JPH03235390A - Semiconductor laser - Google Patents
Semiconductor laserInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は半導体レーザに関し、特に単一モードで発振す
る半導体レーザ素子に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor laser, and particularly to a semiconductor laser device that oscillates in a single mode.
[従来の技術]
従来、この種の半導体レーザ素子構造としては、第2図
に示す分布帰還形半導体レーザ(DFB−LD)が知ら
れている。このDFB−LDは、n型基板1上に、n型
バッファ層2.アンドープの活性層3、厚さが周期的に
変化する構造をもったガイド層4.p型クラッド層5お
よび電極とオーミック性コンタクトを取るためのp3型
キャップ層6が順次形成された構造を有する。図中の矢
印しは出射光を示す。このような構造を有するDBF−
LDは良(知られているように、ガイド層6の周期構造
で決まるストップバンドの両端辺(の周波数で均等に発
振閾値利得が小さくなるため、発振が単一とはなりにく
い。これを避けるために周期構造を不均等にするとか、
途中で位相をλ/4ずらした構造にすることによって単
一モード化する方法があるが、このような周期構造の作
製が難しいことや、外部からの反射光注入に対して発振
モードが変動すると言った欠点があった。[Prior Art] Conventionally, as this type of semiconductor laser element structure, a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) shown in FIG. 2 is known. This DFB-LD includes an n-type buffer layer 2. an undoped active layer 3; a guide layer 4 having a structure in which the thickness changes periodically; It has a structure in which a p-type cladding layer 5 and a p3-type cap layer 6 for making ohmic contact with an electrode are sequentially formed. The arrows in the figure indicate the emitted light. DBF- with such a structure
The LD is good (as is known, the oscillation threshold gain decreases equally at the frequencies at both ends of the stop band determined by the periodic structure of the guide layer 6, so oscillation is unlikely to be uniform. Avoid this. To make the periodic structure uneven,
There is a method to create a single mode by shifting the phase by λ/4 midway, but it is difficult to create such a periodic structure, and the oscillation mode may change due to external reflected light injection. There was a drawback as mentioned.
この欠点を克服するために、第3図に示す構造の半導体
レーザが考えられている。このレーザの構造が第2図の
叶B−LDと異なる点は、周期的に厚さの変化するガイ
ド層4に賛えて、平坦なp型クラッド層7の上にn型の
ブロック領域8が周期的に設けられている点である。In order to overcome this drawback, a semiconductor laser having the structure shown in FIG. 3 has been considered. The structure of this laser is different from that of the B-LD shown in FIG. 2, in addition to the guide layer 4 whose thickness changes periodically, an n-type block region 8 is formed on a flat p-type cladding layer 7. These points are provided periodically.
今、第2図の構造で順方向電流が注入されるように電源
が接続されると、n型領域8とp型クラッド層7のnp
接合部は逆バイアスとなり、n型領域8の下部は順方向
電流がブロックされて注入されない領域となる。従って
、注入キャリアに周期性があると利得に周期性が生じ、
その結果利得分布型叶B−LD構造となる。利得分布型
DFB−LDは通常の屈折率分布型DFB−LDとは異
なり、ブラッグ波長の中心周波数で発振閾値利得が最小
となることがKogelnik等によって指摘されてい
る(参考文献、H,Kogelnik and C,V
、5hank、 ”Coupled−wavetheo
ry of distributed feedbac
k 1asers、 J。Now, when a power supply is connected so that a forward current is injected in the structure shown in FIG.
The junction becomes reverse biased, and the lower part of the n-type region 8 becomes a region where forward current is blocked and is not injected. Therefore, if there is periodicity in the injected carriers, periodicity will occur in the gain,
As a result, a gain distribution type B-LD structure is obtained. It has been pointed out by Kogelnik et al. that the gain distribution type DFB-LD is different from the normal refractive index distribution type DFB-LD, and the oscillation threshold gain is minimized at the center frequency of the Bragg wavelength (References, H, Kogelnik and C,V
, 5hank, “Coupled-wavetheo
ry of distributed feedback
k1asers, J.
Appl、 Phys、、 vol、 43 、No、
5. pp、 2327−2325゜1972、 )。Appl, Phys,, vol. 43, No.
5. pp, 2327-2325°1972, ).
従って、第3図に示した半導体レーザは、原理的には発
振モードは単一モードとなるが、以下に示す理由によっ
て現実には発振させることが困難である。Therefore, although the semiconductor laser shown in FIG. 3 theoretically has a single oscillation mode, it is difficult to oscillate it in reality for the reasons described below.
第4図は活性層の、少数注入キャリア量に対する吸収係
数の変化を表わしたものである。曲線Aは第2図の構造
の活性層における変化、曲線Bは第3図の構造における
活性層での吸収係数の変化を表わしている。第3図の構
造では活性層の半分の領域、すなわちn型のブロック領
域8の下部に当る領域ではキャリアが注入されないため
、この部分は第4図における注入量がOの吸収係数とな
り、非常に大きな損失となる。その結果、曲線Bにしめ
すように、注入キャリア量を増加させても利得状態とな
らず、発振させることが困難であった。FIG. 4 shows the change in absorption coefficient of the active layer with respect to the amount of minority carriers injected. Curve A represents the change in the active layer of the structure of FIG. 2, and curve B represents the change of the absorption coefficient in the active layer of the structure of FIG. In the structure shown in FIG. 3, carriers are not injected into the half region of the active layer, that is, the region below the n-type block region 8, so the injection amount in FIG. It will be a big loss. As a result, as shown in curve B, even if the amount of injected carriers was increased, a gain state could not be achieved, making it difficult to cause oscillation.
1発明が解決しようとする課題1
上述したように、従来の屈折率分布型叶Bレーザは周期
構造の作製が難しく、外部からの反射光注入に対して発
振モード変動するという欠点をもち、利得分布型DFB
レーザでは発振させること自体が困難であった。1 Problems to be Solved by the Invention 1 As mentioned above, the conventional graded index B laser has the disadvantage that it is difficult to fabricate a periodic structure, the oscillation mode fluctuates in response to external reflected light injection, and the gain Distributed DFB
Laser oscillation itself is difficult.
本発明の目的は、単純な周期構造で単一モード発振を起
こさせ、反射光に対して強い半導体レーザ素子を提供す
ることにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that causes single mode oscillation with a simple periodic structure and is strong against reflected light.
[課題を解決するための手段1
このような目的を達成するために、本発明半導体レーザ
は、互いに異なる第1および第2の導電形領域の接合を
有する半導体レーザの光の伝搬方向に沿って周期的に配
された第2および第1の導電形領域の接合部を宵する半
導体レーザにおいて、活性層が量子井戸構造を有するこ
とを特徴とする。[Means for Solving the Problems 1] In order to achieve such an object, the semiconductor laser of the present invention has a semiconductor laser having a junction of first and second conductivity type regions different from each other along the propagation direction of light. A semiconductor laser having a junction of periodically arranged second and first conductivity type regions is characterized in that the active layer has a quantum well structure.
1作 用1
本発明に係る半導体レーザは活性層における順方向電流
の注入領域が周期性をもち、かつ活性層が量子井戸構造
を有するので、利得係数が高く、さらに、周期構造のブ
ラッグ波長を活性層の吸収端波長より長波長側に設定す
ることによって安定な単一モードの発振が可能である。1 Effect 1 In the semiconductor laser according to the present invention, the forward current injection region in the active layer has periodicity, and the active layer has a quantum well structure, so the gain coefficient is high, and the Bragg wavelength of the periodic structure is low. By setting the wavelength on the longer wavelength side than the absorption edge wavelength of the active layer, stable single mode oscillation is possible.
[実施例1 以下に実施例によって本発明を説明する。[Example 1 The present invention will be explained below by way of examples.
第1図は本発明の実施例の構造を説明する断面図である
。本実施例は、n型のInP基板1上に、n型InGa
AsP(んg=1.3 um)のバッファ層2゜InG
aAsPとInPとの積層構造からなり1.55μmに
吸収端波長を持つ量子井戸構造の活性層9およびp型!
nGaAsP(λg=1.3 μm)のクラッド層7を
順次設けた後、n型InP領域8をクラッド層7上に周
期的に形成し、さらにp型のInPクラッド層5および
p″″型InGaAsP/InP(バンドギャップ波長
λg=1.55μm)のキャップ層6を形成したもので
ある。FIG. 1 is a sectional view illustrating the structure of an embodiment of the present invention. In this example, n-type InGa is formed on an n-type InP substrate 1.
Buffer layer of AsP (ng=1.3 um) 2°InG
The active layer 9 has a quantum well structure consisting of a laminated structure of aAsP and InP and has an absorption edge wavelength of 1.55 μm, and a p-type!
After successively forming a cladding layer 7 of nGaAsP (λg=1.3 μm), n-type InP regions 8 are periodically formed on the cladding layer 7, and further p-type InP cladding layer 5 and p″″-type InGaAsP are formed. A cap layer 6 of /InP (band gap wavelength λg=1.55 μm) is formed.
第5図は活性層にキャリアを注入した場合と注入しない
場合の利得と吸収の波長特性を、活性層が量子井戸構造
の場合、および通常のバルク構造の場合について比較し
たものである。曲線E1およびF2はそれぞれ量子井戸
構造の活性層にキャリアを注入した場合および注入しな
い場合の特性を、曲線F1およびF2はそれぞれバルク
構造の活性層にキャリアを注入した場合および注入しな
い場合の特性を示す。曲線E1は、第1図に示した実施
例に順方向電流を流した場合の量子井戸活性層の、n型
領域8の下部以外の部分の特性に相当し、曲線E2はn
型領域8の下部の特性に相当する。同様に曲線F1は第
3図の従来例のバルク活性層のn型領域8の下部以外の
、曲線F2はn型領域8の下部の特性に相当する、今、
第1図に示した実施例の構造で順方向電流を流すと、第
3図について説明したように注入電流は周期性をもつ。FIG. 5 compares the gain and absorption wavelength characteristics when carriers are injected into the active layer and when carriers are not injected into the active layer, when the active layer has a quantum well structure, and when the active layer has a normal bulk structure. Curves E1 and F2 represent the characteristics when carriers are injected and not injected into the active layer of the quantum well structure, respectively, and curves F1 and F2 represent the characteristics when carriers are injected and not injected into the active layer of the bulk structure, respectively. show. The curve E1 corresponds to the characteristics of the portion of the quantum well active layer other than the lower part of the n-type region 8 when a forward current is applied to the embodiment shown in FIG.
This corresponds to the characteristics of the lower part of the mold region 8. Similarly, the curve F1 corresponds to the characteristics of the area other than the lower part of the n-type region 8 of the bulk active layer of the conventional example in FIG. 3, and the curve F2 corresponds to the characteristics of the lower part of the n-type region 8.
When a forward current is caused to flow in the structure of the embodiment shown in FIG. 1, the injected current has periodicity as explained with reference to FIG.
ところで、量子井戸構造の活性層にキャリアを注入した
場合の利得−波長特性は第5図の曲線E、で示すように
、バンド縮小効果がバルク構造の場合より顕著になり利
得のピーク波長が、キャリア注入がないときの吸収端波
長丸えより長波長側になる場合がある。一方、従来のバ
ルク構造の場合には曲線F、およびF2で示したように
、利得のピーク波長ではn型領域8の下部における吸収
係数が太き(なり、大きい損失を示すこととなる。これ
に対し、本実施例においては、曲線E1における利得の
ピーク波長での吸収(曲線E2に示される)は小さい。By the way, the gain-wavelength characteristic when carriers are injected into the active layer of a quantum well structure is as shown by curve E in FIG. The wavelength may be longer than the absorption edge wavelength rounding when there is no carrier injection. On the other hand, in the case of the conventional bulk structure, as shown by curves F and F2, at the peak wavelength of gain, the absorption coefficient in the lower part of the n-type region 8 becomes thick (and thus shows a large loss). On the other hand, in this example, the absorption at the peak wavelength of the gain in the curve E1 (shown in the curve E2) is small.
従って、もし周期構造のブラッグ波長を吸収端波長λ1
より長波長に設定しておけば、発振波長はこのブラッグ
波長で一義的に決定される。しかもこの波長では吸収損
失は非常に小さ(、はとんど無視できる。Therefore, if the Bragg wavelength of the periodic structure is the absorption edge wavelength λ1
If a longer wavelength is set, the oscillation wavelength is uniquely determined by this Bragg wavelength. Furthermore, at this wavelength, absorption loss is extremely small (and can be ignored).
従来例との比較のため、本発明実施例における注入キャ
リアに対する吸収係数の変化を曲線Cとして第4図中に
示す。本実施例ではキャリア注入量Ncで発振閾値利得
に達するため発振が可能となり、曲線Bで示される従来
例との差が顕著である。しかも活性層が量子井戸構造と
なっているため利得係数自体が大きくなり、曲線Aで示
したバルク構造で利得に周期性がない従来例の発振閾値
電流NAとくらべても発振閾値電流には大差がない。For comparison with the conventional example, the change in absorption coefficient for injected carriers in the example of the present invention is shown as a curve C in FIG. 4. In this example, the oscillation threshold gain is reached at the carrier injection amount Nc, so oscillation is possible, and the difference from the conventional example shown by curve B is remarkable. Moreover, since the active layer has a quantum well structure, the gain coefficient itself becomes large, and there is a large difference in the oscillation threshold current compared to the oscillation threshold current NA of the conventional example shown in curve A, which has a bulk structure and has no periodicity in gain. There is no.
なお、以上ではn型基板を用いた例について説明したが
、p型基板を用い、第1図の実施例と全(逆の導電形の
構造としても、その特性は全く同様である。さらにIn
P、 InGaAsP以外の化合物半導体を用いたレー
ザに本発明を適用できることも明らかである。Although an example using an n-type substrate has been described above, the characteristics are exactly the same even if a p-type substrate is used and the structure is of the opposite conductivity type to the embodiment shown in FIG.
It is also clear that the present invention can be applied to lasers using compound semiconductors other than P and InGaAsP.
[発明の効果]
以上説明したように、本発明のDFB−LDは非注入領
域で損失が小さいため、(1)単一モードで容易に発振
する。(2)発振閾値電流が小さい、(3)周期構造が
単純で製造が容易である。(4)外部からの擾乱光に対
して強い、 (5) 2次元状に容易に集積化できる。[Effects of the Invention] As explained above, since the DFB-LD of the present invention has small loss in the non-injected region, (1) it easily oscillates in a single mode. (2) The oscillation threshold current is small. (3) The periodic structure is simple and manufacturing is easy. (4) Strong against external disturbance light; (5) Can be easily integrated in two-dimensional form.
という効果がある。There is an effect.
第1図は本発明素子の実施例の構造を示す断面図、
第2図および第3図は従来のDFB−LDの構造を示す
断面図、
第4図は活性層の少数注入キャリア量に対する吸収係数
の変化を表わす特性図、
第5図は利得と損失の波長特性を表わす特性図である。
1・・・n型基板、
2・・・n型バッファ層、
3・・・活性層、
4・・・周期構造をもったp型ガイド層、5・・・p型
クラッド層、
6・・・pゝ型キャップ層、
7・・・p型クラッド層、
8・・・n型周期的ブロック領域、
9・・・量子井戸構造を持った活性層。
本発明ス免例0橘1凛も竹面匡
第1図
第3図
イ芝来のDFB−LD/)4鳥j1すホす鱈洒Hハ第2
図
第4図FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an embodiment of the device of the present invention, FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views showing the structure of a conventional DFB-LD, and FIG. 4 is absorption of the amount of minority carriers injected into the active layer. FIG. 5 is a characteristic diagram showing changes in coefficients. FIG. 5 is a characteristic diagram showing wavelength characteristics of gain and loss. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... N-type substrate, 2... N-type buffer layer, 3... Active layer, 4... P-type guide layer with periodic structure, 5... P-type cladding layer, 6...・p type cap layer, 7... p type cladding layer, 8... n type periodic block region, 9... active layer having quantum well structure. This invention is exempt 0 Tachibana 1 Rin also Takemen Tadashi Figure 3
Figure 4
Claims (1)
有する半導体レーザの光の伝搬方向に沿って周期的に配
された第2および第1の導電形領域の接合部を有する半
導体レーザにおいて、活性層が量子井戸構造を有するこ
とを特徴とする半導体レーザ。 2)前記第2および第1の導電形領域の接合部の周期の
ブラッグ波長が、前記活性層の吸収端より長波長である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。[Claims] 1) Junctions of second and first conductivity type regions periodically arranged along the propagation direction of light of a semiconductor laser having junctions of mutually different first and second conductivity type regions 1. A semiconductor laser having a quantum well structure in which an active layer has a quantum well structure. 2) The semiconductor laser according to claim 1, wherein the Bragg wavelength of the period of the junction between the second and first conductivity type regions is longer than the absorption edge of the active layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2944290A JPH03235390A (en) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2944290A JPH03235390A (en) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | Semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03235390A true JPH03235390A (en) | 1991-10-21 |
Family
ID=12276242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2944290A Pending JPH03235390A (en) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03235390A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001065649A1 (en) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
-
1990
- 1990-02-13 JP JP2944290A patent/JPH03235390A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001065649A1 (en) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
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