JP2013045803A - Semiconductor laser and optical transmission device - Google Patents

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崇 近藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser that is easily coupled to an optical component.SOLUTION: A semiconductor laser 10 has a light-emitting part 20 and a light control part 30 formed in a monolithic manner. An n-type lower DBR 102, an active region 104, a current constriction layer 106, and a p-type upper DBR are laminated on an n-type GaAs substrate 100. The light control part 30 propagates light emitted by the light-emitting part 20 in a direction substantially parallel to a principal plane of the substrate, and absorbs or amplifies the propagated light. Also, a reflection part 124 is formed on a surface of the light control part 30, and the reflection part 124 converges the light incident from an upper DBR 108 and reflects it in a certain direction.

Description

本発明は、半導体レーザおよび光伝送装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser and an optical transmission device.

近年、光リンク伝送容量が加速度的に増加しており、〜100Gbs程度の高速伝送可能で低消費電力な光源が必要とされている。このような光源に面発光型半導体レーザを用いるためには、面発光型半導体レーザの変調速度をさらに高速にしなければならない。面発光型半導体レーザを高速変調する方法の1つに、基板上に面発光型半導体レーザと横導波路とをモノリシックに形成し、横導波路から面発光型半導体レーザに光を注入することで、面発光型半導体レーザの出射光をスイッチングまたは変調するものがある(特許文献1)。さらに、光伝送容量の増加は、面発光型半導体レーザの高出力化を必要とする。例えば、面発光型半導体レーザの光出射面に凹部によって囲まれた光閉じ込め領域を形成することで、モード数を削減し、高出力化が図られている(特許文献2)。   In recent years, the optical link transmission capacity has been increasing at an accelerating rate, and a light source capable of high-speed transmission of about 100 Gbs and low power consumption is required. In order to use a surface emitting semiconductor laser for such a light source, the modulation speed of the surface emitting semiconductor laser must be further increased. One method for high-speed modulation of a surface emitting semiconductor laser is to form a surface emitting semiconductor laser and a lateral waveguide monolithically on a substrate and inject light into the surface emitting semiconductor laser from the lateral waveguide. There is one that switches or modulates light emitted from a surface emitting semiconductor laser (Patent Document 1). Furthermore, the increase in optical transmission capacity requires higher output of the surface emitting semiconductor laser. For example, by forming a light confinement region surrounded by a recess on the light emitting surface of a surface emitting semiconductor laser, the number of modes is reduced and high output is achieved (Patent Document 2).

また、特許文献3は、モードロック端面発光型半導体レーザに関するものであるが、逆バイアス電圧を印加し変調要素の屈折率を変化させることで光を吸収する光吸収器セクションや、順方向バイアス電圧を印加することで光ゲインを発生する活性セクションを形成し、高速変調や高出力化を可能にしている。   Patent Document 3 relates to a mode-locked edge-emitting semiconductor laser, and relates to a light absorber section that absorbs light by applying a reverse bias voltage and changing the refractive index of a modulation element, and a forward bias voltage. Is applied to form an active section that generates optical gain, enabling high-speed modulation and high output.

特開平11−274640号公報JP-A-11-274640 特開2007−189033号公報JP 2007-189033 A 特開2010−3930号公報JP 2010-3930 A

本発明は、光ファイバ等の光伝送部材と結合が容易な半導体レーザを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor laser that can be easily coupled to an optical transmission member such as an optical fiber.

請求項1は、基板と、前記基板上に形成され、第1の活性領域、第1の活性領域を挟むように構成された第1の垂直共振器、および第1の活性領域に駆動電流を供給するための第1の電極を含む発光部と、前記基板上に形成され、前記発光部で発せられた光を前記基板の主面と略平行な方向に伝播させ、かつ伝播された光を吸収または増幅する光制御部とを有し、前記光制御部は、第2の活性領域、第2の活性領域を挟むように構成された第2の垂直共振器、制御電流を供給するための第2の電極、第2の垂直共振器上に形成された反射部とを有し、前記反射部は、第2の垂直共振器からの光を入射し、入射した光を一定方向へ反射させる、半導体レーザ。
請求項2は、前記反射部は、第2の垂直共振器からの光を入射する入射面、入射された光を反射する反射面、反射された光を前記一定方向に出射する出射面とを有し、前記反射面は、前記入射面に対して傾斜している、請求項1に記載の半導体レーザ。
請求項3は、前記反射部は、前記入射面から入射された光を収束し、収束した光を前記出射面から出射させる、請求項1または2に記載の半導体レーザ。
請求項4は、前記反射部は、第2の垂直共振器上に結晶成長された半導体層である、請求項1ないし3いずれか1つに記載の半導体レーザ。
請求項5は、前記半導体層は、第1の端部と、当該第1の端部に対向する第2の端部とを有し、第1の端部は、第1の膜厚および第1の幅を有し、第2の端部は、第1の膜厚よりも大きい第2の膜厚および第1の幅よりも狭い第2の幅を有し、第2の端部は、反射部の出射面を形成する、請求項1ないし4いずれか1つに記載の半導体レーザ。
請求項6は、前記光制御部は、前記発光部の等価屈折率よりも等価屈折率が小さい低等価屈折率領域と、前記低等価屈折率領域よりも等価屈折率が高い高等価屈折率領域とを含み、前記反射部は、前記高等価屈折率領域が延在する方向に延在する、請求項1ないし5いずれか1つに記載の半導体レーザ。
請求項7は、前記反射部は、前記高等価屈折率領域と重複する位置に形成される、請求項1ないし6いずれか1つに記載の半導体レーザ。
請求項8は、前記低等価屈折率領域は、第2の垂直共振器内に形成された溝である、請求項6に記載の半導体レーザ。
請求項9は、前記出射面は、略円形または略正方形である、請求項1ないし8いずれか1つに記載の半導体レーザ。
請求項10は、前記光制御部は、第2の電極に順方向バイアスの制御電流が供給されたとき、伝播された光を増幅する、請求項1ないし9いずれか1つに記載の半導体レーザ。
請求項11は、前記光制御部は、第2の電極に逆バイスの制御電流が供給されたとき、伝播された光を吸収する、請求項1ないし9いずれか1つに記載の半導体レーザ。
請求項12は、請求項1ないし11いずれか1つに記載の半導体レーザと、前記反射部の出射面から出射された光と結合される光伝送部材と、を有する光伝送装置。
請求項13は、光伝送装置はさらに、第1の電極に駆動電流を供給し、第2の電極に制御電流を供給する駆動手段を含む、請求項12に記載の光伝送装置。
According to a first aspect of the present invention, a drive current is supplied to the substrate, the first active region formed on the substrate, and configured to sandwich the first active region, and the first active region. A light-emitting unit including a first electrode for supply; and light emitted from the light-emitting unit formed on the substrate in a direction substantially parallel to the main surface of the substrate; A light control unit that absorbs or amplifies the second active region, a second vertical resonator configured to sandwich the second active region, and for supplying a control current A second electrode, and a reflection part formed on the second vertical resonator, wherein the reflection part receives light from the second vertical resonator and reflects the incident light in a certain direction. , Semiconductor laser.
According to a second aspect of the present invention, the reflecting unit includes an incident surface on which light from the second vertical resonator is incident, a reflective surface that reflects incident light, and an output surface that emits reflected light in the predetermined direction. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the reflecting surface is inclined with respect to the incident surface.
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor laser according to the first or second aspect, the reflecting section converges the light incident from the incident surface and emits the converged light from the emission surface.
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor laser according to any one of the first to third aspects, the reflecting portion is a semiconductor layer crystal-grown on the second vertical resonator.
According to a fifth aspect of the present invention, the semiconductor layer has a first end and a second end facing the first end, and the first end includes the first film thickness and the first thickness. The second end has a second film thickness greater than the first film thickness and a second width narrower than the first width, and the second end is The semiconductor laser according to claim 1, wherein an emission surface of the reflection portion is formed.
The light control unit includes a low equivalent refractive index region having an equivalent refractive index smaller than an equivalent refractive index of the light emitting unit, and a high equivalent refractive index region having an equivalent refractive index higher than that of the low equivalent refractive index region. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the reflection portion extends in a direction in which the high equivalent refractive index region extends.
7. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the reflecting portion is formed at a position overlapping the high equivalent refractive index region.
The semiconductor laser according to claim 6, wherein the low equivalent refractive index region is a groove formed in the second vertical resonator.
The semiconductor laser according to claim 9, wherein the emission surface is substantially circular or substantially square.
10. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the light control unit amplifies the propagated light when a forward bias control current is supplied to the second electrode. .
11. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the light control unit absorbs the propagated light when a reverse device control current is supplied to the second electrode.
A twelfth aspect of the present invention is an optical transmission device comprising: the semiconductor laser according to any one of the first to eleventh aspects; and an optical transmission member that is coupled with light emitted from an emission surface of the reflecting portion.
The optical transmission device according to claim 12, further comprising a driving unit that supplies a driving current to the first electrode and supplies a control current to the second electrode.

請求項1の発明によれば、反射部を備えていない構成と比べて、光伝送部材との結合を容易にすることができる。
請求項2の発明によれば、入射された光の反射を容易にすることができる。
請求項3の発明によれば、光伝送部材との結合効率を向上させることができる。
請求項4の発明によれば、反射部の形成を容易にすることができる。
請求項5の発明によれば、反射部の出射面の形状の選択を容易することができる。
請求項6、7の発明によれば、第2の垂直共振器からの光を効率的に反射部に入射させることができる。
請求項8の発明によれば、発光部の光を光制御部へ容易に伝播させることができる。
請求項9の発明によれば、光伝送部材との結合を容易にすることができる。
請求項10の発明によれば、レーザ光の光量を増加することができる。
請求項11の発明によれば、レーザ光の変調を行うことができる。
According to invention of Claim 1, compared with the structure which is not provided with the reflection part, a coupling | bonding with an optical transmission member can be made easy.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to easily reflect the incident light.
According to invention of Claim 3, the coupling efficiency with an optical transmission member can be improved.
According to invention of Claim 4, formation of a reflection part can be made easy.
According to invention of Claim 5, selection of the shape of the output surface of a reflection part can be made easy.
According to the sixth and seventh aspects of the invention, the light from the second vertical resonator can be efficiently incident on the reflecting portion.
According to invention of Claim 8, the light of a light emission part can be easily propagated to a light control part.
According to the ninth aspect of the present invention, the coupling with the optical transmission member can be facilitated.
According to invention of Claim 10, the light quantity of a laser beam can be increased.
According to the invention of claim 11, the laser beam can be modulated.

本発明の第1の実施例に係る半導体レーザの模式的な平面図とそのA−A線断面図である。1A is a schematic plan view of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 第1の実施例に係る半導体レーザの等価屈折率と光閉じ込め分布を示す図である。It is a figure which shows the equivalent refractive index and optical confinement distribution of the semiconductor laser which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る半導体レーザの光分布の計算結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the light distribution of the semiconductor laser which concerns on a 1st Example. 図4(a)は、反射部の構成例を示す図、図4(b)は、反射部の製造方法例を説明する図である。FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration example of the reflecting portion, and FIG. 4B is a diagram illustrating an example of a manufacturing method of the reflecting portion. 本発明の実施例に係る反射部の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the reflection part which concerns on the Example of this invention. 第発明の実施例に係る半導体レーザの光増幅量を示すグラフである。It is a graph which shows the optical amplification amount of the semiconductor laser which concerns on the Example of 1st invention. 本発明の実施例に係る半導体レーザを利用した光伝送装置の電気的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical constitution of the optical transmission apparatus using the semiconductor laser which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る半導体レーザを利用した光伝送装置の一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structural example of the optical transmission apparatus using the semiconductor laser which concerns on the Example of this invention.

次に、本発明の実施の形態に係る半導体レーザについて図面を参照して説明する。また、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。   Next, a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should also be noted that the scale of the drawings is emphasized to make the features of the invention easier to understand and is not necessarily the same as the actual device scale.

図1(a)は、本発明の第1の実施例に係る半導体レーザの模式的な平面図、図1(b)は、そのA−A線断面図である。同図に示すように、本実施例の半導体レーザ10は、光を発光する発光部20と、発光部20で発せられた光を横方向に伝播する横導波路として機能しかつ光の吸収または増幅等の制御を行う光制御部30とを基板上に含んでいる。   FIG. 1A is a schematic plan view of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA. As shown in the figure, the semiconductor laser 10 of this embodiment functions as a light emitting unit 20 that emits light and a lateral waveguide that propagates light emitted from the light emitting unit 20 in the lateral direction and absorbs or absorbs light. A light control unit 30 that controls amplification and the like is included on the substrate.

発光部20は、典型的な面発光型半導体レーザ(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode: VCSEL)と同様に構成される。すなわち、発光部20は、n型のGaAs基板100上に、Al組成の異なるAlGaAs層を交互に重ねたn型の下部分布ブラック型反射鏡(Distributed Bragg Reflector:以下、DBRという)102、下部DBR102上に形成された上部および下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域104、活性領域104上に形成されたAl組成の異なるAlGaAs層を交互に重ねたp型の上部DBR108を積層して構成される。発光部20の平面形状は、図1(a)に示すように略半円状である。   The light emitting unit 20 is configured in the same manner as a typical surface emitting semiconductor laser (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode: VCSEL). That is, the light emitting unit 20 includes an n-type lower distributed black reflector (hereinafter referred to as DBR) 102 and a lower DBR 102 in which AlGaAs layers having different Al compositions are alternately stacked on an n-type GaAs substrate 100. An active region 104 including a quantum well layer sandwiched between upper and lower spacer layers formed above, and a p-type upper DBR 108 in which AlGaAs layers having different Al compositions formed on the active region 104 are alternately stacked are stacked. Configured. The planar shape of the light emitting unit 20 is substantially semicircular as shown in FIG.

n型の下部DBR102は、高屈折率層と低屈折率層の積層として、例えば、Al0.92Ga0.08As層とAl0.16Ga0.84As層とのペアを複数積層する。各層の厚さは、λ/4n(但し、λは発振波長、nは媒質の屈折率)であり、これらを交互に40周期で積層する。n型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、3×1018cm-3である。活性領域104の下部スペーサ層は、アンドープのAl0.6Ga0.4As層であり、量子井戸活性層は、アンドープGaAs量子井戸層およびアンドープのAl0.3Ga0.7As障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのAl0.6Ga0.4As層である。p型の上部DBR108は、高屈折率層と低屈折率層の積層として、例えば、Al0.92Ga0.08As層とAl0.16Ga0.84As層とのペアを複数積層する。各層の厚さは、λ/4nであり、これらを交互に24周期積層する。p型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、3×1018cm-3である。 In the n-type lower DBR 102, for example, a plurality of pairs of an Al 0.92 Ga 0.08 As layer and an Al 0.16 Ga 0.84 As layer are stacked as a stack of a high refractive index layer and a low refractive index layer. The thickness of each layer is λ / 4n r (where λ is the oscillation wavelength and n r is the refractive index of the medium), and these are alternately stacked in 40 cycles. The carrier concentration after doping silicon which is an n-type impurity is, for example, 3 × 10 18 cm −3 . The lower spacer layer of the active region 104 is an undoped Al 0.6 Ga 0.4 As layer, the quantum well active layer is an undoped GaAs quantum well layer and an undoped Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and the upper spacer The layer is an undoped Al 0.6 Ga 0.4 As layer. The p-type upper DBR 108 is formed by stacking a plurality of pairs of, for example, an Al 0.92 Ga 0.08 As layer and an Al 0.16 Ga 0.84 As layer as a stack of a high refractive index layer and a low refractive index layer. The thickness of each layer is lambda / 4n r, to 24 cycles are alternately stacked. The carrier concentration after doping with carbon which is a p-type impurity is, for example, 3 × 10 18 cm −3 .

上部DBR108の最下層もしくはその内部には、p型Al0.98Ga0.02As層(またはAlAs層)からなる電流狭窄層106が形成される。また、上部DBR108の最上層に、p型GaAsからなる不純物濃度が高い(例えば、1×1019cm-3)コンタクト層を形成するようにしてもよい。電流狭窄層106は、下部DBR102や上部DBR108よりもAl組成が高く、酸化工程において酸化が早く進む。図1(a)に示すような半円筒状のポストを酸化すると、電流狭窄層106には、ポストの側壁から内部に向けて選択的に酸化された酸化領域106A(図1(b)のハッチングされた部分)が形成される。これにより、酸化領域106Aによって囲まれた非酸化領域106Bが形成される。非酸化領域106Bの平面形状は、ほぼポスト構造の平面形状を反映した形状となる。図1(a)に示す破線106Cは、酸化領域106Aと非酸化領域106Bの境界を示している。 A current confinement layer 106 made of a p-type Al 0.98 Ga 0.02 As layer (or AlAs layer) is formed in the lowermost layer of the upper DBR 108 or in the inside thereof. Further, a contact layer having a high impurity concentration (for example, 1 × 10 19 cm −3 ) made of p-type GaAs may be formed on the uppermost layer of the upper DBR 108. The current confinement layer 106 has an Al composition higher than that of the lower DBR 102 and the upper DBR 108, and oxidation proceeds faster in the oxidation process. When a semi-cylindrical post as shown in FIG. 1A is oxidized, the current confinement layer 106 has an oxidized region 106A (FIG. 1B hatched selectively) oxidized selectively from the side wall of the post. Part) is formed. As a result, a non-oxidized region 106B surrounded by the oxidized region 106A is formed. The planar shape of the non-oxidized region 106B substantially reflects the planar shape of the post structure. A broken line 106C shown in FIG. 1A indicates a boundary between the oxidized region 106A and the non-oxidized region 106B.

非酸化領域106Bの半円部分の直径は、基本横モード発振される程度の大きさであり、例えば、約3ミクロン以下である。酸化領域106Aの屈折率は、約1.7であり、非酸化領域(Al0.98Ga0.02As)106Bの屈折率は、約3.0であり、屈折率の高い非酸化領域106B内に光を閉じ込めることが可能になる。また、酸化領域106Aは、高抵抗領域であるため、電極から注入されたキャリアは、導電領域である非酸化領域106Bを通過することで、キャリア密度が増加され、活性領域104に注入される。 The diameter of the semicircular portion of the non-oxidized region 106B is large enough to cause fundamental transverse mode oscillation, for example, about 3 microns or less. The refractive index of the oxidized region 106A is about 1.7, the refractive index of the non-oxidized region (Al 0.98 Ga 0.02 As) 106B is about 3.0, and light enters the non-oxidized region 106B having a high refractive index. It becomes possible to confine. Further, since the oxidized region 106A is a high-resistance region, carriers injected from the electrode pass through the non-oxidized region 106B that is a conductive region, whereby the carrier density is increased and injected into the active region 104.

上部DBR108上には、例えば、AuまたはTi/Auなどを積層した金属から構成される金属製の半円状のp側電極110が形成され、p側電極110は、上部DBR108と電気的に接続される。好ましくは、p側電極110は、電流狭窄層106の非酸化領域106Bの真上を覆うように、すなわち重複するように形成され、さらに好ましくは、p側電極110は、発光部20の上部DBR108の略全域を覆うように形成される。従って、発光部20は、通常のVCSELと異なり、上部DBR108の最上層からレーザ光を出射しないことに留意すべきである。また、基板100の裏面には、n側電極112が形成される。このn側電極112は、光制御部30にも共通である。   On the upper DBR 108, for example, a metal semicircular p-side electrode 110 made of a metal in which Au or Ti / Au is laminated is formed, and the p-side electrode 110 is electrically connected to the upper DBR 108. Is done. Preferably, the p-side electrode 110 is formed so as to cover, ie, overlap with, the non-oxidized region 106B of the current confinement layer 106. More preferably, the p-side electrode 110 is formed of the upper DBR 108 of the light emitting unit 20. It is formed so as to cover substantially the entire area. Therefore, it should be noted that the light emitting unit 20 does not emit laser light from the uppermost layer of the upper DBR 108, unlike a normal VCSEL. An n-side electrode 112 is formed on the back surface of the substrate 100. The n-side electrode 112 is also common to the light control unit 30.

こうして、基板100上には、垂直共振器構造をもつ発光部20が形成され、p側電極110とn側電極112との間に順方向の駆動信号を印加することで、活性領域104から光が発生され、レーザ光が励起される。但し、上記したように、上部DBR108の表面は、p型電極110によって被覆されているため、レーザ光は、p側電極110によって内部に反射される。   Thus, the light emitting unit 20 having a vertical resonator structure is formed on the substrate 100, and a forward drive signal is applied between the p-side electrode 110 and the n-side electrode 112, so that light from the active region 104 can be obtained. Is generated, and the laser beam is excited. However, since the surface of the upper DBR 108 is covered with the p-type electrode 110 as described above, the laser light is reflected to the inside by the p-side electrode 110.

半導体レーザ10には、発光部20の側部に横導波路としての光制御部30がモノリシックに形成される。光制御部30は、発光部20で発生されたレーザ光を導くための相対的に等価屈折率が小さい低等価屈折率領域120と、低等価屈折率領域120から導かれた光を伝播する高等価屈折率領域のスローライト部122と、スローライト部122上に形成された反射部124とを有する。好ましくは、光制御部30は、発光部20と同一の半導体層を用いて構成される。なお、本明細書中で用いられる等価屈折率とは、基板に対して垂直方向に積層している、屈折率の異なる半導体多層膜の実効的な屈折率(多層膜の屈折率を単層の屈折率とみなす)を、等価屈折率法によって求められたものを指す。   In the semiconductor laser 10, a light control unit 30 as a lateral waveguide is formed monolithically on the side of the light emitting unit 20. The light control unit 30 includes a low equivalent refractive index region 120 having a relatively small equivalent refractive index for guiding the laser light generated by the light emitting unit 20, and a higher level for propagating light derived from the low equivalent refractive index region 120. It has a slow light part 122 in the valence index region and a reflection part 124 formed on the slow light part 122. Preferably, the light control unit 30 is configured using the same semiconductor layer as the light emitting unit 20. Note that the equivalent refractive index used in this specification is an effective refractive index of a semiconductor multilayer film having a different refractive index laminated in a direction perpendicular to the substrate (the refractive index of the multilayer film is a single layer). (Referred to as a refractive index) is obtained by an equivalent refractive index method.

好ましくは、低等価屈折率領域120は、上部DBR108内に形成されたトレンチ(溝)120によって形成される。トレンチ120は、好ましくは、図1(a)に示す酸化領域106Aと非酸化領域106Bとの境界106Cの内側、すなわち非酸化領域106と重複する位置に形成され、基板と略垂直方向に一定の深さを有する。より好ましくは、トレンチ120は、p側電極110の端部に隣接するように形成される。このように、境界106Cの内側の非酸化領域106Bと重複する位置にトレンチ120を形成するのは、発光部20で発生された光をスローライト部122に容易に導くためであり、トレンチ120は、発光部20の光が効率良くスローライト部122に漏洩されるような位置、深さ、幅(D2)で形成される。トレンチ120の形状は問わないが、本実施例では、矩形状に形成される。また、発光部20の非酸化領域106Bの実質的な径D1を2μm、トレンチ120の幅D2を1μm、スローライト部122の長手方向に延在する距離D3を6μmで形成している。   Preferably, the low equivalent refractive index region 120 is formed by a trench 120 formed in the upper DBR 108. The trench 120 is preferably formed inside the boundary 106C between the oxidized region 106A and the non-oxidized region 106B shown in FIG. 1A, that is, at a position overlapping the non-oxidized region 106, and is constant in a direction substantially perpendicular to the substrate. Has depth. More preferably, the trench 120 is formed adjacent to the end of the p-side electrode 110. Thus, the reason why the trench 120 is formed at the position overlapping the non-oxidized region 106B inside the boundary 106C is to easily guide the light generated in the light emitting unit 20 to the slow light unit 122. The light emitting unit 20 is formed at a position, depth, and width (D2) such that light from the light emitting unit 20 is efficiently leaked to the slow light unit 122. The shape of the trench 120 does not matter, but in this embodiment, it is formed in a rectangular shape. Further, the substantial diameter D1 of the non-oxidized region 106B of the light emitting portion 20 is 2 μm, the width D2 of the trench 120 is 1 μm, and the distance D3 extending in the longitudinal direction of the slow light portion 122 is 6 μm.

図2は、半導体レーザ10の等価屈折率と光閉じ込め分布の関係を示している。同図において、階段状の線が等価屈折率を示し、曲線は、光閉じ込め分布を表している。低等価屈折率NLの領域D0(図1(a)を参照)は、発光部20の酸化領域106Aに対応し、高等価屈折率NHの領域D1は、発光部20の非酸化領域106Bに対応する。低等価屈折率NLの領域D2は、光制御部30のトレンチ120に対応し、高等価屈折率NHの領域D3は、光制御部30のスローライト部122の非酸化領域106Bに対応する。   FIG. 2 shows the relationship between the equivalent refractive index of the semiconductor laser 10 and the optical confinement distribution. In the figure, a step-like line indicates an equivalent refractive index, and a curve indicates a light confinement distribution. A region D0 having a low equivalent refractive index NL (see FIG. 1A) corresponds to the oxidized region 106A of the light emitting unit 20, and a region D1 having a high equivalent refractive index NH corresponds to the non-oxidized region 106B of the light emitting unit 20. To do. The region D2 having a low equivalent refractive index NL corresponds to the trench 120 of the light control unit 30, and the region D3 having a high equivalent refractive index NH corresponds to the non-oxidized region 106B of the slow light unit 122 of the light control unit 30.

高低の等価屈折率NL、NHとなる領域D0、D1、D2、D3が連続的に形成されることで、発光部20で発生された光は、上部DBR108の最上層から出射されることなく、領域D1に閉じ込められる。領域D1に閉じ込められた基本横モードの光Linはガウシアン分布となるが、トレンチ120(領域D2)は、光Linを完全に光を閉じ込めるのではなく、その裾野の一部の光をスローライト部122へ導く。発光部20において垂直共振されるレーザ光であっても、レーザ光は、垂直方向から若干の傾斜角または広がり角をもっている。このため、裾野から漏洩した光は、低等価屈折率の領域D2を介して高等価屈折率NHの領域D3へ導波される。スローライト部122に導かれた光は、スローライト部122の非酸化領域106B内に閉じ込められた状態で、垂直共振器内を傾斜角の方向で共振されながら基板の主面と略水平方向に伝播される。   By continuously forming the regions D0, D1, D2, and D3 that become the high and low equivalent refractive indexes NL and NH, the light generated in the light emitting unit 20 is not emitted from the uppermost layer of the upper DBR 108, It is confined in the region D1. Although the fundamental transverse mode light Lin confined in the region D1 has a Gaussian distribution, the trench 120 (region D2) does not completely confine the light Lin, but instead uses a portion of the light at the base of the slow light portion. Lead to 122. Even in the case of laser light that is vertically resonated in the light emitting unit 20, the laser light has a slight inclination angle or spread angle from the vertical direction. For this reason, the light leaking from the base is guided to the region D3 having the high equivalent refractive index NH via the region D2 having the low equivalent refractive index. The light guided to the slow light part 122 is confined in the non-oxidized region 106B of the slow light part 122 and is resonated in the direction of the inclination angle in the direction of the inclination angle in a substantially horizontal direction with the main surface of the substrate. Propagated.

スローライト部122を伝播された光は、下部DBR102と上部DBR108の間で反射されながら進行するため、スローライト部122の水平方向の距離D3が小さくとも、実際に光が走行する距離(光路長)は、その距離D3の数百倍に相当する。このため、スローライト部122を水平方向に伝播する光の速度は、あたかも光の速度が遅延されたかのように、ゆっくりとした光にみえる。   Since the light propagated through the slow light part 122 travels while being reflected between the lower DBR 102 and the upper DBR 108, even if the horizontal distance D3 of the slow light part 122 is small, the distance that the light actually travels (the optical path length). ) Corresponds to several hundred times the distance D3. For this reason, the speed of light propagating through the slow light unit 122 in the horizontal direction appears to be slow light as if the speed of light was delayed.

図3は、発光部20から光制御部30へ伝搬された光の光分布の計算結果を示すグラフである。横軸は、距離(μm)、縦軸は、相対強度である。同図において、0−2μmの範囲は、非酸化領域106Bの径D1に対応し、相対強度の大きなガウシアン分布のレーザ発振が生じる。2−3μmの範囲は、トレンチ120の幅D2に対応し、ここでは、相対強度の小さな光が生じる。3−9μmの範囲は、スローライト部122の距離D3に対応し、スローライト部122に閉じ込められて伝播するレーザ光を示している。但し、図3は、光制御部30により光の増幅または吸収を行っていないときの光分布を示している。   FIG. 3 is a graph showing the calculation result of the light distribution of the light propagated from the light emitting unit 20 to the light control unit 30. The horizontal axis is distance (μm), and the vertical axis is relative intensity. In the figure, the range of 0-2 μm corresponds to the diameter D1 of the non-oxidized region 106B, and laser oscillation with a Gaussian distribution having a large relative intensity occurs. The range of 2-3 μm corresponds to the width D2 of the trench 120, and here, light having a small relative intensity is generated. The range of 3-9 μm corresponds to the distance D3 of the slow light part 122, and indicates the laser light that is confined in the slow light part 122 and propagates. However, FIG. 3 shows the light distribution when the light control unit 30 does not amplify or absorb light.

光制御部30は、図1に示すように、スローライト部122の上面、すなわち、上部DBR108上に反射部124を有する。反射部124は、スローライト部122からの光を入射し、入射した光を基板の主面と略平行な方向に反射する。反射部124は、図1(a)に示すように、スローライト部122の非酸化領域106Bが延在する方向に延在し、好ましくは、反射部124は、酸化領域106Bの略全部と重複する位置に形成される。図1(a)に示す例では、反射部124は、スローライト部122の距離D3よりも幾分短く形成されているが、反射部124は、トレンチ120と隣接するように距離D3の長さで形成されてもよいし、距離D3よりも長くても良い。   As illustrated in FIG. 1, the light control unit 30 includes a reflection unit 124 on the upper surface of the slow light unit 122, that is, on the upper DBR 108. The reflection unit 124 receives the light from the slow light unit 122 and reflects the incident light in a direction substantially parallel to the main surface of the substrate. As shown in FIG. 1A, the reflecting portion 124 extends in a direction in which the non-oxidized region 106B of the slow light portion 122 extends. Preferably, the reflecting portion 124 overlaps with substantially the entire oxidized region 106B. It is formed in the position to do. In the example shown in FIG. 1A, the reflecting portion 124 is formed somewhat shorter than the distance D3 of the slow light portion 122, but the reflecting portion 124 has a length of the distance D3 so as to be adjacent to the trench 120. Or may be longer than the distance D3.

図4(a)は、反射部124を模式的に示した斜視図である。同図に示すように、反射部124は、スローライト部122からの光を入射する入射面124Aと、入射した光を反射する反射面124Bと、反射面124で反射された光を出射する出射面124Cとを有している。ここでは、反射部124の一方の端部は、幅W1、膜厚H1であり、他方の端部は、幅W2、膜厚H2であり、W1>W2、H1<H2の関係にある。反射部124の幅W1は、好ましくは、スローライト部122の非酸化領域106Bの幅よりも大きく、幅W2は、非酸化領域106Bの幅と等しいかそれよりも幾分大きいことが望ましい。反射面124Bは、入射面124Aに対して傾斜しており、入射された光を出射面124に向けて反射する。また、反射面124Bは、幅W2から幅W1に向けて入射された光を収束させる。   FIG. 4A is a perspective view schematically showing the reflecting portion 124. As shown in the figure, the reflection unit 124 includes an incident surface 124A on which light from the slow light unit 122 is incident, a reflection surface 124B that reflects incident light, and an output that emits light reflected on the reflection surface 124. 124C. Here, one end portion of the reflecting portion 124 has a width W1 and a film thickness H1, and the other end portion has a width W2 and a film thickness H2, and W1> W2 and H1 <H2. The width W1 of the reflecting part 124 is preferably larger than the width of the non-oxidized region 106B of the slow light part 122, and the width W2 is preferably equal to or slightly larger than the width of the non-oxidized region 106B. The reflecting surface 124B is inclined with respect to the incident surface 124A, and reflects incident light toward the emitting surface 124. Further, the reflecting surface 124B converges the light incident from the width W2 toward the width W1.

図4(b)は、反射部124の製造方法の例を説明する図である。同図に示すように、GaAsウエハー(基板)W上のスローライト部122の表面、すなわち上部DBR108の最上層に、シリコン酸化膜(SiO)あるいは窒化シリコン膜(SiN)などの誘電体膜からなる一対のパターン130が公知のフォトリソ工程を用いて形成される。パターン130は、一定の膜厚を有し、その平面形状は、形成されるべき反射膜124の形状に応じて適宜選択されるが、図1(a)に示すような台形状の反射部124を形成する場合には、例えば、平面形状が三角形のパターン130を並置させ、両パターンの間に、幅W1、幅W2の台形状の開口部を形成する。この開口部によって、上部DBR108の表面が露出される。 FIG. 4B is a diagram for explaining an example of a manufacturing method of the reflecting portion 124. As shown in the figure, a dielectric film such as a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film (SiN) is applied to the surface of the slow light portion 122 on the GaAs wafer (substrate) W, that is, the uppermost layer of the upper DBR 108. A pair of patterns 130 is formed using a known photolithography process. The pattern 130 has a certain film thickness, and its planar shape is appropriately selected according to the shape of the reflective film 124 to be formed, but the trapezoidal reflective portion 124 as shown in FIG. For example, a pattern 130 having a triangular plane shape is juxtaposed, and a trapezoidal opening having a width W1 and a width W2 is formed between both patterns. The surface of the upper DBR 108 is exposed through this opening.

次に、MOCVD(有機金属気相成長)により、スローライト部122上に、化合物半導体層を再結晶成長させると、化合物半導体層は、パターン130の開口部上にパターン成長され、これにより、幅W1、幅W2を有する台形状の反射部124が形成される。ここで、W2<W1の関係にあるため、幅W2の膜厚H2は、幅W1の膜厚H1よりも大きくなる。幅W1、W2、パターン130の対向する側面(エッジ)の基板に対する傾斜角、再結晶成長時間などを適宜調整することにより、膜厚H1、H2が調整され、これにより、反射面124Bの傾斜角、出射面124Cの形状を調整することができる。   Next, when the compound semiconductor layer is recrystallized and grown on the slow light portion 122 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), the compound semiconductor layer is pattern-grown on the opening of the pattern 130, thereby A trapezoidal reflecting portion 124 having W1 and width W2 is formed. Here, because of the relationship of W2 <W1, the thickness H2 of the width W2 is larger than the thickness H1 of the width W1. The film thicknesses H1 and H2 are adjusted by appropriately adjusting the widths W1 and W2, the inclination angle of the opposite side surface (edge) of the pattern 130 with respect to the substrate, the recrystallization growth time, and the like. The shape of the exit surface 124C can be adjusted.

反射部124をパターン成長により形成する場合には、好ましくは、下地の半導体層と格子定数が一致するかまたは近似される材料が用いられる。また、反射部124は、スローライト部122からの光の吸収が少なく、かつ入射された光を反射面124Bで反射させる屈折率をもつ材料が選択される。例えば、発光部20が発するレーザ光が850nmの波長であるとき、反射部124は、GaInP、AlGaAs、GaAsなどから構成される。この中では、光の吸収が少なく、酸化し難いGaInPがより好ましい。   When the reflecting portion 124 is formed by pattern growth, a material whose lattice constant matches or approximates that of the underlying semiconductor layer is preferably used. In addition, for the reflection unit 124, a material that absorbs less light from the slow light unit 122 and has a refractive index that reflects incident light on the reflection surface 124B is selected. For example, when the laser beam emitted from the light emitting unit 20 has a wavelength of 850 nm, the reflecting unit 124 is made of GaInP, AlGaAs, GaAs, or the like. Of these, GaInP, which absorbs less light and hardly oxidizes, is more preferable.

なお、反射部124は、MOCVDによるパターン成長以外の方法で形成されるものであってもよい。例えば、スローライト部122の表面に、光の吸収が少なく、一定の屈折率を持つ材料を形成し、当該材料をエッチングなどすることにより、所望の形状の反射部124を得るようにしてもよい。   Note that the reflection portion 124 may be formed by a method other than pattern growth by MOCVD. For example, a reflection part 124 having a desired shape may be obtained by forming a material having a small refractive index and a constant refractive index on the surface of the slow light part 122 and etching the material. .

上記の例では、反射面124Bの傾斜が線形に変化する例を示しているが、これに限らず、反射面124Bの傾斜は、図5(a)に示すような湾曲もしくは曲面を持つように変化されるものであってもよいし、図5(b)に示すように階段状に変化するものであってもよい。要は、反射面124Bは、入射面124Aからの光を出射面124Cに向けて反射させることができる形状であればよい。   In the above example, an example in which the inclination of the reflecting surface 124B changes linearly is shown. However, the present invention is not limited thereto, and the inclination of the reflecting surface 124B has a curve or a curved surface as shown in FIG. It may be changed, or may be changed stepwise as shown in FIG. In short, the reflection surface 124B may have any shape that can reflect the light from the incidence surface 124A toward the emission surface 124C.

また、出射面124Cの形状は、異方性のない形状であることが好ましく、例えば、図5(c)に示すように円形であることが望ましい。また、出射面124Cの形状が図4(a)に示すような矩形状である場合には、幅W2=H2であることが望ましい。さらに、出射面124Cは、図5(d)に示すように、頂部が半円となるような半円形状またはドーム形状であってもよい。要は、入射面124Aから入射された光のプロファイルの異方性が抑制されるか低減されるように、出射面124Cの形状(または幅W2、膜厚H2)が選択される。さらに出射面124Cの大きさは、収束されたレーザ光が光ファイバなどの光伝送部品と容易に結合できるように選択される。   In addition, the shape of the exit surface 124C is preferably a shape having no anisotropy, and for example, as shown in FIG. Further, when the shape of the emission surface 124C is a rectangular shape as shown in FIG. 4A, it is desirable that the width W2 = H2. Furthermore, as shown in FIG. 5D, the emission surface 124C may have a semicircular shape or a dome shape in which the top is a semicircle. In short, the shape (or width W2, film thickness H2) of the exit surface 124C is selected so that the anisotropy of the profile of the light incident from the entrance surface 124A is suppressed or reduced. Further, the size of the exit surface 124C is selected so that the converged laser beam can be easily coupled to an optical transmission component such as an optical fiber.

再び図1を参照すると、光制御部30は、スローライト部122の上面に一対のp側電極210を備えている。一対のp側電極210は、好ましくは、反射部124を挟むように配置され、スローライト部122の上部DBR108と電気的に接続される。光制御部30と発光部20とは、上部DBR108の一部を介して電気的に接続されているが、発光部20のp側電極110から注入されたキャリアは、トレンチ120の存在により光制御部30へ流れ込まず、その大部分は、直下の非酸化領域106Bを介して活性領域104へ注入されるので、発光部20と光制御部30との動作が、実質的に干渉することはない。なお、必要に応じて、トレンチ120の幅等を縦方向に延ばすことで、光制御部30と発光部20の間の抵抗値を増大させたり、あるいはイオンインプラ(注入)等を用いて電気的に断絶することも可能である。   Referring to FIG. 1 again, the light control unit 30 includes a pair of p-side electrodes 210 on the upper surface of the slow light unit 122. The pair of p-side electrodes 210 are preferably arranged so as to sandwich the reflecting portion 124 and are electrically connected to the upper DBR 108 of the slow light portion 122. The light control unit 30 and the light emitting unit 20 are electrically connected via a part of the upper DBR 108, but carriers injected from the p-side electrode 110 of the light emitting unit 20 are optically controlled due to the presence of the trench 120. Since most of it does not flow into the portion 30 and is injected into the active region 104 via the non-oxidized region 106B directly below, the operations of the light emitting portion 20 and the light control portion 30 do not substantially interfere. . In addition, if necessary, the resistance value between the light control unit 30 and the light emitting unit 20 is increased by extending the width of the trench 120 in the vertical direction, or an electrical operation using an ion implantation (injection) or the like. It is also possible to break up.

光制御部30は、横導波路として機能することに加えて、発光部20からの光を外部変調する機能を有する。第1の好ましい態様では、光制御部30が選択的に光の吸収を行う光吸収器として機能する例を説明する。発光部20のp側電極110とn側電極112との間には、常時、順方向バイアスの駆動電流が印加され、発光部20においてレーザ発振された光は、p側電極110によって反射されるため、より多くの光が光制御部30へ導かれる。   In addition to functioning as a lateral waveguide, the light control unit 30 has a function of externally modulating light from the light emitting unit 20. In the first preferred embodiment, an example will be described in which the light control unit 30 functions as a light absorber that selectively absorbs light. A forward-bias drive current is always applied between the p-side electrode 110 and the n-side electrode 112 of the light emitting unit 20, and the laser-oscillated light in the light emitting unit 20 is reflected by the p-side electrode 110. Therefore, more light is guided to the light control unit 30.

一方、光制御部30のp型電極210とn側電極との間には、逆バイアスの周波数fの駆動パルス信号が印加される。スローライト部122に逆バイアス電圧が印加されると、活性領域104の屈折率が変化しそこを通る光が吸収される。このような光の吸収原理は、電界吸収型(Electro Absorption:EA)の変調器として知られている。EA変調器は、半導体ヘテロ結合で形成された量子井戸に電界を印加すると、吸収端が長波長側にシフトする性質を用いて変調を行う。   On the other hand, a drive pulse signal having a reverse bias frequency f is applied between the p-type electrode 210 and the n-side electrode of the light control unit 30. When a reverse bias voltage is applied to the slow light unit 122, the refractive index of the active region 104 changes and light passing therethrough is absorbed. Such a light absorption principle is known as an electro absorption (EA) modulator. The EA modulator performs modulation using the property that the absorption edge shifts to the long wavelength side when an electric field is applied to a quantum well formed of a semiconductor heterojunction.

発光部20から横方向に導き出されたレーザ光Lmは、スローライト部122の下部DBR102から上部DBR108の垂直共振器内を反射されながら水平方向に伝播される。このため、スローライト部122の水平方向の距離D3が小さいものであっても、レーザ光Lmは、その距離の数百倍に相当する回数で活性領域104を通過し、これにより、レーザ光Lmがより効果的に吸収される。こうして、駆動パルス信号の周波数fに応じてスイッチングまたは変調されたレーザ光Lnは、スローライト部122の表面(境界106Cに相当するエリア)から反射部124の入射面124Aに入射され、入射された光は、反射面124Bで反射され、出射面124Cから収束されたレーザ光Lnが基板の主面と略平行な方向に出射される。   The laser light Lm guided laterally from the light emitting unit 20 is propagated in the horizontal direction while being reflected from the lower DBR 102 of the slow light unit 122 in the vertical resonator of the upper DBR 108. For this reason, even if the horizontal distance D3 of the slow light portion 122 is small, the laser light Lm passes through the active region 104 a number of times corresponding to several hundred times the distance, and thereby the laser light Lm. Is absorbed more effectively. Thus, the laser light Ln switched or modulated according to the frequency f of the drive pulse signal is incident on the incident surface 124A of the reflecting portion 124 from the surface of the slow light portion 122 (an area corresponding to the boundary 106C). The light is reflected by the reflecting surface 124B, and the laser light Ln converged from the emitting surface 124C is emitted in a direction substantially parallel to the main surface of the substrate.

スローライト部122の表面に反射部124が形成されていない場合には、スローライト部122の表面からは、非酸化領域106Bの平面形状、すなわち境界106Cの平面形状に則した、異方性のある楕円形のプロファイルを持つレーザ光が出射される。こうした、異方性の大きい楕円状のプロファイルを持つレーザ光は、光ファイバに結合しても、光量の損失が大きく、結合効率が低くなってしまい、光ファイバ等の光伝送部材との結合に適さない。これに対して、本実施例では、スローライト部122の表面に反射部124を設け、スローライト部122から出射されるレーザ光を異方性の少ないプロファイルを持つレーザ光に収束させることで、半導体レーザ10と光ファイバ等の光伝送部材との結合を容易にすることができる。   When the reflection part 124 is not formed on the surface of the slow light part 122, the surface of the slow light part 122 has an anisotropic property according to the planar shape of the non-oxidized region 106B, that is, the planar shape of the boundary 106C. Laser light having an elliptical profile is emitted. Even if the laser beam having an elliptical profile with a large anisotropy is coupled to an optical fiber, the loss of the light amount is large and the coupling efficiency is lowered, so that it is coupled with an optical transmission member such as an optical fiber. Not suitable. On the other hand, in the present embodiment, the reflection portion 124 is provided on the surface of the slow light portion 122, and the laser light emitted from the slow light portion 122 is converged to the laser light having a profile with less anisotropy, The coupling between the semiconductor laser 10 and an optical transmission member such as an optical fiber can be facilitated.

次に、光制御部30の第2の好ましい態様について説明する。第2の好ましい態様では、光制御部30は、光増幅部として機能する。第2の好ましい態様では、スローライト部122のp側電極210とn側電極112間に、順方向バイアスの駆動電流を印加することで、発光部20から導波されたレーザ光Lmを増幅する。光増幅器は、半導体光増幅器((Semiconductor Optical Amplifier: SOA)として知られている。   Next, the 2nd preferable aspect of the light control part 30 is demonstrated. In the second preferred embodiment, the light control unit 30 functions as an optical amplification unit. In the second preferred embodiment, a forward bias drive current is applied between the p-side electrode 210 and the n-side electrode 112 of the slow light part 122 to amplify the laser light Lm guided from the light emitting part 20. . An optical amplifier is known as a semiconductor optical amplifier (SOA).

p側駆動電極210とn側電極112との間に順方向バイアスの駆動電流を印加すると、電極からキャリアが注入され、スローライト部122内のレーザ光のゲインが増幅される。発光部20から注入されたレーザ光Lmは、スローライト部122の垂直共振器内を反射されながら水平方向に伝播されるため、活性領域104を何度も通過し、その結果、レーザ光Lmのゲインが増幅され、スローライト部112の表面から高出力のレーザ光Lnが反射部124へ入射される。仮に、周波数fの駆動パルス信号を印加すれば、周波数fに応じて変調されたレーザ光Lnが出射面124Cから水平方向に出射される。   When a forward bias drive current is applied between the p-side drive electrode 210 and the n-side electrode 112, carriers are injected from the electrode, and the gain of the laser light in the slow light unit 122 is amplified. Since the laser light Lm injected from the light emitting unit 20 is propagated in the horizontal direction while being reflected in the vertical resonator of the slow light unit 122, it passes through the active region 104 many times. As a result, the laser light Lm The gain is amplified, and the high-power laser beam Ln is incident on the reflection unit 124 from the surface of the slow light unit 112. If a drive pulse signal having a frequency f is applied, the laser light Ln modulated according to the frequency f is emitted from the emission surface 124C in the horizontal direction.

図6は、光制御部30が光増幅器として機能するときの光増幅量を示すグラフである。縦軸は利得、横軸は電流密度である。図から明らかにように、電流密度が増加すると、利得が増加することが分かる。つまり、光制御部30からのキャリアからの注入量が増加すると、利得が増加する。   FIG. 6 is a graph showing the amount of light amplification when the light control unit 30 functions as an optical amplifier. The vertical axis represents gain, and the horizontal axis represents current density. As can be seen from the figure, the gain increases as the current density increases. That is, as the injection amount from the carrier from the light control unit 30 increases, the gain increases.

上記実施例では、光制御部30を、光吸収器または光増幅器として機能させる例を示したが、発光部20の側部に、2つの光制御部を形成し、2つの光制御部によって光吸収器および光増幅器の機能を実現させるようにしてもよい。例えば、発光部20から注入されたレーザ光Lmを第1の光制御部により一定のゲインで増幅し、増幅されたレーザ光を第2の光増幅器により選択的に吸収(変調)することができる。この場合、第1の光制御部の表面から光が出射されないように、例えば、p側電極を非酸化領域106Bに重複させ、第2の光制御部の表面に反射部124を形成する。また、これとは反対に、発光部20から注入された光を第1の光制御部により選択的に吸収(変調)し、変調されたレーザ光を第2の光制御部で増幅するようにしてもよい。この場合にも、第1の光制御部の表面から光が出射されないようにし、第2の光制御部の表面に反射部124を形成する。なお、光吸収と光増幅のために2つの光制御部を形成ける場合には、それぞれ別個にp側の駆動電極を形成する必要がある。   In the above-described embodiment, an example in which the light control unit 30 functions as an optical absorber or an optical amplifier is shown. However, two light control units are formed on the side of the light emitting unit 20 and light is emitted by the two light control units. You may make it implement | achieve the function of an absorber and an optical amplifier. For example, the laser light Lm injected from the light emitting unit 20 can be amplified with a constant gain by the first light control unit, and the amplified laser light can be selectively absorbed (modulated) by the second optical amplifier. . In this case, for example, the p-side electrode is overlapped with the non-oxidized region 106B so that the light is not emitted from the surface of the first light control unit, and the reflection unit 124 is formed on the surface of the second light control unit. On the contrary, the light injected from the light emitting unit 20 is selectively absorbed (modulated) by the first light control unit, and the modulated laser light is amplified by the second light control unit. May be. Also in this case, light is not emitted from the surface of the first light control unit, and the reflection unit 124 is formed on the surface of the second light control unit. If two light control units can be formed for light absorption and light amplification, it is necessary to form p-side drive electrodes separately.

図7は、本実施例の半導体レーザを用いた光伝送装置の構成を示すブロック図である。本実施例の光伝送装置300は、発光部20を駆動するための駆動信号S1、光制御部30を駆動するための駆動信号S2を生成する駆動部310を備えている。駆動信号S2は、光制御部30が光吸収器として機能するかまたは光増幅器として機能するかに応じて変更される。さらに、上記したように、第1および第2の光制御部30A、30Bを形成する場合には、駆動部310は、第1および第2の光制御部30A、30Bに対しそれぞれ駆動信号S2、S3を供給する。   FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an optical transmission device using the semiconductor laser of the present embodiment. The optical transmission apparatus 300 of this embodiment includes a drive unit 310 that generates a drive signal S1 for driving the light emitting unit 20 and a drive signal S2 for driving the light control unit 30. The drive signal S2 is changed according to whether the light control unit 30 functions as an optical absorber or an optical amplifier. Furthermore, as described above, when the first and second light control units 30A and 30B are formed, the drive unit 310 sends the drive signal S2 to the first and second light control units 30A and 30B, respectively. S3 is supplied.

図8は、本実施例の光伝送装置の一構成例を示す断面図である。光伝送装置400は、半導体レーザ10や駆動部310が形成された電子部品410を搭載する金属ステム420を含み、ステム420が中空キャップ430で覆われ、キャップ430の中央にボールレンズ440が固定されている。ステム420にはさらに円筒状の筐体450が取り付けられ、筐体450の端部にフェルール460を介して光ファイバ470が固定される。電子部品410から変調されたレーザ光は、ボールレンズ440によって集光され、その光は、光ファイバ470に入射され、送信される。なお、ボールレンズ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いることができる。   FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the optical transmission apparatus according to the present embodiment. The optical transmission device 400 includes a metal stem 420 on which an electronic component 410 on which the semiconductor laser 10 and the driving unit 310 are formed is mounted. The stem 420 is covered with a hollow cap 430, and a ball lens 440 is fixed to the center of the cap 430. ing. A cylindrical housing 450 is further attached to the stem 420, and an optical fiber 470 is fixed to an end of the housing 450 via a ferrule 460. The laser light modulated from the electronic component 410 is collected by the ball lens 440, and the light is incident on the optical fiber 470 and transmitted. In addition to the ball lens, other lenses such as a biconvex lens and a plano-convex lens can be used.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。上記実施例では、AlGaAsの化合物半導体を用いた半導体レーザを例示したが、これ以外のIII−V族化合物半導体層を用いた半導体レーザであってもよい。さらに、上記実施例中の発光部20や光制御部30の形状は例示であって、これ以外の形状であってもよい。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible. In the above embodiment, the semiconductor laser using the AlGaAs compound semiconductor is illustrated, but a semiconductor laser using other III-V group compound semiconductor layers may be used. Furthermore, the shapes of the light emitting unit 20 and the light control unit 30 in the above embodiment are merely examples, and other shapes may be used.

10:半導体レーザ
20:発光部
30:光制御部
100:GaAs基板
102:下部DBR
104:活性領域
106:電流狭窄層
106A:酸化領域
106B:非酸化領域
106C:境界
108:上部DBR
110、210:p側電極
112:n側電極
120:トレンチ(溝)
122:スローライト部
124:反射部
124A:入射面
124B:反射面
124C:出射面
10: Semiconductor laser 20: Light emitting unit 30: Light control unit 100: GaAs substrate 102: Lower DBR
104: Active region 106: Current confinement layer 106A: Oxidized region 106B: Non-oxidized region 106C: Boundary 108: Upper DBR
110, 210: p-side electrode 112: n-side electrode 120: trench (groove)
122: Slow light portion 124: Reflecting portion 124A: Incident surface 124B: Reflecting surface 124C: Outgoing surface

Claims (13)

基板と、
前記基板上に形成され、第1の活性領域、第1の活性領域を挟むように構成された第1の垂直共振器、および第1の活性領域に駆動電流を供給するための第1の電極を含む発光部と、
前記基板上に形成され、前記発光部で発せられた光を前記基板の主面と略平行な方向に伝播させ、かつ伝播された光を吸収または増幅する光制御部とを有し、
前記光制御部は、第2の活性領域、第2の活性領域を挟むように構成された第2の垂直共振器、制御電流を供給するための第2の電極、第2の垂直共振器上に形成された反射部とを有し、
前記反射部は、第2の垂直共振器からの光を入射し、入射した光を一定方向へ反射させる、半導体レーザ。
A substrate,
A first active region formed on the substrate, a first vertical resonator configured to sandwich the first active region, and a first electrode for supplying a driving current to the first active region A light emitting unit including
A light control unit that is formed on the substrate, propagates light emitted from the light emitting unit in a direction substantially parallel to the main surface of the substrate, and absorbs or amplifies the propagated light;
The light control unit includes a second active region, a second vertical resonator configured to sandwich the second active region, a second electrode for supplying a control current, and a second vertical resonator And a reflection part formed on
The said reflection part is a semiconductor laser which injects the light from a 2nd vertical resonator, and reflects the incident light to a fixed direction.
前記反射部は、第2の垂直共振器からの光を入射する入射面、入射された光を反射する反射面、反射された光を前記一定方向に出射する出射面とを有し、前記反射面は、前記入射面に対して傾斜している、請求項1に記載の半導体レーザ。 The reflection unit has an incident surface on which light from the second vertical resonator is incident, a reflection surface that reflects incident light, and an output surface that emits reflected light in the predetermined direction, and the reflection The semiconductor laser according to claim 1, wherein a surface is inclined with respect to the incident surface. 前記反射部は、前記入射面から入射された光を収束し、収束した光を前記出射面から出射させる、請求項1または2に記載の半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein the reflection unit converges light incident from the incident surface and emits the converged light from the emission surface. 前記反射部は、第2の垂直共振器上に結晶成長された半導体層である、請求項1ないし3いずれか1つに記載の半導体レーザ。 4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the reflecting portion is a semiconductor layer crystal-grown on the second vertical resonator. 5. 前記半導体層は、第1の端部と、当該第1の端部に対向する第2の端部とを有し、第1の端部は、第1の膜厚および第1の幅を有し、第2の端部は、第1の膜厚よりも大きい第2の膜厚および第1の幅よりも狭い第2の幅を有し、第2の端部は、反射部の出射面を形成する、請求項1ないし4いずれか1つに記載の半導体レーザ。 The semiconductor layer has a first end and a second end facing the first end, and the first end has a first film thickness and a first width. The second end portion has a second film thickness larger than the first film thickness and a second width narrower than the first width, and the second end portion is an exit surface of the reflecting portion. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser is formed. 前記光制御部は、前記発光部の等価屈折率よりも等価屈折率が小さい低等価屈折率領域と、前記低等価屈折率領域よりも等価屈折率が高い高等価屈折率領域とを含み、前記反射部は、前記高等価屈折率領域が延在する方向に延在する、請求項1ないし5いずれか1つに記載の半導体レーザ。 The light control unit includes a low equivalent refractive index region whose equivalent refractive index is smaller than an equivalent refractive index of the light emitting unit, and a high equivalent refractive index region whose equivalent refractive index is higher than the low equivalent refractive index region, The semiconductor laser according to claim 1, wherein the reflecting portion extends in a direction in which the high equivalent refractive index region extends. 前記反射部は、前記高等価屈折率領域と重複する位置に形成される、請求項1ないし6いずれか1つに記載の半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein the reflection portion is formed at a position overlapping the high equivalent refractive index region. 前記低等価屈折率領域は、第2の垂直共振器内に形成された溝である、請求項6に記載の半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 6, wherein the low equivalent refractive index region is a groove formed in the second vertical resonator. 前記出射面は、略円形または略正方形である、請求項1ないし8いずれか1つに記載の半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein the emission surface is substantially circular or substantially square. 前記光制御部は、第2の電極に順方向バイアスの制御電流が供給されたとき、伝播された光を増幅する、請求項1ないし9いずれか1つに記載の半導体レーザ。 10. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the light control unit amplifies the propagated light when a forward bias control current is supplied to the second electrode. 11. 前記光制御部は、第2の電極に逆バイスの制御電流が供給されたとき、伝播された光を吸収する、請求項1ないし9いずれか1つに記載の半導体レーザ。 10. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the light control unit absorbs the propagated light when a reverse vise control current is supplied to the second electrode. 11. 請求項1ないし11いずれか1つに記載の半導体レーザと、
前記反射部の出射面から出射された光と結合される光伝送部材と、
を有する光伝送装置。
A semiconductor laser according to any one of claims 1 to 11,
An optical transmission member combined with light emitted from the exit surface of the reflecting portion;
An optical transmission device.
光伝送装置はさらに、第1の電極に駆動電流を供給し、第2の電極に制御電流を供給する駆動手段を含む、請求項12に記載の光伝送装置。 The optical transmission device according to claim 12, further comprising a driving unit that supplies a driving current to the first electrode and supplies a control current to the second electrode.
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