(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザーの組立時の、はんだ材の融点である接着温度から動作温度に降ろした時に生じる、マウント材と半導体レーザー素子のそれぞれの膨張係数の違いに起因した歪みを利用し、該半導体レーザー素子の活性層のバンド構造を変化させ、前記半導体レーザー素子内でのＴＥ・ＴＭ偏光モード利得の切り替えを、前記半導体レーザー素子の歪み量の変化によって行い、ＴＥ偏光モードとＴＭ偏光モードをスイッチングする半導体レーザーのＴＥ・ＴＭ偏光モードのスイッチング方法であって、マウント材が半導体レーザー素子に及ぼす歪みを利用し、前記半導体レーザー素子の活性層のバンド構造を変化させ、前記半導体レーザー素子内でのＴＥ・ＴＭ偏光モード利得の切り替えを、電流の注入量によって行うことを特徴とする半導体レーザーのＴＥ・ＴＭ偏光モードのスイッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザーのＴＥ・ＴＭ偏光モードのスイッチング方法を施し得る半導体レーザー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザー及びそのＴＥ・ＴＭスイッチング方法に係り、特に、半導体レーザー素子とマウント材との熱膨張特性の違いを利用した半導体レーザーのＴＥ・ＴＭ偏光モードのスイッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザー光は、その導波路構造から活性層と水平方向に電界成分を持つＴＥモード波と、磁界成分を持つＴＭモード波のどちらかに偏光している。
【０００３】
一般の半導体レーザーでは、発光遷移の生じるバンド間構造と導波路及び反射面における損失等からＴＥモードに偏光したレーザー光が得られる。
【０００４】
しかし、活性層に２次元的な引っ張り歪みが生じた場合に限り、発光遷移の生じるバンド構造変化によって、ＴＭモード偏波成分が強くなる。
【０００５】
このような技術に関する関連文献として、例えば、
〔参考文献１：Ｈ．Ｔａｎａｋａ：“７８０  ｎｍ  ＢＡＮＤ  ＴＭ−ＭＯＤＥ  ＬＡＳＥＲ  ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＧａＡｓＰ／ＡｌＧａＡｓ  ＴＥＮＳＩＬＥ−ＳＴＲＡＩＮＥＤ  ＱＵＡＮＴＵＭ−ＷＥＬＬ  ＬＡＳＥＲＳ”，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  １９９３，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１８，ｐｐ１６１１−１６１３〕
〔参考文献２：Ｋ．Ｍａｇａｒｉ，Ｍ．Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｈ．Ｙａｓａｋａ，Ｋ．Ｓａｔｏ，Ｙ．Ｎｏｇｕｃｈｉ  ａｎｄ  Ｏ．Ｍｉｋａｍｉ：“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｔｙｐｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｌｅｔｔｅｒｓ．，１９９０，Ｖｏｌ２，Ｎｏ．８，ｐｐ５５６−５５８〕を挙げることができる。
【０００６】
単体のレーザー光の偏光モードを制御することができれば、レーザー光を偏光光学素子等により、ＴＥ・ＴＭ偏波光の２つの偏光成分に分けることによって、それぞれのモードで情報を伝えることができるため、単純に従来の２倍の情報量を単体のレーザーで伝えることが可能になる。
【０００７】
さらに、単体レーザーでスイッチングできることから、装置の小型・単純化や、光インターコネクションへの応用が期待できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単体レーザーからのＴＥ・ＴＭモード偏光のスイッチングは、引っ張り歪量子井戸レーザーを使い、共振器長を変化させることにより得られることが報告されているのみである〔参考文献３：田中秀尚、嶋田純一：“ＧａＡｓＰ歪量子井戸レーザのＴＥ／ＴＭモード制御”応用物理学会講演予稿集、１９９２，Ｎｏ．３，ｐｐ９５７〕。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、半導体レーザー素子内でのＴＥ・ＴＭ偏光のモード利得の切り替えを、半導体レーザー素子の歪み量の変化によって、容易に、しかも簡便に行うことができる半導体レーザー及びそのＴＥ・ＴＭ偏光モードのスイッチング方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕半導体レーザーの組立時の、はんだ材の融点である接着温度から動作温度に降ろした時に生じる、マウント材と半導体レーザー素子のそれぞれの膨張係数の違いによる歪みを利用し、この半導体レーザー素子の活性層のバンド構造を変化させ、前記半導体レーザー素子内でのＴＥ・ＴＭ偏光モード利得の切り替えを、前記半導体レーザー素子の歪み量の変化によって行い、ＴＥ偏光モードとＴＭ偏光モードをスイッチングする半導体レーザーのＴＥ・ＴＭ偏光モードのスイッチング方法であって、マウント材が半導体レーザー素子に及ぼす歪みを利用し、前記半導体レーザー素子の活性層のバンド構造を変化させ、前記半導体レーザー素子内でのＴＥ・ＴＭ偏光モード利得の切り替えを、電流の注入量によって行うようにしたものである。
【００１１】
〔２〕半導体レーザーにおいて、上記〔１〕記載の半導体レーザーのＴＥ・ＴＭ偏光モードのスイッチング方法を施し得る半導体レーザー。
【００１２】
このように構成したので、機械歪みにより制御された半導体レーザーのＴＥ・ＴＭ偏光モードのスイッチングを行うことができる。すなわち、マウント材が半導体レーザー素子に及ぼす引っ張り歪みを利用することにより、半導体レーザー素子内での導波路及び反射面におけるＴＥ・ＴＭ偏光モード利得の切り替えを、動作温度、マウントへの力の導入、注入電流量の変化によって行い、単体半導体レーザーによる、ＴＥ・ＴＭモード発振のスイッチングを行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例を示すリッジ型半導体レーザーの構成を示す断面図、図２はそのリッジ型半導体レーザーの素子のＴＥ・ＴＭ偏光モードスイッチング時の電界方向成分の模式図である。
【００１５】
この図において、１はヒートシンクマウント材、１０はそのヒートシンクマウント材１上に搭載されるリッジ型半導体レーザー素子であり、このリッジ型半導体レーザー素子１０はフェースダウンでヒートシンクマウント材１にマウントされる。つまり、リッジ型半導体レーザー素子１０は、ＳｉＮ絶縁膜１１、ｐ側Ａｕ電極１２、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４、ＧａＡｓ活性層１５、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１６、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１７、ｎ型ＧａＡｓ基板１８、ｎ側Ａｕ電極１９より形成されている。
【００１６】
ここでは、種々のＧａＡｓ活性層厚を持つリッジ型半導体レーザーの単一量子井戸レーザーをＧａＡｓより熱膨張係数の小さいＳｉＣマウント材料を用いて組み立てた。
【００１７】
図３にこれらのレーザーの電流閾値の２倍の電流注入時におけるＴＥとＴＭモード偏光強度比の温度依存性を示す。
【００１８】
活性層がバルクに近い２００Åと６００Åのレーザーでは、１５０Ｋ付近においてＴＥとＴＭモード比が逆転しており、発振光の偏光モードが入れ替わっている。
【００１９】
これはマウント材であるＳｉＣが半導体レーザーの主材料であるＧａＡｓより小さな熱膨張係数を持つため、動作温度が下がるに従ってレーザーに強い引っ張り歪みが生じ、バンド構造が変化してＴＭ偏光モードのレーザー発振が生じたためである。
【００２０】
このような現象については、以下の文献にも開示されている。
〔参考文献４：Ｔ．Ｉｋｅｇａｍｉ：“Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｏｄｅ  ａｔ  Ｆａｃｅｔ  ａｎｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  ｉｎ  Ｄｏｕｂｌｅ−Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌａｓｅｒｓ”，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．１９７２，Ｖｏｌ．ＱＥ−８，Ｎｏ．６，ｐｐ４７０−４７６参照〕。
【００２１】
また、６０Åの活性層を持つレーザーにＴＥ／ＴＭ比の逆転が生じていないのは、活性層が十分に量子化されライトホールとヘビーホールサブバンドの分離が大きかったため、引っ張り歪みが生じても偏光モードを変化させるような、バンド構造変化が生じなかったことを示している。
【００２２】
このことは半導体レーザー素子の活性層のバンド構造が、マウント材によって生じる歪みによって変化していることを示しており、半導体素子構造とマウント材による歪み量を適切に設計してやることによって、ＴＥ／ＴＭ比の逆転が生じることを示している。なお、本実施例であるリッジ型半導体レーザー以外にも、電流狭窄型構造の半導体レーザーにおいても、ＴＥ／ＴＭ比の逆転が動作温度変化によって生じたことを確かめている。
【００２３】
以上のように、レーザーとマウント材の熱膨張係数の違いを利用して、動作温度によりレーザーの歪み量を変化させれば、ＴＥとＴＭモードの偏光スイッチングが可能である。
【００２４】
次に、低温動作時のレーザーがそれぞれ引っ張り歪み、無歪み、圧縮歪みとなるＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｃｕマウント材を用いた時の、ＴＥ／ＴＭ強度比の温度依存性を図４に示す。
【００２５】
なお、試料は２００Å厚のＧａＡｓ活性層を持つリッジ型レーザーである。引っ張り歪みの生じるＳｉＣでマウントしたレーザーのみでＴＥ／ＴＭ強度比の逆転が生じ、ＧａＡｓやＣｕにマウントしたレーザーでは、ＴＥ／ＴＭ強度比の逆転が起こらず、ＴＥモード発振が主に生じていることが分かる。
【００２６】
このようにマウント材の収縮によってＴＥとＴＭモードの強度比が逆転することから、マウント材に外部から力を加え、レーザーの歪みを制御することによって、偏光モードのスイッチングが可能であることが分かる。
【００２７】
図５は図４中のＳｉＣにマウントしたレーザーの、ＴＥ／ＴＭ強度比が逆転する１５０Ｋ近傍における電流注入量に対するＴＥ／ＴＭ強度比を表したものである。
【００２８】
動作温度１５０Ｋにおいてレーザー光のＴＥ・ＴＭ偏光モードの強度比が電流注入量を増加することによって逆転している。これは電流注入量によって、レーザー内のＴＥ・ＴＭ偏波光に対する導波路と反射面における利得が逆転しているからである。このことは、マウント材を用いて、レーザー素子に適当な引っ張り歪みを生じさせ、二つの偏光モード利得がほぼ等しくなるレーザー動作条件下で、電流注入量を変化させることによって、レーザーのＴＥ／ＴＭモードのスイッチングが可能であることを示している。
【００２９】
本発明により期待される産業への影響として、単一の半導体レーザーのＴＥ・ＴＭモードの偏光特性が制御することができれば、偏光モード成分による光通信情報量の増加や、それに伴う装置の小型化、あるいは光インターコネクションへの応用等の幅広い応用を期待することができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、半導体レーザー素子内でのＴＥ・ＴＭ偏光のモード利得の切り替えを、半導体レーザー素子の歪み量の変化によって、容易に、しかも簡便に行うことができる。
【００３２】
このように、単一の半導体レーザーのＴＥ・ＴＭモードの偏光特性を制御することにより、偏光モード成分による光通信情報量の増加や、それに伴う装置の小型化、光インターコネクションへの応用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すリッジ型半導体レーザーの構成を示す断面図である。
【図２】  本発明の実施例を示すリッジ型半導体レーザーの素子のＴＥ・ＴＭ偏光モードスイッチング時の電界方向成分の模式図である。
【図３】  本発明の実施例を示すリッジ型半導体レーザーの電流閾値の２倍の電流注入時におけるＴＥとＴＭモード偏光強度比の温度依存性を示す図である。
【図４】  低温動作時のレーザーがそれぞれ引っ張り歪み、無歪み、圧縮歪みとなるＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｃｕマウント材を用いた時のＴＥ／ＴＭ強度比の温度依存性を示す図である。
【図５】  図４中のＳｉＣにマウントしたレーザーのＴＥ／ＴＭ強度比が逆転する１５０Ｋ近傍における電流注入量に対するＴＥ／ＴＭ強度比を表した図である。
【符号の説明】
１    ヒートシンクマウント材
１０    リッジ型半導体レーザー素子
１１    ＳｉＮ絶縁膜
１２    ｐ側Ａｕ電極
１３    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１４    ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１５    ＧａＡｓ活性層
１６    ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１７    ｎ型ＧａＡｓバッファー層
１８    ｎ型ＧａＡｓ基板
１９    ｎ側Ａｕ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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