ga0.80As単一量子井戸活性層２５とは組
成が同じであり、そのエネルギーバンドは図６(A) のよ
うになる。この場合、単一量子井戸活性層２５の量子井
戸の膜厚の方が１nm厚いので、量子準位間のエネルギー
バンドギャップはＤＢＲミラー３６内の量子井戸の方が
大きくなる。これにより、ＤＢＲミラー３６における吸
収損失は小さく、そこでは光が有効に反射される。
【００３４】一方、光変調用電極３８とｐ電極３９の間
に電位差を生じさせて、ＤＢＲミラー３６に電界が印加
されると、ＤＢＲミラー３６内のIn0.2Ga0.8As量子井戸
層の禁制帯幅が量子閉じ込めシュタルク効果により図６
(B) に示すように小さくなり、波長λ0 の光吸収量が図
６(C) に示すように著しく増大する。また、同時に屈折
率も変化するために、ＤＢＲミラー３６の反射率が最大
となる波長が発振波長λ0 よりも長波長側にシフトす
る。
【００３５】これらの２つの効果によって、電界印加時
（Ｆ≠０）には、面発光半導体レーザの発振波長におけ
るＤＢＲミラー３６の反射率が低下し、共振器の反射損
失が大幅に増大し、面発光半導体レーザからの光出力は
低下する一方、無電界時（Ｆ＝０）にはＤＢＲミラー３
６の反射率が大きくなって光出力が増大する。以上のよ
うな電界の変化を変調信号により与えることによって、
面発光半導体レーザからの出力光を変調できる。
【００３６】また、ＤＢＲミラー３６は不純物を含ませ
ていないので、光変調用電極３８に電圧を印加しても、
その下の共振器には電流が殆ど流れないので、発振時に
共振器に何らの悪影響を及ぼすことはなく、光変調が容
易である。なお、ＤＢＲミラー３６内に電界を発生させ
るためには、光変調用電極３８の電圧をｐ電極３９と異
ならせればよく、ｐ電極３９よりも高くてもよいし低く
てもよい。
【００３７】また、上記した説明では、上側のＤＢＲミ
ラー３６に設けた量子井戸の材料をIn0.20Ga0.80P 、そ
の膜厚を７nmとしているが、その他に、図５(B) に示す
ように、Inx Ga1-x P の組成比ｘを例えば０．１７とし
て膜厚を８nmにすれば、その量子井戸のサブバンド間の
ギャップは、単一量子井戸活性層２５よりも大きくなる
ので、同様な変調が可能である。
【００３８】（ｂ）本発明の第３実施例の説明 図７は、本発明の第３実施例を示す断面図であり、図１
と同一符号は、同一要素を示している。この第３実施例
は、第１実施例、第２実施例の面発光半導体レーザのう
ち上側のＤＢＲミラー２９、３６の下面と第一のp-GaAs
コンタクト層２８との間に、n-GaAsコンタクト層３５を
介在させたもので、その他の構造は、第１実施例又は第
２実施例と同じである。
【００３９】この構造によれば、光変調用電極３１、３
８の電位をｐ電極３２、３９よりも大きくしてＤＢＲミ
ラー２９、３６に電界をかける際に、n-GaAsコンタクト
層３５の底面におけるｐｎ接合容量がその側部よりも大
きくなるので、その側部での電界強度を小さくすること
ができる。このため、ＤＢＲミラー２９、３６にかかる
電界が、その層の面に対してほぼ垂直になるので、電界
強度が一様になり、変調が容易になる。 （ｂ）本発明のその他の実施例の説明 なお、上記した活性層２５は、単一量子井戸によって構
成しているが、GaAsとInGaAsを交互に複数層形成してな
る多重量子井戸としてもよい。
【００４０】また、上記した上側のＤＢＲミラー２９、
３６は、２８．５ペア、２３ペアに限るものではなく、
光出力に最適なペアを選択すればよい。さらに、基板と
反対側のクラッド層内に、特願平４─２１５２３３号に
示すような電流狭窄層を設けてもよい。なお、これまで
はInGaAs／GaAsP 系の材料について説明したが、GaAs／
AlGaAs系やInGaAs／InGaAsP 系の材料を用いて実施する
こともできる。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半導
体基板と反対側の分布反射ミラーの内部に、ワンニエ・
シュタルク効果又は量子閉じ込めシュタルク効果により
光吸収波長が変化する量子井戸構造を設けている。この
ため、その分布反射ミラー内の電界を変化させるような
変調信号を印加すれば、分布反射ミラーの反射損失を変
えて光出力を変調することができる。
【００４２】この場合、その量子井戸構造を共振器の内
部でなく、共振器の外部である分布反射ミラーの内に形
成しているので、共振器内に流れる電流の影響を受けず
に確実に吸収波長を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例装置の部分拡大断面図であ
る。
【図３】本発明の第１実施例装置を示す動作説明図であ
る。
【図４】本発明の第２実施例装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施例装置の部分拡大断面図であ
る。
【図６】本発明の第２実施例装置の動作説明図である。
【図７】本発明の第３実施例装置を示す断面図である。
【図８】従来装置の第１例，第２例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
２１ n-GaAs基板 ２２ ＤＢＲミラー（第１の分布反射ミラー） ２３ n-AlGaAsクラッド層 ２４ GaAsバリア層 ２５ 量子井戸活性層 ２６ GaAsバリア層 ２７ p-AlGaAsクラッド層 ２８ p-GaAsコンタクト層 ２９Ａ 超格子構造 ２９Ｂ GaAs層 ２９Ｃ AlAs層 ２９、３６ ＤＢＲミラー（第２の分布反射ミラー） ３０、３７ p-GaAsコンタクト層 ３１、３８ 光変調用電極 ３２、３９ ｐ電極 ３３ ｎ電極 ３４ 光通過用穴 ３５ n-GaAsコンタクト層 ３６Ａ AlAs層 ３６Ｂ GaAs層 ３６Ｃ InGaAs量子井戸層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第一導電型の半導体基板（２１）の上に形
    成された異種半導体多層膜よりなる第一導電型の第１の
    分布反射ミラー（２２）と、 前記第１の分布反射ミラー（２２）の上に形成された第
    一導電型のクラッド層（２３）と、 前記第一導電型のクラッド層（２３）の上方に形成され
    た単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造の活性層（２
    ５）と、 前記活性層（２５）の上方に形成された第二導電型のク
    ラッド層（２７）と、 前記第二導電型のクラッド層（２７）の上に形成された
    第二導電型のコンタクト層（２８）と、 前記コンタクト層（２８）の上の一部に形成され、か
    つ、電界が印加されていない状態では吸収端波長がレー
    ザ発振波長（λ0 ）よりも長く、電界が印加されている
    状態では吸収端波長がレーザ発振波長（λ0 ）よりも短
    くなる半導体超格子構造（２９Ａ）を備えた半導体多層
    膜よりなるノンドープの第２の分布反射ミラー（２９）
    と、 前記第２の分布反射ミラー（２９）の上に形成された光
    変調信号印加用の第１の電極（３１）と、 前記第２の分布反射ミラー（２９）の周囲の前記コンタ
    クト層（２８）の上に形成される第２の電極（３２）
    と、 前記半導体基板（２１）に形成された第３の電極（３
    ３）とを有することを特徴とする面発光半導体レーザ。
  2. 【請求項２】第一導電型の半導体基板（２１）の上に形
    成された異種半導体多層膜よりなる第一導電型の第１の
    分布反射ミラー（２２）と、 前記第１の分布反射ミラー（２２）の上に形成された第
    一導電型のクラッド層（２３）と、 前記第一導電型のクラッド層（２３）の上方に形成され
    た単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造の活性層（２
    ５）と、 前記活性層（２５）の上方に形成された第二導電型のク
    ラッド層（２７）と、 前記第二導電型のクラッド層（２７）の上に形成された
    第二導電型のコンタクト層（２８）と、 前記コンタクト層（２８）の上の一部に形成され、か
    つ、電界がかけられてない状態ではエネルギーバンドギ
    ャップが前記活性層（２５）よりも大きく、電界が印加
    された状態では前記活性層（２５）よりもエネルギーバ
    ンドギャップが小さくなる量子井戸構造（３６Ｃ）を備
    えた半導体多層膜よりなるノンドープの第２の分布反射
    ミラー（３６）と、 前記第２の分布反射ミラー（３６）の上に形成された光
    変調信号印加用の第１の電極（３８）と、 前記第２の分布反射ミラー（３６）の周囲の前記コンタ
    クト層（２８）の上に形成された第２の電極（３９）
    と、 前記半導体基板（２１）に形成された第３の電極（３
    ３）とを有することを特徴とする面発光半導体レーザ。
  3. 【請求項３】前記第２の分布反射ミラー（２９、３６）
    の下面と前記第二導電型のコンタクト層（２８）の間に
    第一導電型のコンタクト層（３５）を有することを特徴
    とする請求項１又は２記載の面発光半導体レーザ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09135051A (ja) * 1995-11-09 1997-05-20 Nec Corp 面発光デバイスおよびその製造方法
JP2007219561A (ja) * 2001-03-13 2007-08-30 Ricoh Co Ltd 半導体発光装置
JP2007294787A (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び光通信システム

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2121405C (en) * 1993-04-30 1999-03-16 David Andrew Barclay Miller Tunable lasers based on absorbers in standing waves
US5513202A (en) * 1994-02-25 1996-04-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vertical-cavity surface-emitting semiconductor laser
JPH08181384A (ja) * 1994-12-21 1996-07-12 Nec Corp 面発光レーザ及びその作製方法
KR0160684B1 (ko) * 1995-03-23 1999-02-01 김광호 표면광 레이저
FR2737942B1 (fr) * 1995-08-18 1997-11-07 Delorme Franck Composant d'emission laser accordable en longueur d'onde par variation d'absorption
JPH0964334A (ja) * 1995-08-28 1997-03-07 Toshiba Corp 発光素子と外部変調器の集積素子
US5757837A (en) * 1996-10-16 1998-05-26 The Regents Of The University Of California Intracavity quantum well photodetector integrated within a vertical-cavity surface-emitting laser and method of operating same
US5835521A (en) * 1997-02-10 1998-11-10 Motorola, Inc. Long wavelength light emitting vertical cavity surface emitting laser and method of fabrication
US5892786A (en) * 1997-03-26 1999-04-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Output control of vertical microcavity light emitting device
DE19727233A1 (de) * 1997-06-26 1999-01-07 Siemens Ag Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement
WO2002017361A1 (en) * 2000-08-22 2002-02-28 The Regents Of The University Of California A method for aperturing vertical-cavity surface-emitting lasers (vscels)
US6810064B1 (en) * 2000-08-22 2004-10-26 The Regents Of The University Of California Heat spreading layers for vertical cavity surface emitting lasers
US6621836B2 (en) * 2001-03-29 2003-09-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Tunable multi-frequency vertical cavity surface emitting laser
FI114351B (fi) 2002-08-28 2004-09-30 Epicrystals Oy Puolijohdemodulaattori
US7609376B2 (en) * 2005-01-05 2009-10-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and apparatus for pixel display and SERS analysis
US7391800B2 (en) * 2005-02-02 2008-06-24 Ricoh Company, Ltd. Vertical cavity surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission module, optical transmission device, and optical switching method
RU2452067C2 (ru) 2006-06-16 2012-05-27 Российское общество с ограниченной ответственностью "Коннектор Оптикс" Оптоэлектронное устройство для высокоскоростной передачи данных, основанное на сдвиге края стоп-зоны распределенного брэгговского отражателя за счет электрооптического эффекта
US7801197B2 (en) * 2006-06-16 2010-09-21 Epicrystals Oy High power laser device
JP5444994B2 (ja) * 2009-09-25 2014-03-19 三菱電機株式会社 半導体受光素子
KR101598547B1 (ko) * 2010-12-03 2016-03-02 삼성전자주식회사 광 이미지 변조기 및 그 제조 방법
EP2525450B1 (en) 2011-05-17 2017-10-04 Danmarks Tekniske Universitet Reflectivity-modulated grating-mirror
US8948223B2 (en) 2011-07-04 2015-02-03 Danmarks Tekniske Universitet Laser device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0793473B2 (ja) * 1987-10-06 1995-10-09 古河電気工業株式会社 光半導体素子
US4949350A (en) * 1989-07-17 1990-08-14 Bell Communications Research, Inc. Surface emitting semiconductor laser
JPH03290614A (ja) * 1990-04-09 1991-12-20 Nec Corp 光変調器
US5056098A (en) * 1990-07-05 1991-10-08 At&T Bell Laboratories Vertical cavity laser with mirror having controllable reflectivity
US5208820A (en) * 1991-01-08 1993-05-04 Nec Corporation Optical device with low-resistive multi-level reflecting structure
JPH04247676A (ja) * 1991-02-01 1992-09-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 面発光半導体モードロックレーザ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09135051A (ja) * 1995-11-09 1997-05-20 Nec Corp 面発光デバイスおよびその製造方法
JP2007219561A (ja) * 2001-03-13 2007-08-30 Ricoh Co Ltd 半導体発光装置
JP2007294787A (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置及び光通信システム

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EP0618651A3 (en) 1994-12-21
US5408486A (en) 1995-04-18

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