(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を偏光変調して出力する偏光変調レーザ装置であって、
第１の反射ミラーと、
光学的利得を得るための利得媒質を含む層と、
第２の反射ミラーと、
前記第１の反射ミラーと前記第２の反射ミラーとによって形成される共振器と前記利得媒質を含む層とによって発振したレーザ光を、前記第１の反射ミラー又は前記第２の反射ミラーの面に対して垂直方向に出力する出力部と、
前記出力するレーザ光を、電気的な手段によって第１の偏光方向に固定する第１の偏光制御構造と、
前記出力するレーザ光を、前記第１の偏光方向とは別の第２の偏光方向に向ける第２の偏光制御構造とを備え、
前記第１の偏光制御構造は、前記レーザ光に対する光吸収係数を電気的な手段によって変化させる吸収変調構造を含み、
前記吸収変調構造は、前記レーザ光の出力方向に垂直な面に対して平行な面内における光吸収係数に光学的な異方性を有し、
前記吸収変調構造と前記利得媒質を含む層とが電気的に分離しており、
前記第２の偏光制御構造は、前記レーザ光の出力方向において前記吸収変調構造と対向する位置に設けられた光導波路を含み、
前記光導波路は、前記レーザ光の進行方向に対して垂直な面の断面が矩形であり、当該矩形の長辺側の光導波損失が短辺側の光導波損失より大きく、前記長辺方向が前記第１の偏光方向と平行にならない向きに配置されていることを特徴とする偏光変調レーザ装置。
【請求項２】
吸収変調構造は、電気的な手段として、電界の印加によってレーザ光に対する光吸収係数を変化させる請求項１に記載の偏光変調レーザ装置。
【請求項３】
吸収変調構造は、レーザ光の出力方向に垂直な面に対して平行な面内における最小寸法が５０ｎｍ以下である請求項１または請求項２に記載の偏光変調レーザ装置。
【請求項４】
吸収変調構造は、量子細線、量子ドット又は分数層超格子を含む請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の偏光変調レーザ装置。
【請求項５】
第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーは、多層膜構造を有し、
利得媒質を含む層及び第１の偏光制御構造が有する吸収変調構造は、半導体層であり、 前記第１の反射ミラーと、前記第２の反射ミラーと、前記利得媒質を含む層と、前記吸収変調構造とが、基板上に積層されている請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の偏光変調レーザ装置。
【請求項６】
第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーは、半導体多層膜構造を有する請求項５記載の偏光変調レーザ装置。
【請求項７】
第１の反射ミラーと、第２の反射ミラーと、利得媒質を含む層と、吸収変調構造とが積層される基板は、半導体基板である請求項５記載の偏光変調レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関し、特にレーザ光の偏光方向を高速に変調できる偏光変調レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術の発展に伴い、実用的な面発光レーザ装置が開発され、様々な光通信用途への適用が検討されている。面発光レーザは、従来の端面発光レーザに比べて集積化が容易であり、低消費電力や安価である等のメリットがある。また、そのような特性によって、面発光レーザは、コンピュータのボード間あるいはチップ間光通信である光インタコネクションにおいても重要な発光素子と位置づけられている。特にチップ間光通信では、小さい領域に密に光送信モジュールを実装する必要があるので、低消費電力の特性をもつ面発光レーザを用いることが必須と考えられている。面発光レーザを光インタコネクションに用いる場合、低消費電力性や光出力を低下させることなく、変調帯域を更に拡大させることが求められる。【０００３】
面発光レーザをレーザ光強度の変調方式によって分類すると、電流直接変調型と変調器集積型とに分類される。電流直接変調型の面発光レーザでは、注入電流量を大きく変化させるので、レーザ光共振器内の光密度及びキャリア密度が大きく変動する。そのため、電流直接変調型の面発光レーザでは、変調帯域が制限されてしまう。【０００４】
特公平７−９３４７３号公報（段落０００４参照）には、光共振器外部に電界印加による吸収型変調器を備えた変調器集積型の面発光レーザが記載されている。しかし、この変調器集積型の面発光レーザ素子は、光共振器内の光密度やキャリア密度の大きな変動はないが、充分な消光比を得るために厚い吸収層あるいは多くの吸収層数を要するので、大きな変調電圧が必要になる。【０００５】
大きな変調電圧が必要になるという問題を回避するために、特開平５−１５２６７４号公報（段落０００５参照）には、光共振器外部に設けた吸収型変調器にも光共振器構造を設け、実効的な光吸収量を増強して光変調器の低電圧動作化を図った面発光半導体レーザが記載されている。しかし、この面発光半導体レーザは、複合共振器構造を採用しているので、レーザ発振自体が不安定になる。【０００６】
また、電流直接変調型や変調器集積型等の強度変調方式の面発光レーザに対して、入力信号に応じてレーザ光の偏光方向を切り替える偏光変調面発光レーザもある。偏光変調面発光レーザは、電流直接変調型の面発光レーザや、共振器外部や共振器内部に吸収型変調器を設けた変調器集積型の面発光レーザと比べて、変調時の注入電流量の変化が小さく、レーザ共振器内の光密度やキャリア密度を殆ど一定にすることができる。そのため、偏光変調面発光レーザを用いれば、強度変調方式の面発光レーザを用いる場合と比較して、より大きな変調速度が得られる。すなわち、偏光変調型の面発光レーザを用いれば、低電流又は低電圧変調、高速変調及び安定したレーザ発振の３つの特性を同時に実現することが可能である。【０００７】
特開平１０−２６１８４２号公報（段落０００７−００１１および図２参照）には、偏光変調型の面発光レーザを用いた面型光デバイスが記載されている。図１Ａおよび図１Ｂを参照して、この偏光変調面発光レーザ装置の構造を説明する。【０００８】
図１Ａは、特開平１０−２６１８４２号公報に記載された偏光変調面発光レーザ装置の構造を示す断面図である。図１Ａに示すように、偏光変調面発光レーザ装置は、ｎ型基板２０１上に、第１のｎクラッド層２０２、第１の量子細線活性層２０３、ｐクラッド層２０４、第２の量子細線活性層２０５、第２のｎクラッド層２０６、コンタクト層２０７及び第１の誘電体多層膜ミラー２０８が順次形成された構造を有する。第１のｎクラッド層２０２に対してｎ型基板２０１の反対面側では、ｎ型基板２０１をくり貫いて第２の誘電体多層膜ミラー２０９が第１のｎクラッド層２０２に接するように形成されている。【０００９】
また、偏光変調面発光レーザ装置は、電極として、ｎ型基板２０１に接するように第１のｎ電極２１０が、ｐクラッド層２０４に接するようにｐ電極２１１が、コンタクト層２０７に接するように第２のｎ電極２１２がそれぞれ形成されている。【００１０】
図１Ｂは、図１Ａに示す偏光変調面発光レーザ装置の量子細線活性層の構造を示す斜視図である。図１Ｂに示すように、偏光変調面発光レーザ装置において、第１の量子細線活性層２０３と第２の量子細線活性層２０５とは、量子細線が互いに直交する向きに配置されている。【００１１】
図１Ａおよび図１Ｂに示した偏光変調面発光レーザ装置では、２つの誘電体多層膜ミラー２０８，２０９によってレーザ共振器が形成されている。この偏光変調面発光レーザ装置を動作させる場合、第１のｎ電極２１０とｐ電極２１１との間、及び第２のｎ電極２１２とｐ電極２１１との間にそれぞれ独立に電流を流すことによって、第１の量子細線活性層２０３及び第２の量子細線活性層２０５の利得をそれぞれ独立に制御できる。この場合、量子細線のバンド端での利得は、量子細線に平行な直線偏光に対して最大となる。【００１２】
また、図１Ａおよび図１Ｂに示した偏光変調面発光レーザ装置では、２つの量子細線活性層２０３，２０５のＤＣバイアス電流を調節し、レーザ変調電流を第１の量子細線活性層２０３又は第２の量子細線活性層２０５のいずれかに注入したり、２つの量子細線活性層２０３，２０５の両方に注入したりする。そのようにすることによって、第１の量子細線活性層２０３の量子細線に平行な偏光のレーザ光と、それに直交する第２の量子細線活性層２０５の量子細線に平行な偏光のレーザ光との切り替えが可能となり、これによりレーザ光の偏光方向を変調する。【００１３】
特開平６−２３２５０１号公報（段落００１２−００１６および図３参照）には、偏光変調型の面発光レーザを用いた偏光スイッチングレーザが記載されている。図２は、特開平６−２３２５０１号公報に記載された偏光変調面発光レーザ装置の構造を示す断面図である。図２に示すように、偏光変調面発光レーザ装置は、第１のｐ型ブラッグ反射ミラー３０１と、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層３０２と、分数層超格子３０３と、ｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層及びｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層から成るｎコンタクト／高抵抗層３０４と、光路長可変媒質３０５と、第２のｐ型ブラッグ反射ミラー３０６とが順次形成された構造を有する。【００１４】
分数層超格子３０３は、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ／ＧａＡｓ超格子をブラッグ反射ミラー面に垂直に立てた構造を有する。電極として、第１のｐ型ブラッグ反射ミラー３０１に接するように第１のｐ電極３０７が、第２のｐ型ブラッグ反射ミラー３０６に接するように第２のｐ電極３０８がそれぞれ形成されている。ｎコンタクト／高抵抗層３０４の２つのｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層に接するように、それぞれｎ電極（図示せず）が形成されている。【００１５】
図２に示した偏光変調面発光レーザ装置では、２つのブラッグ反射ミラー３０１，３０６によってレーザ共振器が形成されている。光路長可変媒質３０５は、電界印加によって屈折率が変化する媒質である。例えば、光路長可変媒質３０５として、ｉ−ＡｌＧａＡｓが用いられる。【００１６】
図２に示した偏光変調面発光レーザ装置を動作させる場合、ｐ電極３０７とｎコンタクト／高抵抗層３０４の分数層超格子３０３側のｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層との間に順方向バイアス電圧３１０を印加することよって、ＤＣバイアス電流を流してレーザ発振させることができる。この場合、ｐ電極３０８とｎコンタクト／高抵抗層３０４の光路長可変媒質３０５側のｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層との間に変調用のバイアス電圧３０９を印加する。そのようにすることによって、レーザ共振器の共振ピーク波長を変動させることができる。【００１７】
分数層超格子３０３の超格子層面に垂直な直線偏光に対する利得ピーク波長は、超格子層に平行な直線偏光に対する利得ピーク波長よりも相対的に短い。そのため、共振ピーク波長を相対的に短波長側に変動させた場合、偏光変調面発光レーザ装置は、分数層超格子３０３の超格子層面に垂直な偏光をもつレーザ光を出射する。また、共振ピーク波長を相対的に長波長側に変動させた場合、偏光変調面発光レーザ装置は、分数層超格子３０３の超格子層面に平行な偏光をもつレーザ光を出射する。このように共振ピーク波長を変動させることによって、レーザ光の偏光方向を変調する。
【発明の開示】
【００１８】
特開平１０−２６１８４２号公報や特開平６−２３２５０１号公報に記載された偏光変調面発光レーザ装置を用いる場合、活性層の光学的利得を得るために面内偏光異方性が必要である。この様な異方性を有する活性層を具体的に実現するために、面内構造寸法の最小値が１０ｎｍオーダである量子細線や、分数層超格子、面内形状に異方性のある量子ドット等が用いられる。しかし、このような量子微細構造を高品質且つ高密度に形成し、量子井戸と同等の面発光レーザ性能を実現することは一般に困難である。そのため、特開平１０−２６１８４２号公報や特開平６−２３２５０１号公報に記載された偏光変調面発光レーザ装置では、実用的な低閾値電流で高効率のレーザ光を出力する高性能な面発光レーザを実現するのは困難である。
【００１９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、作製が容易でありながら、低閾値電流で高効率且つ出力強度の安定したレーザ光を出力できる偏光変調面発光レーザ装置を提供することを目的とする。
【００２０】
本発明による偏光変調レーザ装置は、レーザ光を偏光変調して出力する偏光変調レーザ装置であって、第１の反射ミラー（例えば、図３に示すｎ型ブラッグ反射ミラー２によって実現される）と、光学的利得を得るための利得媒質を含む層（例えば、図３に示す量子井戸活性層９によって実現される）と、第２の反射ミラー（例えば、図３に示すｐ型ブラッグ反射ミラー１３によって実現される）と、第１の反射ミラーと第２の反射ミラーとによって形成される共振器と利得媒質を含む層とによって発振したレーザ光を、第１の反射ミラー又は第２の反射ミラーの面に対して垂直方向に出力する出力部（例えば、図３に示す開口１４によって実現される）と、出力するレーザ光を、電気的な手段によって第１の偏光方向に固定する第１の偏光制御構造（例えば、図３に示す量子細線吸収変調層４によって実現される）と、出力するレーザ光を、第１の偏光方向とは別の第２の偏光方向に向ける第２の偏光制御構造（例えば、図３に示す量子井戸活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３が積層されている部分を所定のポスト構造に形成することによって実現される）とを備え、第１の偏光制御構造は、レーザ光に対する光吸収係数を電気的な手段によって変化させる吸収変調構造（例えば、量子細線や量子ドット、分数層超格子によって実現される）を含み、吸収変調構造は、レーザ光の出力方向に垂直な面に対して平行な面内における光吸収係数に光学的な異方性を有し、吸収変調構造と利得媒質を含む層とが電気的に分離していることを特徴とする。
【００２１】
また、吸収変調構造は、電気的な手段として、電界の印加によってレーザ光に対する光吸収係数を変化させるものであってもよい。
【００２２】
また、第２の偏光制御構造は、光導波路（例えば、図３に示す量子井戸活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３が積層されている部分が、矩形や楕円形の断面形状を有するポスト構造に形成されることによって実現される）を含み、光導波路は、レーザ光の進行方向に対して垂直な面の断面が矩形であり、矩形の長辺側の光導波損失が短辺側の光導波損失より大きく、長辺方向が第１の偏光方向と平行にならない向きに配置されているものであってもよい。
【００２３】
また、吸収変調構造は、レーザ光の出力方向に垂直な面に対して平行な面内における最小寸法が５０ｎｍ以下であるものであってもよい。
【００２４】
また、吸収変調構造は、量子細線、量子ドット又は分数層超格子を含むものであってもよい。
【００２５】
また、第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーは、多層膜構造を有し、利得媒質を含む層及び第１の偏光制御構造が有する吸収変調構造は、半導体層であり、偏光変調レーザ装置は、第１の反射ミラーと、第２の反射ミラーと、利得媒質を含む層と、吸収変調構造とが、基板上に積層されているものであってもよい。
【００２６】
また、第１の反射ミラー及び第２の反射ミラーは、半導体多層膜構造を有するものであってもよい。
【００２７】
また、第１の反射ミラーと、第２の反射ミラーと、利得媒質を含む層と、吸収変調構造とが積層される基板は、半導体基板であるものであってもよい。
【００２８】
本発明による偏光変調レーザ装置は、２つの反射ミラーに挟まれた活性媒質を有するレーザ共振器内部に、電気的な手段によってレーザ光に対する光吸収係数を変化させる吸収変調構造が設けられている。そして、偏光変調レーザ装置は、吸収変調構造の光吸収係数を変調することによって、レーザ光の偏光変調を行う。この場合、吸収変調構造として、レーザ光の出力方向に垂直な面に対して平行な面内における光吸収係数に異方性を有する構造を用いる。例えば、吸収変調構造として量子細線を用いる。
【００２９】
上記の構成によって、偏光変調レーザ装置は、２つの反射ミラーと、２つの反射ミラーに挟まれた活性媒質とによってレーザ光を発生する。また、仮に偏光変調レーザ装置の他のレーザ構成要素にレーザ光に対する光学的異方性が無いとすると、発生したレーザ光の偏光方向は、吸収変調構造への電界印加によって、吸収変調構造の光吸収係数が最も小さい第１の偏光方向に固定される。
【００３０】
しかし、上記の構成のみでは、電界印加がない場合の偏光方向が電界印加のある場合の偏光方向と偶然に一致してしまう可能性がある。そこで、本発明による偏光変調レーザ装置は、上記のレーザ構造に、電界印加のない場合に、電界印加時に偏光方向を固定する方向とは別の偏光方向にレーザ光を制御する第２の偏光制御構造を導入する。例えば、偏光変調レーザ装置は、第２の偏光制御構造として、矩形断面形状を有し、その断面の長辺側の光導波損失が短辺側の光導波損失より適度に大きく、長辺方向が第１の偏光方向と平行とならない向きに配置された光導波路を含む。
【００３１】
偏光変調レーザ装置は、第２の偏光制御構造を導入することによって、吸収変調構造に電界を印加した場合だけその偏光方向となるような、ある特定の偏光固定方向を存在させることができる。この場合、偏光固定方向は、第１の偏光方向と、第２の偏光制御構造による偏光制御特性との関係によって決定される。従って、第２の偏光制御構造を導入した場合、吸収変調構造に電界を印加した時の偏光固定方向は、第２の偏光制御構造を導入しない場合の第１の偏光方向と必ずしも同一ではない。
【００３２】
また、本発明による偏光変調レーザ装置は、活性媒質と吸収変調構造とが電気的に分離されているので、吸収変調層に変調電圧を加えても、活性媒質中のキャリア数の変動を低く抑えることができる。従って、レーザ光の平均出力強度の変動を少なくすることができる。
【００３３】
本発明によれば、偏光変調レーザ装置のレーザの利得媒質として、多重量子井戸等の一般に用いられる高品質で形成の容易な材料及び構造を用いる。また、偏光変調レーザ装置は、活性層よりも高品質である必要のない吸収変調構造を含む。また、利得媒質を含む層と吸収変調構造とが電気的に分離されており、利得媒質中のキャリアの変動を低く抑えることができる。従って、偏光変調レーザ装置の作製が容易でありながら、偏光変調レーザ装置が低閾値電流で高効率且つ出力強度の安定したレーザ光を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】従来の偏光変調面発光レーザ装置の構造の一例を示す説明図である。
【図１Ｂ】従来の偏光変調面発光レーザ装置の構造の一例を示す説明図である。
【図２】従来の偏光変調面発光レーザ装置の他の構造例を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明による偏光変調レーザ装置の構造の一例を示す説明図である。
【図３Ｂ】本発明による偏光変調レーザ装置の構造の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  高抵抗ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ブラッグ反射ミラー
３  第１のｎクラッド層
４  量子細線吸収変調層
５  バリア層
６  第１のｐクラッド層
７  高抵抗ＡｌＧａＡｓ層
８  第２のｎクラッド層
９  量子井戸活性層
１０  第２のｐクラッド層
１１  高抵抗層
１２  ｐ型ＡｌＧａＡｓ層
１３  ｐ型ブラッグ反射ミラー
１４  開口
１５，１７  ｐ電極
１６，１８  ｎ電極
２０１  ｎ型基板
２０２  第１のｎクラッド層
２０３  第１の量子細線活性層
２０４  ｐクラッド層
２０５  第２の量子細線活性層
２０６  第２のｎクラッド層
２０７  コンタクト層
２０８  第１の誘電体多層膜ミラー
２０９  第２の誘電体多層膜ミラー
２１０  第１のｎ電極
２１１  ｐ電極
２１２  第２のｎ電極
３０１  第１のｐ型ブラッグ反射ミラー
３０２  ｉ−ＡｌＧａＡｓ層
３０３  分数層超格子
３０４  ｎコンタクト／高抵抗層
３０５  光路長可変媒質
３０６  第２のｐ型ブラッグ反射ミラー
３０７  ｐ電極
３０８  ｐ電極
３０９  バイアス電圧
３１０  バイアス電圧
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、本発明による偏光変調レーザ装置の構造の一例を説明するための図である。図３Ａは、偏光変調レーザ装置の構造の一例を示す断面図である。なお、本実施の形態では、偏光変調レーザ装置が偏光変調型の面発光レーザ装置である場合を説明する。【００３７】
図３Ａに示すように、偏光変調レーザ装置は、高抵抗ＧａＡｓ基板１、ｎ型ブラッグ反射ミラー２、第１のｎクラッド層３、量子細線吸収変調層４、バリア層５、第１のｐクラッド層６、高抵抗ＡｌＧａＡｓ層７、第２のｎクラッド層８、量子井戸活性層９、第２のｐクラッド層１０、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３を積層した構造を含む。【００３８】
ｐ型ブラッグ反射ミラー１３は、レーザ光を放射する開口１４を含む。量子井戸活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３が積層されている部分は、開口１４側（図３Ａに示すＸ方向）から見た場合に矩形形状に加工されている。以下、開口１４側から見た場合に矩形形状に形成されている、量子井戸活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３が積層されている部分の形状を矩形ポストともいう。本実施の形態では、量子井戸活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３が積層されている部分は、矩形断面形状を有することによって、その断面の長辺側の光導波損失が短辺側の光導波損失よりも適度に大きい光導波路を形成している。ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２の外側には高抵抗層１１が形成されている。【００３９】
また、偏光変調レーザ装置は、電極として、ｐ型ブラッグ反射ミラー１３表面に接するように設けられたｐ電極１５、第２のｎクラッド層８に接するように設けられたリング状のｎ電極１６、第１のｐクラッド層６に接するように設けられたリング状のｐ電極１７、および第１のｎクラッド層３に接するように設けられたリング状のｎ電極１８の、計４つの電極を含む。【００４０】
図３Ｂは、図３Ａに示す偏光変調レーザ装置を、開口１４側（図３Ａに示すＸ方向）から見た場合の平面図である。図３Ｂには、矩形形状に加工された量子井戸活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３とが積層されている部分の矩形ポスト構造と、量子細線吸収変調層４との方向の関係が示されている。矩形ポストの矩形の縦及び横の寸法は、例えば６ミクロン×４ミクロン程度である。【００４１】
本実施の形態において、量子細線吸収変調層４は、２つのブラッグ反射ミラー２，１３の間で光強度が極大になる位置に配置されている。量子細線吸収変調層４の吸収変調構造は、レーザ光の進行方向に垂直な面に対して平行な面内における最小寸法が５０ｎｍ以下である。例えば、吸収変調構造である量子細線の細線幅は１０ｎｍであり、図３Ｂに示すように、量子細線吸収変調層４は、量子細線の延長方向が矩形ポストの矩形の長辺方向と平行になるように配置されている。【００４２】
次に、本実施の形態の偏光変調レーザ装置の動作について説明する。図３Ａに示す構造の偏光変調レーザ装置において、ｐ電極１５とｎ電極１６との間にＤＣバイアス電圧を順バイアスとして印加することによって、量子井戸活性層９が発光する。また、ｎ型ブラッグ反射ミラー２とｐ型ブラック反射ミラー１３とによって共振器が形成されており、偏光変調レーザ装置は、発振閾値電流以上の電流を印加するとレーザ発振する。【００４３】
また、ｐ電極１７とｎ電極１８との間に逆電圧Ｖｍを印加することによって、偏光変調レーザ装置は、量子細線吸収変調層４のレーザ光に対する光吸収係数を変化させる。本実施の形態では、量子細線吸収変調層４は、Ｖｍ＝０の時にレーザ光に対する光吸収係数がほぼ０になり、Ｖｍ≠０の時に光吸収が起こるように、形状、寸法及び組成が調整されている。【００４４】
例えば、Ｖｍ＝０にするとレーザ光の偏光方向は、矩形ポストの矩形の長辺に平行になる。これは、この偏光方向で導波損失が最も小さいためである。また、Ｖｍ≠０にすると量子細線吸収変調層４の延長方向の吸収係数が最大となり、量子細線に対して垂直方向の吸収係数が最小となる。そのため、Ｖｍ≠０にすると、レーザ光の偏光方向は、矩形ポストの矩形の短辺方向に平行になる。この場合、矩形ポストの矩形の長辺に平行な偏光とする場合と短辺に平行な偏光とする場合とを比較すると、偏光に対する損失及び閾値電流の差が小さい。従って、変調電圧Ｖｍが小さくて済み、レーザ共振器内の光密度とキャリア密度とが殆ど変化しないので、大きな偏光変調速度が得られる。【００４５】
以上のように動作することによって、偏光変調レーザ装置は、偏光変調したレーザ光を放射する。また、開口１４の上部に偏光子を配置することによって、偏光変調レーザ装置によって偏光変調されたレーザ光を、強度変調されたレーザ光として取り出すことができる。この場合、偏光子の配置の仕方によって、矩形ポストの矩形の長辺に平行な偏光をもつレーザ光と、短辺に平行な偏光をもつレーザ光とのいずれかを適宜選択して取り出すことができる。【００４６】
以上のように、本実施の形態によれば、偏光変調レーザ装置において、量子井戸活性層９のレーザの利得媒質として、例えば多重量子井戸等の一般に用いられる高品質で形成の容易な材料及び構造を用いることができる。また、本実施の形態によれば、偏光変調レーザ装置は、吸収変調構造として量子細線吸収変調層４を含む。一般に光学的異方性のある吸収変調構造として最小寸法が１０ｎｍオーダの量子細線等を用いる必要があるが、本実施の形態によれば、量子細線吸収変調層４は活性層ではないので、量子細線吸収変調層４が高品質である必要はない。よって、本実施の形態によれば、偏光変調レーザ装置を半導体面発光レーザに適用した場合、作製が容易且つ低閾値電流で高効率な偏光変調面発光レーザ装置を実現することができる。【００４７】
また、本実施の形態によれば、量子井戸活性層９の活性媒質と量子細線吸収変調層４の吸収変調構造とが電気的に分離されている。そのため、吸収変調層に変調電圧を加えても、活性媒質中のキャリア数の変動を低く抑えることができ、レーザ光の平均出力強度の変動を少なくすることができる。よって、安定した出力強度の偏波変調レーザ光を得ることができる。従って、偏光変調レーザ装置の作製が容易でありながら、偏光変調レーザ装置が低閾値電流で高効率且つ出力強度の安定したレーザ光を出力することができる。【００４８】
なお、本実施の形態では、吸収変調構造として量子細線を含む量子細線吸収変調層４を用いる場合を説明したが、レーザ光の出力方向に垂直な面に対して平行な面内における光吸収係数に異方性があるものであれば他の構造を用いてもよい。例えば、吸収変調構造として、分数層超格子を用いてもよく、面内の形状や歪分布に異方性のある量子ドット等を用いてもよい。【００４９】
また、Ｖｍ＝０の時に偏光方向を制御できる構造として、矩形ポスト構造に限らず、中心対称性のない形状であれば楕円型ポスト（すなわち、量子井戸活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３が積層されている部分が、楕円形の断面形状を有する）等他のポスト構造を用いてもよい。また、矩形ポストの高さも、本実施の形態で示した場合に限られない。例えば、量子井戸活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１２及びｐ型ブラッグ反射ミラー１３の部分の全てを矩形にするのでなく、ｐ型ブラッグ反射ミラー１３の途中までの部分を矩形にする等、適宜矩形ポストの高さを調節してもよい。【００５０】
また、Ｖｍ＝０の時に偏光方向を制御できる構造として、（３１１）Ｂ面や（３１１）Ａ面等に代表される面内で吸収異方性のある基板を用いて、その基板上にポスト形状を形成した構造を用いてもよい。また、面内形状に異方性のある電極や高抵抗層、活性層を用いた構造としてもよい。また、量子細線吸収変調層４とは別に電気的に分離された吸収変調構造を設けた構造を用いてもよい。そのように異方性のある基板、電極、高抵抗層又は活性層を用いたり、別の吸収変調構造を設けた構造とすれば、ポスト形状を円柱形にしてレーザ光とファイバ等の外部光学系との結合率を高めることができる。【００５１】
また、量子細線吸収変調層４が自発的な内部電界を有するようにしてもよい。そのようにすれば、偏光変調レーザ装置は、Ｖｍ＝０で吸収係数が大きく、Ｖ≠０で吸収係数が小さくなるように変調動作することができる。【００５２】
また、本実施の形態で示したように、量子細線吸収変調層４については、２つのブラッグ反射ミラー２，１３の間で光強度が極大になる位置に配置することが好ましいが、他の位置に配置してもよい。例えば、量子細線吸収変調層４を、ｎ型ブラッグ反射ミラー２又はｐ型ブラッグ反射ミラー１３の内部に配置するようにしてもよい。【００５３】
また、量子細線吸収変調層４と量子井戸活性層９との直流的な分離が可能なものであれば、高抵抗ＡｌＧａＡｓ層７をｎ型又はｐ型半導体層にしたり、ｎ型層とｐ型層との積層構造（下層がｎ型）や絶縁層にしてもよく、高抵抗ＡｌＧａＡｓ層７を無くしてもよい。この場合、高抵抗ＡｌＧａＡｓ層７として、例えば、ＦｅドープのＡｌＧａＡｓ層を用いることができる。また、ＦｅドープのＡｌＧａＡｓ層に代えて、高抵抗ＡｌＧａＡｓ層７として、例えば、ＡｌＡｓ層やＡｌリッチＡｌＧａＡｓ層を酸化して形成される絶縁層を用いてもよい。【００５４】
また、本実施の形態では、基板として高抵抗ＧａＡｓ基板１を用いたが、基板としてｎ型基板を用いてもよい。また、基板上の半導体層の導電型ついて適当な置換を行うことを条件に、基板としてｐ型基板を用いてもよい。また、基板として導電型基板を用いる場合、ｎ電極１８を基板裏面に形成するようにしてもよい。【００５５】
また、本実施の形態で示した量子井戸活性層９、量子細線吸収変調層４及びブラッグ反射ミラー２，１３の特性を実現する材料であれば、量子井戸活性層９、量子細線吸収変調層４及びブラッグ反射ミラー２，１３の材料として種々の材料を用いることができる。例えば、ｎ型ブラッグ反射ミラー２やｐ型ブラッグ反射ミラー１３を半導体多層膜構造等の多層膜構造を有するように構成してもよい。また、例えば、量子井戸活性層９や量子細線吸収変調層４を半導体層として構成してもよい。【００５６】
例えば、量子井戸活性層９の材料としてＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓを用いて、レーザ装置を近赤外用の面発光レーザ構造に構成してもよいし、ＩｎＧａＰやＡｌＧａＩｎＰ等の可視面発光レーザ構造に構成してもよい。また、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＡｌＧａＡｓや、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓ又はＩｎＡｓ量子ドット等の活性層を用いて、長波帯の面発光レーザ構造を構成してもよい。また、ＧａＮ系やＺｎＳｅ系等の材料を用いて、青色又は紫外線用の面発光レーザ構造を構成するようにしてもよい。更に、Ｓｉ系及びＳｉ化合物系材料や有機材料を活性層に用いて、面発光レーザ構造を構成するようにしてもよい。【００５７】
また、量子井戸活性層９に用いた活性層材料に応じて、量子細線吸収変調層４の吸収変調構造やブラッグ反射ミラー２，１３等の材料や組成を、量子井戸活性層９と同様な化合物半導体や誘電体、元素半導体、有機材料から適宜選択してもよい。また、量子井戸活性層９や量子細線吸収変調層４、ブラッグ反射ミラー２，１３の構造厚さや面内形状／層数についても適宜選択し設定するようにしてもよい。【００５８】
また、本実施の形態では、偏光変調レーザ装置が面発光レーザ装置である場合を説明したが、本実施の形態で示した偏光変調レーザ装置の構成は、面発光レーザ装置以外の他の形態のレーザ装置が偏光変調を行う場合にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、レーザ光を面発光し偏光変調して出力する偏光変調レーザ装置の用途に適用できる。特に、本発明による偏光変調レーザ装置を用いることによって、偏光変調レーザ装置の作製が容易でありながら、偏光変調レーザ装置が低閾値電流で高効率且つ出力強度の安定したレーザ光を出力することができる。
【図１Ａ】
0004946439.tif 000002
【図１Ｂ】
0004946439.tif 000003
【図２】
0004946439.tif 000004
【図３Ａ】
0004946439.tif 000005
【図３Ｂ】
0004946439.tif 000006