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JPH11274638A - Grating coupled surface emitting laser - Google Patents

Grating coupled surface emitting laser

Info

Publication number
JPH11274638A
JPH11274638A JP7388098A JP7388098A JPH11274638A JP H11274638 A JPH11274638 A JP H11274638A JP 7388098 A JP7388098 A JP 7388098A JP 7388098 A JP7388098 A JP 7388098A JP H11274638 A JPH11274638 A JP H11274638A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
grating
emitting laser
surface emitting
waveguide region
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.)
Pending
Application number
JP7388098A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Ohashi
真 大橋
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP7388098A priority Critical patent/JPH11274638A/en
Publication of JPH11274638A publication Critical patent/JPH11274638A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折格子による光取り出し効率を大きくする
ことができ、高出力化及び低しきい値化をはかる。 【解決手段】 活性層314をクラッド層313,31
7で挟んだダブルへテロ構造の内部に回折格子316を
有する導波路層315をストライプ状に設け、導波路領
域に対して垂直な方向に光を取り出すグレーティング結
合型面発光半導体レーザにおいて、ダブルへテロ構造の
上下にDBR反射層312,318を設けて回折格子か
ら放射された光を増幅すると共に、下部DBRの厚さを
ストライプ方向で可変し、DBR312,318で形成
される垂直共振器中の共振器長に位置依存性を持たせ
た。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To increase light extraction efficiency by a diffraction grating, and to achieve higher output and lower threshold. SOLUTION: An active layer 314 is formed by cladding layers 313, 31.
A waveguide layer 315 having a diffraction grating 316 is provided in the form of a stripe inside a double hetero structure sandwiched between the layers 7, and a light is emitted in a direction perpendicular to the waveguide region. DBR reflection layers 312 and 318 are provided above and below the terrorist structure to amplify the light emitted from the diffraction grating, and the thickness of the lower DBR is varied in the stripe direction. The resonator length has a position dependency.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光レーザに係
わり、特に2次以上の回折格子によって、共振器方向と
垂直な方向に出力光を取り出すグレーティング結合型面
発光レーザに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a surface emitting laser, and more particularly to a grating-coupled surface emitting laser that extracts output light in a direction perpendicular to the direction of a resonator by using a second or higher order diffraction grating.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光加入者系システムの実現を目指
し、光送受信端末装置の低コスト化の研究が盛んに展開
されている。光送受信端末装置の低コスト化を実現する
には、送信光源となる半導体レーザと光ファイバとをレ
ンズを用いずに直接光結合させることにより、部品点数
の削減をはかる必要がある。しかしながら、従来の導波
型半導体レーザと光ファイバでは、そのスポットサイズ
が大きく異なるために、結合効率が極めて低い。スポッ
トサイズ変換導波路を集積化した半導体レーザでは、高
い光結合効率が得られるものの、半導体レーザと光ファ
イバとの位置合わせに対するマージンは不十分である。
2. Description of the Related Art In recent years, with the aim of realizing an optical subscriber system, research on reducing the cost of an optical transmission / reception terminal device has been actively pursued. In order to reduce the cost of the optical transmission / reception terminal device, it is necessary to reduce the number of components by directly optically coupling a semiconductor laser serving as a transmission light source and an optical fiber without using a lens. However, the coupling efficiency is extremely low between the conventional waveguide semiconductor laser and the optical fiber because the spot size is greatly different. In a semiconductor laser in which a spot size conversion waveguide is integrated, high optical coupling efficiency can be obtained, but a margin for alignment between the semiconductor laser and the optical fiber is insufficient.

【0003】一方、伝送情報量の大容量化に伴い情報処
理用の各種光デバイスの開発も盛んである。中でも、並
列処理を容易にするため、面発光型の光素子が注目され
ている。特に、短波長帯では、サブミリアンペアの発振
しきい値を有する高性能な面発光レーザも開発されてい
る。この種の面発光素子は、ビーム放射角が比較的小さ
いため光結合が容易であるという特徴をも有している。
On the other hand, with the increase in the amount of transmitted information, various optical devices for information processing have been actively developed. Above all, attention has been paid to a surface-emitting type optical element in order to facilitate parallel processing. In particular, a high performance surface emitting laser having a sub-milliamp oscillation threshold has been developed in the short wavelength band. This type of surface light emitting element also has a feature that optical coupling is easy because the beam radiation angle is relatively small.

【0004】しかしながら、光通信で有用な長波長帯に
おいては、屈折率差の大きい材料系がないため高反射率
のミラーが形成できなかったり、材料に固有な非発光成
分が多いなどの材料的な制約から、良好な面発光レーザ
の報告はない。そのため、光通信や光インターコネクシ
ョン用に用いられている端面発光型レーザのように優れ
た特性を持つ面発光レーザの登場が望まれている。
However, in a long wavelength band useful for optical communication, there is no material system having a large difference in refractive index, so that a mirror having a high reflectivity cannot be formed, or there is a large amount of non-light-emitting components inherent to the material. Due to the limitations, there is no report of a good surface emitting laser. Therefore, the emergence of a surface emitting laser having excellent characteristics such as an edge emitting laser used for optical communication and optical interconnection is desired.

【0005】グレーティング結合型面発光レーザの検討
もなされているが、このレーザにおいては、出射する放
射モード光が導波路方向に対し2つのピークを持つとい
う問題がある。これを改善するために、複数の位相シフ
ト構造を導波路に作り付けることが提案されている。し
かし、この場合の放射モード光の発光パターンは、電極
ストライプの形状から矩形状であり、ファイバの固有モ
ードであるガウス分布とはかけ離れているため、極めて
結合効率が悪く、また軸ずれに対するトレランスも小さ
かった。
Although a grating-coupled surface emitting laser has been studied, this laser has a problem that the emitted radiation mode light has two peaks in the waveguide direction. In order to improve this, it has been proposed to incorporate a plurality of phase shift structures into the waveguide. However, in this case, the emission pattern of the radiation mode light has a rectangular shape from the shape of the electrode stripe, and is far from the Gaussian distribution, which is the eigenmode of the fiber. It was small.

【0006】また、これを改善するために、回折格子の
周期よりも長い領域にわたって位相を徐々にシフトさせ
る概略対称分布の位相シフト構造により、放射モードの
導波路方向の発光出力パターンをガウス分布に近付ける
工夫も考案されている。しかし、グレーティング結合型
面発光レーザでは、前記した発光出力パターンの問題に
加え、回折格子による放射モードの取り出しが損失にも
なっているため、回折格子による取り出し効果を高めら
れないという問題を抱えている。
In order to improve this, the light emission output pattern of the radiation mode in the waveguide direction is changed to a Gaussian distribution by a phase shift structure of a substantially symmetric distribution in which the phase is gradually shifted over a region longer than the period of the diffraction grating. A device to bring it closer has been devised. However, in the grating-coupled surface emitting laser, in addition to the problem of the emission output pattern described above, since the extraction of the radiation mode by the diffraction grating is also a loss, there is a problem that the extraction effect by the diffraction grating cannot be enhanced. I have.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、光加
入者系システムの光送受信端末装置の送信光源として面
発光レーザが検討されているが、この種の面発光レーザ
では、ビーム径を大きくすることはできるが長波長帯で
は発振しきい値が高くなり、光出力が弱くなる問題があ
った。また、グレーティング結合型面発光レーザでは、
回折による取り出し効率を大きくできないことに加え、
放射された光が導波路領域による層構造で反射低減した
り、放射された2つの光が干渉して弱め合ったりするた
め、高出力化や低しきい値化を達成できない問題があっ
た。
As described above, conventionally, a surface emitting laser has been studied as a transmission light source of an optical transmission / reception terminal device of an optical subscriber system, but this type of surface emitting laser has a large beam diameter. However, there is a problem that the oscillation threshold becomes high in a long wavelength band and the optical output becomes weak. In a grating-coupled surface emitting laser,
In addition to being unable to increase the extraction efficiency by diffraction,
Since the emitted light is reduced in reflection by the layered structure of the waveguide region, or the two emitted lights interfere with each other and are weakened, there has been a problem that a high output and a low threshold cannot be achieved.

【0008】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、回折格子による光取
り出し効率を大きくすることができ、高出力化及び低し
きい値化をはかり得るグレーティング型面発光レーザを
提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to increase the light extraction efficiency by a diffraction grating and to achieve a higher output and a lower threshold. It is to provide a grating type surface emitting laser which can be measured.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。
即ち本発明は、導波路領域の少なくとも一部に導波光に
対して2次以上の次数の回折格子を有し、導波路領域に
対して垂直な方向に光を取り出すグレーティング結合型
面発光レーザにおいて、前記導波路領域の上下に反射鏡
を設け、前記回折格子から放射された光を増幅してなる
ことを特徴とする。
(Structure) In order to solve the above-mentioned problem, the present invention employs the following structure.
That is, the present invention relates to a grating-coupled surface emitting laser having a diffraction grating of a second or higher order with respect to guided light in at least a part of a waveguide region and extracting light in a direction perpendicular to the waveguide region. And reflecting mirrors provided above and below the waveguide region to amplify the light emitted from the diffraction grating.

【0010】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 反射鏡の少なくとも一方に、波長依存性又は反射位
相の位置依存性を持たせたこと。 (2) 反射鏡の少なくとも一方に、該反射鏡によって構成
される共振器中の共振器長に位置依存性を持たせたこ
と、 (3) 導波路領域は、活性層をクラッド層で挟んだダブル
へテロ構造の内部にストライプ状に設けられ、反射鏡は
該ダブルへテロ構造の外側の上下にDBR(分布ブラッ
グ反射)層として設けられていること。 (4) (3) において、反射層の少なくとも一方は、導波路
領域のストライプ方向に対して厚さが異なるように形成
され、光を取り出すべきストライプ中心部で厚さが発振
波長λに対してλ/4n(n:反射層の実効屈折率)に
設定されていること。 (5) (3) において、クラツド層の少なくとも一方は、導
波路領域のストライプ方向に対して厚さが異なるように
形成され、光を取り出すべきストライプ中心部で反射層
間の共振器長が発振波長の共振条件を満たすようになっ
ていること。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) At least one of the reflecting mirrors has a wavelength dependency or a reflection phase position dependency. (2) At least one of the reflecting mirrors has a position dependence on the resonator length in the resonator constituted by the reflecting mirror. (3) The waveguide region has an active layer sandwiched between cladding layers. It is provided in the form of a stripe inside the double hetero structure, and the reflecting mirrors are provided as DBR (distributed Bragg reflection) layers above and below the outside of the double hetero structure. (4) In (3), at least one of the reflection layers is formed so as to have a different thickness in the stripe direction of the waveguide region. λ / 4n (n: effective refractive index of the reflective layer). (5) In (3), at least one of the cladding layers is formed so as to have a different thickness in the stripe direction of the waveguide region. Satisfies the resonance condition of

【0011】(6) 導波路領域は、活性層をクラッド層で
挟んだダブルへテロ構造の内部にストライプ状に設けら
れ、反射鏡の少なくとも一方は、ダブルへテロ構造を含
むレーザ素子本体の外部に設けられていること。 (7) (6) において、レーザ素子本体の外部に設けられた
反射鏡は、導波路領域のストライプ方向に対して傾けて
配置され、光を取り出すべきストライプ中心部で反射鏡
間の共振器長が発振波長の共振条件を満たすようになっ
ていること。
(6) The waveguide region is provided in the form of a stripe inside a double hetero structure in which an active layer is sandwiched between cladding layers, and at least one of the reflecting mirrors is provided outside the laser device body including the double hetero structure. It is provided in. (7) In (6), the reflector provided outside the laser element body is arranged at an angle to the stripe direction of the waveguide region, and the resonator length between the reflectors at the center of the stripe from which light is to be extracted. Satisfies the resonance condition of the oscillation wavelength.

【0012】(8) (3)〜(5) において、ダブルへテロ構
造を含むレーザ素子本体の上面及び下面には電極が設け
られ、光を取り出す側の電極には円形の開口が設けられ
ていること。
(8) In (3) to (5), electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the laser element body including the double heterostructure, and a circular opening is provided on the electrode on the light extraction side. That you are.

【0013】(作用)本発明によれば、回折格子によっ
て回折され導波路領域に対して垂直方向に進む光を、導
波路領域の上下に設けた反射鏡で発光領域(活性層)に
一旦帰還させることができる。これにより、光をさらに
増大させたり、レーザのQ値そのものを高めることがで
き、低しきい値化と高出力化を達成することが可能とな
る。
According to the present invention, the light diffracted by the diffraction grating and traveling in the direction perpendicular to the waveguide region is once returned to the light emitting region (active layer) by the reflectors provided above and below the waveguide region. Can be done. As a result, the light can be further increased, and the Q value of the laser itself can be increased, so that a lower threshold and higher output can be achieved.

【0014】また、反射鏡の少なくとも一方に波長依存
性又は反射位相の位置依存性を持たせるか、或いは反射
鏡によって構成される共振器中の共振器長に位置依存性
を持たせることにより、放射光の形状を整形・制御する
ことができる。従って、ビーム形状の制御が可能とな
り、例えば発光出力パターンをガウス分布に近付けるこ
とにより、光ファイバ等に効率良く光を結合させること
が可能となる。
[0014] Further, by giving at least one of the reflecting mirrors a wavelength dependency or a position dependency of a reflection phase, or by giving a resonator length in a resonator constituted by the reflecting mirror a position dependency. The shape of the emitted light can be shaped and controlled. Therefore, it is possible to control the beam shape. For example, by making the light emission output pattern close to a Gaussian distribution, it is possible to efficiently couple light to an optical fiber or the like.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係わるグレーティング結合型面発光半導体レーザの概略
構造を示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a grating-coupled surface emitting semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

【0016】図中111はn型InP基板であり、この
基板111上に、n型InGaAsP/InPの反射層
(DBR)112、厚さ1.0μmのn型InPクラッ
ド層113、厚さ0.1μmのInGaAsP活性層
(1.55μm組成)114、及び厚さ0.1μmのI
nGaAsP導波路層115が上記順に成長形成されて
おり、導波路層115には周期480nmの2次の回折
格子116が形成されている。また、導波路層115は
その一部をエッチングしてストライプ状に形成されてい
る。
In the figure, reference numeral 111 denotes an n-type InP substrate. On this substrate 111, an n-type InGaAsP / InP reflective layer (DBR) 112, an n-type InP cladding layer 113 having a thickness of 1.0 μm, and a 0.1. 1 μm InGaAsP active layer 114 (1.55 μm composition) 114 and 0.1 μm thick I
An nGaAsP waveguide layer 115 is grown and formed in the above order, and a second-order diffraction grating 116 having a period of 480 nm is formed on the waveguide layer 115. Further, the waveguide layer 115 is formed in a stripe shape by etching a part thereof.

【0017】導波路層115及び露出した活性層114
上には、p型InPクラッド層117及びp型InGa
AsP/InPの反射層(DBR)118、さらにp+
型InGaAsPコンタクト層119が上記順に成長形
成されている。そして、コンタクト層119上に一部開
口を有するp側電極120が形成され、基板111の裏
面には、n側電極121が形成されている。また、基板
111の裏面は、基板側に放射された光が電極121に
よって反射され戻り光になるのを防ぐため、曇りガラス
状の加工122が施されている。なお、p側電極120
に形成する開口は、光を取り出すためのもので、必要と
する出力光パターンに応じて決めればよく、例えば円形
にすればよい。
Waveguide layer 115 and exposed active layer 114
On top, the p-type InP cladding layer 117 and the p-type InGa
AsP / InP reflective layer (DBR) 118, and further p +
A type InGaAsP contact layer 119 is grown and formed in the above order. A p-side electrode 120 having a partial opening is formed on the contact layer 119, and an n-side electrode 121 is formed on the back surface of the substrate 111. Further, the rear surface of the substrate 111 is provided with a frosted glass-like process 122 in order to prevent light emitted to the substrate side from being reflected by the electrode 121 and becoming return light. The p-side electrode 120
The opening formed in the hole is for extracting light, and may be determined according to a required output light pattern, and may be, for example, circular.

【0018】2つのDBR112及び118によって形
成される垂直方向の共振器は回折格子116によって垂
直方向に取り出される光の波長に対して共振条件を満た
すようにクラッド層厚が調整されている。また、光を取
り出す側のDBR118の反射率をもう一方のDBR1
12の反射率より小さくしておけば、取り出し効率の向
上も期待できる。さらに、図1の構成に加え、回折格子
116の周期を部分的に変えたり、位相シフト部を設け
て部分的に位相を調整することにより、発光出力パター
ンをよりガウス分布に近づけることができる。
The thickness of the cladding layer of the vertical resonator formed by the two DBRs 112 and 118 is adjusted so as to satisfy the resonance condition with respect to the wavelength of light vertically extracted by the diffraction grating 116. Further, the reflectance of the DBR 118 on the light extraction side is changed to the other DBR 1
If the reflectance is smaller than 12, the improvement of the extraction efficiency can be expected. Further, in addition to the configuration of FIG. 1, by partially changing the period of the diffraction grating 116 or partially adjusting the phase by providing a phase shift unit, the light emission output pattern can be made closer to a Gaussian distribution.

【0019】このように本実施形態によれば、導波路領
域を含むダブルへテロ構造の上下にDBR113,11
8を挿入することにより、回折格子116からの回折放
射光を活性層114に一旦帰還させ、増幅させることに
より、光出力を増大せしめると共に、レーザのQ値を高
めことができ、更には発振しきい値を低減することも可
能になる。
As described above, according to the present embodiment, the DBRs 113 and 11 are disposed above and below the double hetero structure including the waveguide region.
8, the diffracted radiated light from the diffraction grating 116 is once fed back to the active layer 114 and amplified, so that the optical output can be increased and the Q value of the laser can be increased. The threshold can also be reduced.

【0020】(第2の実施形態)図2は、本発明の第2
の実施形態に係わるグレーティング結合型面発光半導体
レーザの概略構成を示す断面図である。なお、図2中の
211〜221は図1の111〜121に相当してい
る。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a grating-coupled surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment. Note that 211 to 221 in FIG. 2 correspond to 111 to 121 in FIG.

【0021】本実施形態も第1の実施形態と同様に反射
鏡を有するグレーティング結合型面発光半導体レーザで
あり、第1の実施形態と異なる点は、DBR118の代
わりに外部ミラー224を用いていることである。即
ち、p側電極220の開口部の上方に外部ミラー224
が配置されている。この外部ミラー224は、例えばガ
ラス基板の表面に誘電体多層膜を積層、又はメタル(例
えば金)を蒸着することにより形成されている。また、
p側電極220に形成された開口には出射光を効率良く
取り出すための、AR(Anti-reflection )コート22
5が形成されている。
This embodiment is also a grating-coupling type surface emitting semiconductor laser having a reflector similarly to the first embodiment, and is different from the first embodiment in that an external mirror 224 is used instead of the DBR 118. That is. That is, the external mirror 224 is located above the opening of the p-side electrode 220.
Is arranged. The external mirror 224 is formed, for example, by laminating a dielectric multilayer film on the surface of a glass substrate or by vapor-depositing metal (for example, gold). Also,
An AR (Anti-reflection) coat 22 for efficiently extracting outgoing light is provided in an opening formed in the p-side electrode 220.
5 are formed.

【0022】このような構成であれば、DBR212と
外部ミラー224との間に共振器が形成され、回折放射
光を一旦活性層214に帰還させて増幅させることがで
きるので、先の第1の実施形態と同様の効果が得られ
る。
With such a configuration, a resonator is formed between the DBR 212 and the external mirror 224, and the diffracted radiation can be once fed back to the active layer 214 and amplified. The same effects as in the embodiment can be obtained.

【0023】(第3の実施形態)図3は、本発明の第3
の実施形態に係わるグレーティング結合型面発光半導体
レーザの概略構造を示す断面図である。なお、図3中の
311〜321は図1の111〜121に相当してい
る。
(Third Embodiment) FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a grating-coupled surface emitting semiconductor laser according to the embodiment. Note that 311 to 321 in FIG. 3 correspond to 111 to 121 in FIG.

【0024】本実施形態が先に説明した第1の実施形態
と異なる点は、下部DBR312が楔型になっており、
反射率の波長依存性を有していることである。即ち、下
部DBR312は、導波路層315のストライプ方向に
沿って左側が薄く右側が厚く形成されており、中央部
(p側電極320の開口中心)の厚さは、発振波長λに
対してλ/4n(n:DBR312の実効屈折率)とな
っている。つまり、下部DBR312は、発振波長λに
対して光取り出し部分の反射が最も大きくなるように設
定されている。
This embodiment is different from the first embodiment described above in that the lower DBR 312 has a wedge shape,
That is, the reflectance has a wavelength dependency. That is, the lower DBR 312 is formed such that the left side is thinner and the right side is thicker along the stripe direction of the waveguide layer 315, and the thickness of the central portion (the center of the opening of the p-side electrode 320) is λ with respect to the oscillation wavelength λ. / 4n (n: effective refractive index of the DBR 312). That is, the lower DBR 312 is set so that the reflection at the light extraction portion becomes the largest with respect to the oscillation wavelength λ.

【0025】このような構成であれば、DBR312,
318によって回折放射光を活性層314に帰還させて
増幅させることができることに加え、DBR312,3
18によって形成される垂直方向の共振器の中で、共振
条件を満たす部分からのみ光を取り出すことができ、放
射光の形状制御が可能となる。具体的には、ガウス分布
に近い発光出力パターンを得ることができ、光ファイバ
との結合効率の向上をはかることが可能となる。
With such a configuration, the DBR 312,
318 allows the diffracted radiation to be fed back to the active layer 314 and amplified, and furthermore, the DBRs 312 and 3
Light can be extracted only from a portion satisfying the resonance conditions in the vertical resonator formed by 18, and the shape of the emitted light can be controlled. Specifically, a light emission output pattern close to a Gaussian distribution can be obtained, and the coupling efficiency with an optical fiber can be improved.

【0026】なお、下部DBR312の厚さを導波路層
315のストライプ方向で変える代わりに、上部DBR
318の厚さを変えることによっても、同様の効果が得
られる。さらに、DBR312,318の両方の厚さを
変えるようにしてもよい。
Note that instead of changing the thickness of the lower DBR 312 in the stripe direction of the waveguide layer 315, the upper DBR
The same effect can be obtained by changing the thickness of 318. Further, both thicknesses of the DBRs 312 and 318 may be changed.

【0027】(第4の実施形態)図4は、本発明の第4
の実施形態に係わるグレーティング結合型面発光半導体
レーザの概略構造を示す断面図である。なお、図4中の
411〜421は図1の111〜121に相当してい
る。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a grating-coupled surface emitting semiconductor laser according to the embodiment. Note that 411 to 421 in FIG. 4 correspond to 111 to 121 in FIG.

【0028】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、下部クラッド層413の厚さを導波路415のスト
ライプ方向に沿って可変し、DBR412,418から
なる垂直方向の共振器長に位置依存性を持たせたことに
ある。即ち、下部クラッド層413は、導波路層415
のストライプ方向に沿って左側が薄く右側が厚く形成さ
れている。そして、DBR412,418間の距離が、
中央部(電極420の開口中心)で最適な共振器長とな
っている。
This embodiment is different from the first embodiment in that the thickness of the lower cladding layer 413 is varied along the stripe direction of the waveguide 415, and the thickness of the lower cladding layer 413 is determined by the vertical cavity length composed of the DBRs 412 and 418. It has dependencies. That is, the lower cladding layer 413 is
Along the stripe direction, the left side is thinner and the right side is thicker. And the distance between DBR412 and 418 is
The optimum resonator length is at the center (the center of the opening of the electrode 420).

【0029】このような構成であれば、DBR412,
418によって形成される垂直方向の共振器の中で、共
振条件を満たす部分からのみ光を取り出すことができ、
放射光の制御が可能となる。即ち、中央部で最適な共振
器長であることから、中心部で光強度が大きくなるガウ
ス分布に近づくことになる。従って、第3の実施形態と
同様の効果が得られる。
With such a configuration, the DBR 412,
Light can be extracted only from the portion of the vertical resonator formed by 418 that satisfies the resonance condition,
Control of the emitted light becomes possible. That is, since the central portion has the optimum resonator length, it approaches a Gaussian distribution where the light intensity increases at the central portion. Therefore, the same effect as in the third embodiment can be obtained.

【0030】なお、下部クラッド層413の厚さを導波
路層415のストライプ方向で変える代わりに、上部ク
ラッド層417の厚さを変えることによっても、同様の
効果が得られる。さらに、クラッド層413,415の
両方の厚さを変えるようにしてもよい。
The same effect can be obtained by changing the thickness of the upper cladding layer 417 instead of changing the thickness of the lower cladding layer 413 in the stripe direction of the waveguide layer 415. Further, both thicknesses of the cladding layers 413 and 415 may be changed.

【0031】(第5の実施形態)図5は、本発明の第5
の実施形態に係わるグレーティング結合型面発光半導体
レーザの概略構造を示す断面図である。なお、図5中の
511〜521は図1の111〜121に相当してい
る。
(Fifth Embodiment) FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a grating-coupled surface emitting semiconductor laser according to the embodiment. Note that 511 to 521 in FIG. 5 correspond to 111 to 121 in FIG.

【0032】本実施形態が第2の実施形態と異なる点
は、外部ミラー524を傾け、この外部ミラーとDBR
512によって形成される共振器の共振条件が軸方向に
よって変わる点にある。
This embodiment is different from the second embodiment in that the external mirror 524 is tilted,
The point is that the resonance condition of the resonator formed by 512 changes depending on the axial direction.

【0033】このような構成であれば、DBR512と
外部ミラー524によって形成される垂直方向の共振器
の中で、共振条件を満たす部分からのみ光を取り出すこ
とができる。従って、放射光の形状制御が可能となり、
第4の実施形態と同様の効果が得られる。
With such a configuration, light can be extracted only from the portion satisfying the resonance condition in the vertical resonator formed by the DBR 512 and the external mirror 524. Therefore, it becomes possible to control the shape of the emitted light,
The same effects as in the fourth embodiment can be obtained.

【0034】なお、外部ミラー524を傾ける代わり
に、下部クラッド層513の厚さを変えて下部DBR5
12を傾けるようにしてもよい。さらに、外部ミラー5
24及び下部DBR512の両方を傾けるようにしても
よい。
Instead of tilting the external mirror 524, the thickness of the lower cladding layer 513 is changed so that the lower DBR 5
12 may be inclined. In addition, external mirror 5
24 and the lower DBR 512 may be tilted.

【0035】(第6の実施形態)図6は、本発明の第6
の実施形態に係わるグレーティング結合型面発光色素レ
ーザの概略構成を示す図である。
(Sixth Embodiment) FIG. 6 shows a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a grating-coupled surface emitting dye laser according to the embodiment.

【0036】図中の1は有機色素Na−フルオレッセン
を溶媒のエタノールに溶かしたものを保持しておく色素
セルである。この色素セル1は、アルゴンイオンレーザ
2によって励起される。レーザ2からの励起光3は、ハ
ーフミラー4によって2つの光束5,6に分割され、そ
れぞれの光束5,6は全反射ミラー7,8によって適当
な入射角θで色素セル1の上面に入射される。
In the figure, reference numeral 1 denotes a dye cell for holding an organic dye Na-fluorescein dissolved in ethanol as a solvent. The dye cell 1 is excited by an argon ion laser 2. The excitation light 3 from the laser 2 is split into two light beams 5, 6 by a half mirror 4, and the respective light beams 5, 6 are incident on the upper surface of the dye cell 1 at an appropriate incident angle θ by total reflection mirrors 7, 8. Is done.

【0037】色素セル1の上面に入射した2つの光束
5,6は互いに干渉しあい、色素セル面上に入射角θと
励起波長によって規定される光の縞模様を作り出す。従
って、有機色素は縞状に励起され、レーザ共振器ミラー
を備えていなくても、この縞状の励起が複素屈折率(利
得)の回折格子を形成するため、この回折格子による分
布帰還型のレーザ発振を可能にする。発振波長は、回折
格子の周期によって決まり、これは、上記入射角θで調
整することが可能である。この色素セル1の場合には5
30〜560nmの緑色のレーザ光を得ることができ
る。
The two light beams 5 and 6 incident on the upper surface of the dye cell 1 interfere with each other, and form a light stripe pattern defined by the incident angle θ and the excitation wavelength on the dye cell surface. Therefore, the organic dye is excited in a striped manner, and even if the organic dye is not provided with a laser resonator mirror, the striped excitation forms a diffraction grating having a complex refractive index (gain). Enables laser oscillation. The oscillation wavelength is determined by the period of the diffraction grating, which can be adjusted by the incident angle θ. In the case of this dye cell 1, 5
Green laser light of 30 to 560 nm can be obtained.

【0038】このような色素セル1において、上記回折
格子を発振波長に対して2次の回折格子を形成するよう
に入射角θを調節することが可能であり、この場合に
は、セル1の軸方向(回折格子の軸方向)に対して垂直
方向にレーザ光を取り出すことができる。このとき、上
記色素セル1を挟むように、反射鏡9,10を配置する
ことにより、垂直方向に取り出されたレーザ光を一旦、
セル1に帰還させることができる。
In such a dye cell 1, the incident angle θ can be adjusted so that the diffraction grating forms a secondary diffraction grating with respect to the oscillation wavelength. Laser light can be extracted in a direction perpendicular to the axial direction (axial direction of the diffraction grating). At this time, by arranging the reflecting mirrors 9 and 10 so as to sandwich the dye cell 1, the laser light extracted in the vertical direction is once applied.
It can be returned to the cell 1.

【0039】従って、先の第1の実施形態と同様に、垂
直方向の光を増幅させて光出力を増大せしめることがで
き、第1の実施形態と同様の効果が得られる。また、第
2〜第5の実施形態で説明したのと同様にして、水平方
向において反射鏡9,10間の距離(共振器長)や反射
鏡9,10の厚さを変えることにより、発光出力パター
ンを制御することも可能である。
Therefore, similarly to the first embodiment, the light in the vertical direction can be amplified to increase the light output, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the same manner as described in the second to fifth embodiments, the light emission is achieved by changing the distance (resonator length) between the reflecting mirrors 9 and 10 and the thickness of the reflecting mirrors 9 and 10 in the horizontal direction. It is also possible to control the output pattern.

【0040】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では材料系としてInP
系を用いたが、この代わりに、例えばGaAs系やIn
GaAlP系、GaN系、その他の光学材料を用いても
よい。更に、回折領域と発光領域はそれぞれ異なる領域
であってもよい。また、実施形態では、表面側(基板と
反対側)に光を取り出す構造を例にしたが、素子の上下
を反転し、基板側から光を取り出す構造であってもよ
い。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, InP is used as a material system.
Although a system was used, instead of this, for example, GaAs or In
GaAlP-based, GaN-based, and other optical materials may be used. Further, the diffraction area and the light emitting area may be different areas. Further, in the embodiment, the structure in which light is extracted to the surface side (the side opposite to the substrate) is described as an example. However, a structure in which light is extracted from the substrate side by turning the element upside down may be used.

【0041】また、第6の本実施形態では、有機色素と
してNa−フルオレッセン、励起光源としてアルゴンイ
オンレーザを用いたが、この代わりに、他の組み合わせ
を用いてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
In the sixth embodiment, Na-fluorescein is used as the organic dye, and an argon ion laser is used as the excitation light source. However, other combinations may be used. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、光
出力の向上、更にはしきい値の低減を実現することがで
きる。その結果、光加入者系で用いる光ネットワーク装
置や光情報処理システムでキーデバイスとなる、光ファ
イバとのアライメントトレランスが大きなグレーティン
グ結合型面発光レーザの高出力化、低しきい値化といっ
た性能向上を簡便に実現するものであり、その有用性は
絶大である。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to improve the light output and further reduce the threshold. As a result, performance enhancements such as higher output and lower threshold of grating-coupled surface-emitting lasers, which are key devices in optical network equipment and optical information processing systems used in optical subscriber systems, and have a large alignment tolerance with optical fibers Is easily realized, and its usefulness is enormous.

【0043】また、垂直方向の共振条件を軸方向で変化
させることによって、ビーム形状の制御を可能にし、狭
ビームを簡便に実現するものであり、その有用性は絶大
である。
Further, by changing the resonance condition in the vertical direction in the axial direction, the beam shape can be controlled and a narrow beam can be easily realized, and its usefulness is enormous.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態に係わるグレーディング結合型
面発光半導体レーザの概略構造を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a grading-coupling type surface emitting semiconductor laser according to a first embodiment.

【図2】第2の実施形態に係わるグレーディング結合型
面発光半導体レーザの概略構造を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of a grading-coupling type surface emitting semiconductor laser according to a second embodiment;

【図3】第3の実施形態に係わるグレーディング結合型
面発光半導体レーザの概略構造を示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a grading-coupling type surface emitting semiconductor laser according to a third embodiment.

【図4】第4の実施形態に係わるグレーディング結合型
面発光半導体レーザの概略構造を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of a grading-coupling type surface emitting semiconductor laser according to a fourth embodiment;

【図5】第5の実施形態に係わるグレーディング結合型
面発光半導体レーザの概略構造を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a schematic structure of a grading-coupling type surface emitting semiconductor laser according to a fifth embodiment;

【図6】第6の実施形態に係わる面発光色素レーザの概
略構成を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a surface emitting dye laser according to a sixth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

111,〜,511…n型InP基板 112,〜,512…n型InGaAsP/InP反射
層(DBR) 113,〜,513…n型InPクラッド層 114,〜,514…InGaAsP活性層 115,〜,515…InGaAsP導波路層 116,〜,516…2次の回折格子 117,〜,517…p型InPクラッド層 118,318,418…p型InGaAsP/InP
反射層(DBR) 119,〜,519…p+ 型コンタクト層 120,〜,520…p側電極 121,〜,521…n側電極 224,524…外部ミラー 225…ARコート
111, ..., 511 ... n-type InP substrate 112, ..., 512 ... n-type InGaAsP / InP reflective layer (DBR) 113, ..., 513 ... n-type InP cladding layer 114, ..., 514 ... InGaAsP active layer 115, ..., 515... InGaAsP waveguide layer 116, 516... Second-order diffraction grating 117, 517, p-type InP cladding layer 118, 318, 418 p-type InGaAsP / InP
Reflective layer (DBR) 119, 519, p + -type contact layer 120, 520, p-side electrode 121, 521, n-side electrode 224, 524 external mirror 225 AR coating

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導波路領域の少なくとも一部に導波光に対
して2次以上の次数の回折格子を有し、導波路領域に対
して垂直な方向に光を取り出すグレーティング結合型面
発光レーザにおいて、 前記導波路領域の上下に反射鏡を設け、前記回折格子か
ら放射された光を増幅してなることを特徴とするグレー
ティング結合型面発光レーザ。
1. A grating-coupled surface-emitting laser having a diffraction grating of a second or higher order with respect to guided light in at least a part of a waveguide region and extracting light in a direction perpendicular to the waveguide region. A grating-coupled surface-emitting laser, wherein reflection mirrors are provided above and below the waveguide region to amplify light emitted from the diffraction grating.
【請求項2】前記反射鏡の少なくとも一方に波長依存性
又は反射位相の位置依存性を持たせるか、或いは前記反
射鏡によって構成される共振器中の共振器長に位置依存
性を持たせたことを特徴とする請求項1記載のグレーテ
ィング結合型面発光レーザ。
2. A method according to claim 1, wherein at least one of said reflecting mirrors has a wavelength dependency or a position dependency of a reflection phase, or a resonator length in a resonator constituted by said reflecting mirror has a position dependency. The grating-coupled surface emitting laser according to claim 1, wherein:
【請求項3】前記導波路領域は、活性層をクラッド層で
挟んだダブルへテロ構造の内部にストライプ状に設けら
れ、前記反射鏡は該ダブルへテロ構造の外側の上下に反
射層として設けられていることを特徴とする請求項1又
は2記載のグレーティング型面発光レーザ。
3. The waveguide region is provided in the form of a stripe inside a double hetero structure in which an active layer is sandwiched by cladding layers, and the reflecting mirrors are provided as reflection layers above and below the double hetero structure. The grating type surface emitting laser according to claim 1, wherein the surface emitting laser is provided.
【請求項4】前記反射層の少なくとも一方は、前記導波
路領域のストライプ方向に対して厚さが異なるように形
成され、光を取り出すべきストライプ中心部で厚さが発
振波長λに対してλ/4n(n:反射層の屈折率)に設
定されていることを特徴とする請求項3記載のグレーテ
ィング型面発光レーザ。
4. At least one of the reflection layers is formed so as to have a different thickness in the stripe direction of the waveguide region. The grating type surface emitting laser according to claim 3, wherein / 4n (n: refractive index of the reflective layer) is set.
【請求項5】前記クラツド層の少なくとも一方は、前記
導波路領域のストライプ方向に対して厚さが異なるよう
に形成され、光を取り出すべきストライプ中心部で前記
反射層間の共振器長が発振波長の共振条件を満たすよう
になっていることを特徴とする請求項3記載のグレーテ
ィング型面発光レーザ。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of said cladding layers is formed so as to have a different thickness in a stripe direction of said waveguide region. The grating type surface emitting laser according to claim 3, wherein the resonance condition is satisfied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011090573A3 (en) * 2009-12-30 2011-11-17 Intel Corporation Hybrid silicon vertical cavity laser with in-plane coupling

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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