JPH1075004A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

Semiconductor light-emitting device

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JPH1075004A
JPH1075004A JP22836996A JP22836996A JPH1075004A JP H1075004 A JPH1075004 A JP H1075004A JP 22836996 A JP22836996 A JP 22836996A JP 22836996 A JP22836996 A JP 22836996A JP H1075004 A JPH1075004 A JP H1075004A
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JP
Japan
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emitting device
optical amplifier
semiconductor
light emitting
semiconductor optical
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Application number
JP22836996A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Hideo Yamanaka
英生 山中
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase an allowance for a change in current, a change in temperature, etc., and enable a stable oscillation at a single mode in a semiconductor light-emitting device which selects an emission wavelength by a band pass filter having a narrow transmission wavelength band characteristic. SOLUTION: In a semiconductor light-emitting device, wherein a light beam 11 emitted from an end face 10b of a semiconductor optical amplifier 10 is passed through an interference filter 14 having a narrow transmission wavelength band characteristic for selecting its wavelength, and the light beam 11 is reflected by a mirror 13 to be sent back to the semiconductor optical amplifier 10, such an interference filter 14 is used whose transmission band width BW (the full width at half maximum intensity when the beam passes twice: the unit is nm) is smaller than (dλ0 -0.025)/0.214, where dι0 (the unit is nm) is an interval in the Fabry-Perot internal mode of the semiconductor optical amplifier 10.

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】本発明は半導体発光装置に関
し、特に詳細には、発光源として半導体光増幅器を備
え、この半導体光増幅器から出射した光を波長選択した
上で該半導体光増幅器に戻すことにより、発光波長を所
望値に制御するようにした半導体発光装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device provided with a semiconductor optical amplifier as a light emitting source, for selecting light emitted from the semiconductor optical amplifier and returning the light to the semiconductor optical amplifier. To control the emission wavelength to a desired value.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体を利用して単一波長の
高出力の光ビームを得る試みが種々なされている。ELEC
TRONICS LETTERS (エレクトロニクス・レターズ) Vo
l.29,No.14,(1993) pp.1254〜1255には、そのような半
導体発光装置の一つが示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various attempts have been made to obtain a single-wavelength high-power light beam using a semiconductor. ELEC
TRONICS LETTERS Vo
l.29, No. 14, (1993) pp. 1254-1255 shows one such semiconductor light emitting device.

【0003】この半導体発光装置は、図12に示すよう
に発光源として半導体光増幅器1を有し、この半導体光
増幅器1の後方端面1aから出射した光をレンズ2によ
って平行光化した後、反射型回折格子3で反射させて半
導体光増幅器1に戻すようにしたものである。この構成
においては、回折格子3によって波長選択された光4が
半導体光増幅器1に戻されることにより、その前方端面
1bから出射する光4Fの波長が単一波長にロックされ
る。またこの半導体発光装置においては、回折格子3に
おける光入射角が変化するようにその設置角度を調整す
ることにより、発光波長をある程度の範囲内で変化させ
ることもできる。
As shown in FIG. 12, this semiconductor light emitting device has a semiconductor optical amplifier 1 as a light emitting source. After the light emitted from the rear end face 1a of the semiconductor optical amplifier 1 is collimated by a lens 2, it is reflected. The light is reflected by the diffraction grating 3 and returned to the semiconductor optical amplifier 1. In this configuration, the light 4 whose wavelength is selected by the diffraction grating 3 is returned to the semiconductor optical amplifier 1 so that the wavelength of the light 4F emitted from the front end face 1b is locked to a single wavelength. Further, in this semiconductor light emitting device, the emission wavelength can be changed within a certain range by adjusting the installation angle so that the light incident angle on the diffraction grating 3 changes.

【0004】この外部光学系によって発光波長を選択す
る従来の半導体発光装置は、回折格子における回折角度
が波長に応じて変化することを利用しているので、波長
選択するためには、回折格子で反射後に所定の光路から
外れて進行する光ビームをカットする空間的アパーチャ
が必要となる。そのために従来は、図12にも示される
通り、半導体光増幅器1として外部光学系側のストライ
プ幅Wiを例えば4μmと狭くしたテーパストライプ増
幅器を用いて、この狭いストライプを実質上の空間的ア
パーチャとしていたが、そのような狭いストライプ幅の
半導体光増幅器を使用しなければならないという制限が
あると、高出力化等の要求に応えることが難しくなる。
A conventional semiconductor light-emitting device that selects an emission wavelength by using this external optical system utilizes the fact that the diffraction angle of the diffraction grating changes according to the wavelength. A spatial aperture that cuts off a light beam that travels off a predetermined optical path after reflection is required. Conventionally, as shown in FIG. 12, a taper stripe amplifier in which the stripe width Wi on the external optical system side is reduced to, for example, 4 μm as the semiconductor optical amplifier 1 is used, and this narrow stripe is used as a substantial spatial aperture. However, if there is a restriction that a semiconductor optical amplifier having such a narrow stripe width must be used, it is difficult to meet the demand for higher output and the like.

【0005】また、上記従来の半導体発光装置において
は、所望の発光波長を得るために回折格子の角度を高精
度で所定角度に設定する必要があり、その調整作業が非
常に面倒かつ困難なものとなる。さらに、回折格子は一
般にかなり高価であることから、上記半導体発光装置は
安価に作製することが難しいものとなっている。
Further, in the above-mentioned conventional semiconductor light emitting device, it is necessary to set the angle of the diffraction grating to a predetermined angle with high accuracy in order to obtain a desired emission wavelength, and the adjustment operation is very troublesome and difficult. Becomes Further, since the diffraction grating is generally quite expensive, it is difficult to manufacture the semiconductor light emitting device at low cost.

【0006】このような問題を解決するために、本出願
人は先に、外部光学系により発光波長を選択可能で、半
導体光増幅器の選択の自由度が高く、低コスト化の要求
に応えることができ、また調整も容易な半導体発光装置
を提案した(特開平8−32161号)。
[0006] In order to solve such a problem, the present applicant has previously made it possible to select an emission wavelength by an external optical system, to have a high degree of freedom in selecting a semiconductor optical amplifier, and to meet the demand for cost reduction. A semiconductor light emitting device which can be easily adjusted is proposed (JP-A-8-32161).

【0007】この半導体発光装置は、上述した回折格子
の代りにバンドパスフィルタによって発光波長を選択す
るものであり、すなわち、半導体光増幅器と、この半導
体光増幅器の一端面から出射した光を反射させて前記一
端面に戻すミラーと、前記光の光路に挿入された狭透過
波長帯域特性のバンドパスフィルタとから構成されたこ
とを特徴とするものである。
In this semiconductor light emitting device, a light emission wavelength is selected by a bandpass filter instead of the above-described diffraction grating. That is, a semiconductor optical amplifier and light emitted from one end surface of the semiconductor optical amplifier are reflected. And a mirror for returning to the one end face, and a bandpass filter having a narrow transmission wavelength band characteristic inserted in the optical path of the light.

【0008】この半導体発光装置において、半導体光増
幅器の一端面から出射した光は、バンドパスフィルタに
よって狭い波長帯域に波長選択され、その光が半導体光
増幅器に戻されるので、前述の回折格子を用いる場合と
同様に、半導体光増幅器の発光波長が単一波長に制御さ
れる。
In this semiconductor light emitting device, the light emitted from one end face of the semiconductor optical amplifier is selected in a narrow wavelength band by a band-pass filter, and the light is returned to the semiconductor optical amplifier. As in the case, the emission wavelength of the semiconductor optical amplifier is controlled to a single wavelength.

【0009】またこの半導体発光装置においては、波長
選択がバンドパスフィルタのみによって行なわれるの
で、特に空間的アパーチャは必要ではない。したがっ
て、半導体光増幅器としてストライプ幅が狭いものを限
定使用する必要がなくなり、高出力タイプのものも含め
て多様な半導体光増幅器を選択可能となる。
In this semiconductor light emitting device, since the wavelength selection is performed only by the band pass filter, no spatial aperture is required. Therefore, it is not necessary to limit the use of a semiconductor optical amplifier having a narrow stripe width, and various semiconductor optical amplifiers including a high-output type can be selected.

【0010】また一般にバンドパスフィルタは、回折格
子と比べれば安価に作製できるので、この半導体発光装
置は、回折格子を用いる従来の半導体発光装置よりも低
コストで形成可能となる。
In general, a band-pass filter can be manufactured at a lower cost than a diffraction grating, so that this semiconductor light emitting device can be formed at a lower cost than a conventional semiconductor light emitting device using a diffraction grating.

【0011】そして、バンドパスフィルタは回折格子と
異なって、角度分散によって波長選択性を得るものでは
ないので、発光波長選択のために該バンドパスフィルタ
を厳密に角度調整する必要はない。したがってこの半導
体発光装置は、調整も容易なものとなる。
[0011] Unlike a diffraction grating, a bandpass filter does not obtain wavelength selectivity by angular dispersion. Therefore, it is not necessary to strictly adjust the angle of the bandpass filter for selecting an emission wavelength. Therefore, the semiconductor light emitting device can be easily adjusted.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上の通り特開平8−
32161号の半導体発光装置は、前述した種々の問題
を解決できるものであるが、その半面、電流変化や温度
変化等によって発振モードが変化するので、単一モード
で安定に発振させるために精密な電流制御や温度制御が
必要となっていた。
As described above, Japanese Patent Application Laid-Open No.
The 32161 semiconductor light emitting device can solve the above-mentioned various problems, but on the other hand, the oscillation mode changes due to a current change, a temperature change, or the like. Current control and temperature control were required.

【0013】以下、狭透過波長帯域特性のバンドパスフ
ィルタを用いて発光波長を選択する従来の半導体発光装
置において、発振モードが変化する様子について詳しく
説明する。図2は、バンドパスフィルタを用いた従来の
半導体発光装置の一例を示すものであり、この半導体発
光装置はテーパストライプ10aを有する半導体光増幅器
10と、この半導体光増幅器10の後方端面10bから出射し
た光ビーム11を平行光化するコリメータレンズ12と、平
行光となった上記光ビーム11を元の光路を戻るように反
射させる、例えばAlからなるミラー13と、このミラー
13とコリメータレンズ12との間において光ビーム11の光
路に挿入された狭帯域干渉フィルタ14と、上記コリメー
タレンズ12と共焦点光学系を構成し、平行光となった光
ビーム11をミラー13上で収束させる集光レンズ15とで構
成されている。
The manner in which the oscillation mode changes in a conventional semiconductor light emitting device that selects an emission wavelength using a bandpass filter having a narrow transmission wavelength band characteristic will be described in detail below. FIG. 2 shows an example of a conventional semiconductor light emitting device using a band-pass filter. This semiconductor light emitting device has a semiconductor optical amplifier having a tapered stripe 10a.
10, a collimator lens 12 for collimating the light beam 11 emitted from the rear end face 10b of the semiconductor optical amplifier 10, and reflecting the collimated light beam 11 back to the original optical path, for example, Al Mirror 13 and this mirror
A narrow-band interference filter 14 inserted into the optical path of the light beam 11 between the collimator lens 13 and the collimator lens 12 constitutes a confocal optical system with the collimator lens 12, and the parallel collimated light beam 11 is placed on the mirror 13. And a converging lens 15 that converges at.

【0014】上記半導体光増幅器10は図3に示すよう
に、例えばテーパストライプ10aの後方端面10b側の幅
Wrが4μm、前方端面10c側の幅Wfが160 μm、後
方端面10bおよび前方端面10cの反射率が共に0.1 %以
下、長さ(共振器長)Lが1500μmのものである。
As shown in FIG. 3, for example, the width Wr of the tapered stripe 10a on the rear end face 10b side is 4 μm, the width Wf on the front end face 10c side is 160 μm, and the width of the rear end face 10b and the front end face 10c is as shown in FIG. Both have a reflectance of 0.1% or less and a length (resonator length) L of 1500 μm.

【0015】上記の半導体発光装置において、狭帯域干
渉フィルタ14として図4のF2の分光透過特性を有する
狭帯域透過フィルタを用いた場合の、発振波長の駆動電
流依存性を図5に示す。ここに示される通り、駆動電流
が増大すると半導体接合部の温度上昇により発振波長は
長波長側ヘシフトするが、狭帯域干渉フィルタ14の効果
によりほぼ単一のスペクトルで発振する。
FIG. 5 shows the dependence of the oscillation wavelength on the driving current when a narrow-band transmission filter having the spectral transmission characteristic of F2 shown in FIG. 4 is used as the narrow-band interference filter 14 in the semiconductor light emitting device described above. As shown here, when the driving current increases, the oscillation wavelength shifts to the longer wavelength side due to a rise in the temperature of the semiconductor junction, but oscillates with a substantially single spectrum due to the effect of the narrow band interference filter 14.

【0016】この際、外部共振器において光が1往復し
たとき、つまり光がフィルタ14を2回通過したときの透
過波長帯域の半値全幅より狭い範囲で、波長がジグザグ
状に変化する。これは、半導体光増幅器10の両端面10b
および10cを反射率0.1 %以下に形成したとはいえ、半
導体光増幅器内部のファブリ・ペロ・モードの残留があ
り、フィルタ14の規制を受けながら短波長側の次の内部
モードヘモードホップすることに起因している。
At this time, when the light makes one round trip in the external resonator, that is, in a range narrower than the full width at half maximum of the transmission wavelength band when the light passes through the filter 14 twice, the wavelength changes in a zigzag manner. This is the end face 10b of the semiconductor optical amplifier 10.
And 10c are formed to a reflectance of 0.1% or less, but there is a residual Fabry-Perot mode inside the semiconductor optical amplifier, and the mode hops to the next internal mode on the short wavelength side while being controlled by the filter 14. Is attributed to

【0017】上記従来の半導体発光装置は、単一波長で
発振する際のスペクトルの半値全幅が例えば0.01nm以
上と広く、スペクトル純度が良くない。また、図4のF
1のフィルタを用いて更に発振スペクトルを安定化した
場合においても、単一モードで発振する電流およびデバ
イス温度の範囲が狭く、遠視野像も電流変化に伴って例
えば図6に示すように大きく変化する。
The above conventional semiconductor light emitting device has a wide full width at half maximum of, for example, 0.01 nm or more when oscillating at a single wavelength, and has poor spectral purity. Also, F in FIG.
Even when the oscillation spectrum is further stabilized by using the first filter, the range of the current oscillating in the single mode and the device temperature are narrow, and the far-field pattern largely changes as shown in FIG. I do.

【0018】特に遠視野像の変化は、レーザビームプリ
ンタやレーザビームスキャナ等において重大な支障を及
ぼす欠点である。それらの機器に用いられる半導体光増
幅器は、高出力用として形成されてビーム出射幅が一般
に50μm以上と広いため、回折限界に近いビームの遠視
野は、図6のように1度以下の拡がり角の強ビームとな
る。実際には、一旦スリットなどに集光して周辺のサイ
ドローブをカットして使用することが多いが、この際に
ビーム変形が生じると、スリットのような空間フィルタ
を透過する光量が変動する。このように、ビーム形状の
変形と同時に強度変動が生じると、半導体発光装置の応
用上大きな問題となる。
Particularly, a change in the far-field image is a disadvantage that seriously hinders a laser beam printer, a laser beam scanner, and the like. Since the semiconductor optical amplifiers used in these devices are formed for high output and the beam emission width is generally as large as 50 μm or more, the far field of the beam close to the diffraction limit has a divergence angle of 1 degree or less as shown in FIG. Becomes a strong beam. In practice, the light is often once condensed on a slit or the like and used after cutting the peripheral side lobes. However, when the beam is deformed at this time, the amount of light transmitted through a spatial filter such as the slit fluctuates. As described above, if the intensity variation occurs simultaneously with the deformation of the beam shape, it becomes a serious problem in application of the semiconductor light emitting device.

【0019】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、狭透過波長帯域特性のバンドパスフィルタによ
って発光波長を選択し、そして、電流変化や温度変化等
に対する許容度が高くて単一モードで安定に発振する半
導体発光装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a band-pass filter having a narrow transmission wavelength band characteristic to select an emission wavelength. It is an object to provide a semiconductor light emitting device that stably oscillates in a mode.

【0020】また本発明は、上記の要求を満たした上で
さらに、発振ビームの遠視野像の変化も少い半導体発光
装置を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device which satisfies the above-mentioned requirements and further has a small change in the far-field pattern of the oscillation beam.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明による第1の半導
体発光装置は、前述したように半導体光増幅器と、この
半導体光増幅器の一端面から出射した光を反射させて前
記一端面に戻すミラーと、前記光の光路に挿入された狭
透過波長帯域特性のバンドパスフィルタとから構成され
て、このバンドパスフィルタによって発光波長を選択す
る半導体発光装置において、半導体光増幅器のファブリ
・ペロ内部モードの間隔をdλo (単位はnm)とした
とき、バンドパスフィルタとして、透過帯域幅BW(2
回透過時の半値全幅:単位はnm)が(dλo −0.025
)/ 0.214なる値よりも小さいものが用いられたこと
を特徴とするものである。
As described above, a first semiconductor light emitting device according to the present invention comprises a semiconductor optical amplifier and a mirror for reflecting light emitted from one end of the semiconductor optical amplifier and returning the reflected light to the one end. And a band-pass filter having a narrow transmission wavelength band characteristic inserted in the optical path of the light, wherein the band-pass filter selects an emission wavelength. When the interval is dλ o (unit is nm), the transmission band width BW (2
The full width at half maximum at the time of single transmission: the unit is nm, but (dλ o −0.025)
) /0.214.

【0022】また本発明による第2の半導体発光装置
は、上記構成の半導体発光装置において、半導体光増幅
器の上記一端面と反対側の端面の反射率が1%以上とさ
れたことを特徴とするものである。
A second semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that, in the semiconductor light emitting device having the above-described configuration, the reflectance of the end face of the semiconductor optical amplifier opposite to the one end face is 1% or more. Things.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態による半
導体発光装置を示すものである。図示されるようにこの
半導体発光装置は、テーパストライプ10aを有する半導
体光増幅器10と、この半導体光増幅器10の後方端面10b
から出射した光ビーム11を平行光化するコリメータレン
ズ12と、平行光となった上記光ビーム11を元の光路を戻
るように反射させる、Alからなるミラー13と、このミ
ラー13とコリメータレンズ12との間において光ビーム11
の光路に挿入された干渉フィルタ14と、上記コリメータ
レンズ12と共焦点光学系を構成し、平行光となった光ビ
ーム11をミラー13上で収束させる集光レンズ15とで構成
されている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail. FIG. 1 shows a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. As shown, the semiconductor light emitting device includes a semiconductor optical amplifier 10 having a tapered stripe 10a, and a rear end face 10b of the semiconductor optical amplifier 10.
A collimator lens 12 for collimating the light beam 11 emitted from the light source, a mirror 13 made of Al for reflecting the collimated light beam 11 back to the original optical path, and a mirror 13 and a collimator lens 12 made of Al. Between the light beam 11
And a condensing lens 15 that forms a confocal optical system with the collimator lens 12 and that converges the parallel light beam 11 on the mirror 13.

【0024】半導体光増幅器10の平面形状は先に図3に
示したものと同様であり、テーパストライプ10aの後方
端面10b側の幅Wr=4μm、前方端面10c側の幅Wf
=160 μm、長さ(共振器長)L=1.5 mmのものであ
る。またコリメータレンズ12は開口数NA=0.6 、焦点
距離f=6mmのものである。一方、集光レンズ15の焦
点距離f=25.6mmである。干渉フィルタ14としては、
図4のF1、F2のものを比較使用する。そしてこの干
渉フィルタ14は、その表面からの直接反射光が半導体光
増幅器10へ戻るのを防止するために、光路に対して垂直
に置かずに、数度傾けてある。この角度は適当に選ぶこ
とができる。
The planar shape of the semiconductor optical amplifier 10 is the same as that shown in FIG. 3, and the width Wr of the tapered stripe 10a on the rear end face 10b side is 4 μm, and the width Wf on the front end face 10c side is Wf.
= 160 μm and length (resonator length) L = 1.5 mm. The collimator lens 12 has a numerical aperture NA = 0.6 and a focal length f = 6 mm. On the other hand, the focal length f of the condenser lens 15 is 25.6 mm. As the interference filter 14,
F1 and F2 in FIG. 4 are used for comparison. The interference filter 14 is not placed perpendicularly to the optical path but tilted several degrees in order to prevent light directly reflected from the surface from returning to the semiconductor optical amplifier 10. This angle can be selected appropriately.

【0025】また半導体光増幅器10としては、一例とし
て、n−GaAs基板(Si=2×1018cm-3ドープ)
上にn−GaAsバッファ層(Si=1×1018cm-3
ープ、層厚0.5 μm)、n−Al0.5 Ga0.5 Asクラ
ッド層(Si=1×1018cm-3ドープ、層厚2.5 μ
m)、n−Al0.25Ga0.75As光ガイド層(アンドー
プ、層厚0.05μm)、n−Al0.05Ga0.95As量子井
戸層(アンドープ、層厚8nm)、n−Al0.25Ga
0.75As光ガイド層(アンドープ、層厚0.05μm)、p
−Al0.5 Ga0.5 Asクラッド層(Zn=1×1018
-3ドープ、層厚2μm)、p−GaAsキャップ層
(Zn=5×1018cm-3ドープ、層厚0.3 μm)を減圧
MOCVD法により作成してなる層構成のものが用いら
れる。
The semiconductor optical amplifier 10 is, for example, an n-GaAs substrate (Si = 2 × 10 18 cm −3 doped).
An n-GaAs buffer layer (Si = 1 × 10 18 cm −3 doped, layer thickness 0.5 μm), an n-Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer (Si = 1 × 10 18 cm −3 doped, layer thickness 2.5 μm)
m), n-Al 0.25 Ga 0.75 As optical guide layer (undoped, layer thickness 0.05 μm), n-Al 0.05 Ga 0.95 As quantum well layer (undoped, layer thickness 8 nm), n-Al 0.25 Ga
0.75 As light guide layer (undoped, layer thickness 0.05 μm), p
-Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer (Zn = 1 × 10 18 c
A layer structure is used in which a m- 3 dope, layer thickness 2 μm) and a p-GaAs cap layer (Zn = 5 × 10 18 cm −3 dope, layer thickness 0.3 μm) are formed by a reduced pressure MOCVD method.

【0026】またテーパストライプ10aとしては、例え
ば上記キャップ層の上にプラズマCVD法によりSiO
2 膜を形成し、ストライプとなるテーパ状領域において
フォトリソグラフィとエッチングにより上記SiO2
を除去し、p−側にはAuZn/Auにより、n−側に
はAuGe/Auによりそれぞれオーミック電極を形成
してなる構造を用いることができる。
As the tapered stripe 10a, for example, SiO 2 is formed on the cap layer by a plasma CVD method.
2 films are formed, the SiO 2 film is removed by photolithography and etching in a tapered region serving as a stripe, and ohmic electrodes are formed on the p− side by AuZn / Au and on the n− side by AuGe / Au. Can be used.

【0027】また本実施形態において半導体光増幅器10
の端面10b、10cには低反射率コーティングが施され、
それにより端面10bの反射率Rr、端面10cの反射率R
fはそれぞれ0.1 %以下とされている。
In this embodiment, the semiconductor optical amplifier 10
The end faces 10b and 10c are coated with a low reflectance coating,
Thereby, the reflectance Rr of the end face 10b and the reflectance R of the end face 10c
f are each set to 0.1% or less.

【0028】ここで、図5に示すような発振波長の駆動
電流依存性を測定して、同じ縦モードが維持される波長
幅(ジグザグ状変化の振幅)を測定した。図7にこの変
化波長幅Δλと、干渉フィルタ14の透過帯域幅BW(1
往復=2回透過時の半値全幅)との関係を示す。この関
係から、変化波長幅Δλは干渉フィルタ14の透過帯域幅
BWより小さいことを見い出した。つまりΔλはBWの
1次関数で表され、図7において直線Aで示した変化波
長幅Δλの上限は、 Δλ=0.025 +0.214 ×BW(nm)……(a)とな
る。
Here, the dependence of the oscillation wavelength on the driving current as shown in FIG. 5 was measured, and the wavelength width (the amplitude of the zigzag change) in which the same longitudinal mode was maintained was measured. FIG. 7 shows the change wavelength width Δλ and the transmission bandwidth BW (1
(Reciprocation = full width at half maximum when transmitted twice). From this relationship, it has been found that the change wavelength width Δλ is smaller than the transmission bandwidth BW of the interference filter 14. That is, Δλ is represented by a linear function of BW, and the upper limit of the change wavelength width Δλ shown by the straight line A in FIG. 7 is Δλ = 0.025 + 0.214 × BW (nm) (a).

【0029】一方、半導体発光装置が単一モードで有効
に動作するためには、半導体光増幅器10のファブリ・ペ
ロ内部モードの間隔をdλo (単位はnm)とすると、 Δλ<dλo ……(b)の関係が
必要である。
On the other hand, in order for the semiconductor light emitting device to operate effectively in a single mode, if the interval between the Fabry-Perot internal modes of the semiconductor optical amplifier 10 is dλ o (unit is nm), Δλ <dλ o ... The relationship of (b) is required.

【0030】上記(1)および(2)の関係から、 BW<(dλo −0.025 )/ 0.214 ……(c) であれば、半導体発光装置が単一モードで有効に動作す
ることになる。
From the above relationships (1) and (2), if BW <(dλ o −0.025) /0.214 (c), the semiconductor light emitting device operates effectively in a single mode.

【0031】さらに詳しく説明すると、ファブリ・ペロ
内部モードの間隔dλo は、よく知られているように、
More specifically, the distance dλ o between the Fabry-Perot internal modes is, as is well known,

【0032】[0032]

【数1】 (Equation 1)

【0033】で表される(例えば、H.C.Casey,Jr.and
M.B.Panish“Heterostructure Lasers,PART A",Academ
ic Press,New York,p.167(1978) 参照)。ここで、λo
は発振波長、nは光増幅器内伝搬モードの等価屈折率、
dn/dλo は等価屈折率の波長分散である。したがっ
て、上記(c)の必要条件は、
(Eg, HCCasey, Jr. and
MBPanish “Heterostructure Lasers, PART A”, Academ
ic Press, New York, p. 167 (1978)). Where λ o
Is the oscillation wavelength, n is the equivalent refractive index of the propagation mode in the optical amplifier,
dn / dλ o is the wavelength dispersion of the equivalent refractive index. Therefore, the necessary condition of the above (c) is:

【0034】[0034]

【数2】 (Equation 2)

【0035】となる。したがって、この(数2)式を満
足するように半導体光増幅器10の共振器長Lおよび干渉
フィルタ14の透過帯域幅BWを設定すれば、半導体発光
装置が単一モードで有効に動作することになる。一例と
して、BW= 0.072nm、n=3.4 、λo =800 nm、
dn/dλo =6.0 nm-1のとき、前述したL=1.5 m
mの値は上記(数2)式を満足する。
## EQU1 ## Therefore, if the resonator length L of the semiconductor optical amplifier 10 and the transmission bandwidth BW of the interference filter 14 are set so as to satisfy the expression (2), the semiconductor light emitting device can operate effectively in a single mode. Become. As an example, BW = 0.072 nm, n = 3.4, λ o = 800 nm,
When dn / dλ o = 6.0 nm −1 , the aforementioned L = 1.5 m
The value of m satisfies the equation (2).

【0036】次に本発明のさらに好ましい実施形態とし
て、半導体光増幅器10の前端面10cの反射率Rfを最適
化し、Rf=3.7 %と通常の半導体光増幅器より高い値
を設定した。一方干渉フィルタ14としては、図4のF1
の特性のものを用いた。
Next, as a further preferred embodiment of the present invention, the reflectivity Rf of the front end face 10c of the semiconductor optical amplifier 10 is optimized, and Rf = 3.7%, which is higher than that of a normal semiconductor optical amplifier. On the other hand, as the interference filter 14, F1 in FIG.
Those having the following characteristics were used.

【0037】ここで比較のために、この好ましい実施形
態のものと、前端面反射率Rf≦0.1 %(0.02〜0.09
%)とした半導体発光装置の、スペクトルの駆動電流依
存特性を比較した。その結果を図8の(a)、(b)に
比較して示す。ここから、前端面反射率Rfを増大させ
ることにより単一スペクトルの領域が広がるとともに、
単一モード発振時のスペクトル線幅が狭くなることを見
い出した。
Here, for comparison, the reflectance of the front end face Rf ≦ 0.1% (0.02 to 0.09) is compared with that of the preferred embodiment.
%), The drive current dependence of the spectrum was compared. The results are shown in comparison with FIGS. From here, by increasing the front end face reflectance Rf, a single spectrum region is expanded,
It has been found that the spectral line width during single mode oscillation becomes narrower.

【0038】また図9には、この好ましい実施形態の半
導体発光装置における遠視野像の駆動電流依存性を示
す。ここに示される通り、遠視野像の駆動電流に依存し
た変化がなく極めて安定な光ビームが得られた。
FIG. 9 shows the drive current dependency of the far-field image in the semiconductor light emitting device of the preferred embodiment. As shown here, an extremely stable light beam was obtained without any change depending on the drive current of the far-field image.

【0039】次に、半導体発光装置の前端面反射率Rf
とスペクトル線幅Δνとの関係について詳しく説明す
る。図10は、上記好ましい実施形態における単一モー
ド発振時のスペクトル線幅Δνを前端面反射率Rfの関
数として示すものである。一般の半導体レーザのスペク
トル線幅Δνは、次のように表される(伊賀健一編、応
用物理学会シリーズ「半導体レーザ」オーム社、p.30
7 (1994)参照)。
Next, the front end face reflectance Rf of the semiconductor light emitting device
The relationship between and the spectral line width Δν will be described in detail. FIG. 10 shows the spectral line width Δν at the time of single mode oscillation in the preferred embodiment as a function of the front end face reflectance Rf. The spectral line width Δν of a general semiconductor laser is represented as follows (Kenichi Iga, edited by the Japan Society of Applied Physics, “Semiconductor Laser” Ohmsha, p. 30)
7 (1994)).

【0040】 Δν=Rspon(1+α2 )/4πS……(d) ここで、Rsponは自然放出率、Sは共振器内の平均光子
数、αはスペクトル線幅増大係数である。RsponとSは
それぞれ
Δν = R spon (1 + α 2 ) / 4πS (d) where R spon is the spontaneous emission rate, S is the average number of photons in the resonator, and α is the spectral line width increase coefficient. R spon and S are respectively

【0041】[0041]

【数3】 (Equation 3)

【0042】で表される。ここでvg は群速度、nsp
自然放出光係数、αm はミラー損失、αL は内部損失、
o は片端面からの光出力、hνは発振モードのフォト
ンエネルギーを表す。したがって(d)式はミラー損失
αm を用いて、
Is represented by Where vg is the group velocity, n sp is the spontaneous emission coefficient, α m is the mirror loss, α L is the internal loss,
P o is the light output from the one end face, hv represents the photon energy of the oscillation mode. Therefore, equation (d) uses the mirror loss α m

【0043】[0043]

【数4】 (Equation 4)

【0044】ミラー損失αm は1oge (1/Rf・R
r)/2Lで表されるので、hνは端面反射率の関数と
なっている。本実施形態の半導体光増幅器の内部損失α
L は、半導体レーザとして作製した素子の共振器長依存
性の測定よりαL =5cm-1である。(数4)式より
The mirror loss α m is 1 og e (1 / Rf · R
r) / 2L, hν is a function of the end face reflectivity. Internal loss α of the semiconductor optical amplifier of the present embodiment
L is α L = 5 cm −1 based on the measurement of the resonator length dependence of an element manufactured as a semiconductor laser. (Equation 4)

【0045】[0045]

【数5】 (Equation 5)

【0046】の関係が得られるので、Rrをパラメータ
として、αm (αm +5)をRrの関数として図10に
プロットした。ここで測定したΔνの値(●印)に合致
するように縦軸の目盛りを選択した。図10と計算との
比較より、外部共振器としての等価的な後端面の反射率
は1%以下と低いことが分かる。これは、レンズ系の効
率が往復で25〜30%程度であり、図4に示すように干渉
フィルタ14の透過率も高くないためである。この結果か
ら、発振時の平均的なラウンドトリップは2回程度と見
積もられる(なぜならば(0.3 ×0.3 )1.91=0.01)。
Since the following relationship is obtained, α mm +5) is plotted in FIG. 10 as a function of Rr, using Rr as a parameter. The scale on the vertical axis was selected so as to match the value of Δν measured here (marked by ●). From the comparison between FIG. 10 and the calculation, it can be seen that the equivalent reflectance of the rear end face as an external resonator is as low as 1% or less. This is because the efficiency of the lens system is about 25 to 30% in a round trip, and the transmittance of the interference filter 14 is not high as shown in FIG. From this result, the average round trip during oscillation is estimated to be about two (because (0.3 × 0.3) 1.91 = 0.01).

【0047】そしてスペクトル線幅Δνは、前端面反射
率Rfに対して緩やかに変化し、おおよそ対数的な変化
をする。この図10に示される傾向および実験結果よ
り、スペクトル線幅Δνが0.007 nm程度以下では発振
モードが安定化すると考えられるので、発振モードの安
定化のためには、前端面反射率Rfは1%以上とするの
が好ましい。
The spectral line width Δν changes gradually with respect to the front end face reflectance Rf, and changes approximately logarithmically. From the tendency shown in FIG. 10 and the experimental results, it is considered that the oscillation mode is stabilized when the spectral line width Δν is about 0.007 nm or less. Therefore, in order to stabilize the oscillation mode, the front end face reflectance Rf is 1%. It is preferable to make the above.

【0048】なお以上の例では、半導体光増幅器として
利得導波型の光増幅器を用いているが、ストライプ両側
面の境界に屈折率段差を持たせた屈折率導波型構造の光
増幅器を用いることもできる。また、単純なテーパ型光
増幅器以外にも、複数のストライプを並べてなるアレイ
型等の他形式の半導体光増幅器を用いることも可能であ
る。
In the above example, a gain-guided optical amplifier is used as the semiconductor optical amplifier, but a refractive-index-guided optical amplifier having a refractive index step at the boundary between both side surfaces of the stripe is used. You can also. In addition to a simple tapered optical amplifier, it is also possible to use another type of semiconductor optical amplifier such as an array type in which a plurality of stripes are arranged.

【0049】一方、外部共振器の光学系も、図1の共焦
点系光学系に限られるものではない。例えば図11に示
すように、コリメートビーム位置に外部ミラーを配置す
る等の光学系の変更も可能である。
On the other hand, the optical system of the external resonator is not limited to the confocal optical system shown in FIG. For example, as shown in FIG. 11, it is possible to change the optical system such as disposing an external mirror at the collimated beam position.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上詳細に説明した通り本発明による第
1の半導体発光装置は、半導体光増幅器のファブリ・ペ
ロ内部モードの間隔をdλo (nm)としたとき、バン
ドパスフィルタとして、透過帯域幅BW(nm)が(d
λo −0.025 )/ 0.214なる値よりも小さいものを用い
たことにより、単一モードで安定に発振可能なものとな
っている。
As described above in detail, the first semiconductor light emitting device according to the present invention, assuming that the interval between the internal modes of the Fabry-Perot mode of the semiconductor optical amplifier is dλ o (nm), serves as a band-pass filter and a transmission band. When the width BW (nm) is (d
By using a material smaller than the value of λ o −0.025) /0.214, it is possible to stably oscillate in a single mode.

【0051】また本発明による第2の半導体発光装置
は、上記の効果を奏した上で、半導体光増幅器の前端面
反射率を1%以上としたことにより、単一スペクトルの
領域が広がり、また単一モード発振時のスペクトル線幅
が十分に狭いものとなる。そのため、外部の温度変動や
電流変化に対する許容度が増し、駆動回路や温度制御回
路としてより簡便なものを用いることが可能となる。
In the second semiconductor light emitting device according to the present invention, in addition to the above effects, by setting the front end face reflectance of the semiconductor optical amplifier to 1% or more, a single spectrum region is expanded, and The spectrum line width at the time of single mode oscillation is sufficiently narrow. For this reason, the tolerance to external temperature fluctuations and current changes increases, and it becomes possible to use simpler drive circuits and temperature control circuits.

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

【図1】本発明の一実施形態である半導体発光装置の概
略平面図
FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の半導体発光装置の一例を示す概略平面図FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of a conventional semiconductor light emitting device.

【図3】図2の半導体発光装置に用いられた半導体光増
幅器の拡大平面図
FIG. 3 is an enlarged plan view of a semiconductor optical amplifier used in the semiconductor light emitting device of FIG. 2;

【図4】図1の半導体発光装置に用いられる干渉型狭帯
域透過フィルタの分光透過率特性を示すグラフ
FIG. 4 is a graph showing a spectral transmittance characteristic of an interference type narrow band transmission filter used in the semiconductor light emitting device of FIG. 1;

【図5】半導体発光装置における発振波長の駆動電流依
存性を示す説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a drive current dependency of an oscillation wavelength in a semiconductor light emitting device.

【図6】従来の半導体発光装置における遠視野像の駆動
電流依存性を示す説明図
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a drive current dependency of a far-field image in a conventional semiconductor light emitting device.

【図7】本発明の半導体発光装置における変化波長幅Δ
λと干渉フィルタの透過帯域幅BWとの関係を示すグラ
FIG. 7 shows a variation wavelength width Δ in the semiconductor light emitting device of the present invention.
Graph showing the relationship between λ and the transmission bandwidth BW of the interference filter

【図8】半導体発光装置の発振スペクトルの駆動電流依
存性を示す説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the drive current dependence of the oscillation spectrum of the semiconductor light emitting device.

【図9】本発明の半導体発光装置における遠視野像の駆
動電流依存性を示す説明図
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the drive current dependence of the far-field image in the semiconductor light emitting device of the present invention

【図10】半導体光増幅器の前端面反射率と発振スペク
トル線幅との関係を示す説明図
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the front end face reflectance and the oscillation spectrum line width of the semiconductor optical amplifier.

【図11】本発明による別の半導体発光装置を示す概略
平面図
FIG. 11 is a schematic plan view showing another semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図12】従来の別の半導体発光装置を示す概略平面図FIG. 12 is a schematic plan view showing another conventional semiconductor light emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体光増幅器 11 光ビーム 12 コリメータレンズ 13 ミラー 14 干渉フィルタ 10 Semiconductor optical amplifier 11 Light beam 12 Collimator lens 13 Mirror 14 Interference filter

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体光増幅器と、この半導体光増幅器
の一端面から出射した光を反射させて前記一端面に戻す
ミラーと、前記光の光路に挿入された狭透過波長帯域特
性のバンドパスフィルタとからなる半導体発光装置にお
いて、 前記半導体光増幅器のファブリ・ペロ内部モードの間隔
をdλo (単位はnm)としたとき、前記バンドパスフ
ィルタとして、透過帯域幅BW(2回透過時の半値全
幅:単位はnm)が(dλo −0.025 )/ 0.214なる値
よりも小さいものが用いられていることを特徴とする半
導体発光装置。
1. A semiconductor optical amplifier, a mirror that reflects light emitted from one end face of the semiconductor optical amplifier and returns the light to the one end face, and a bandpass filter having a narrow transmission wavelength band characteristic inserted into an optical path of the light. In the semiconductor light emitting device, when the interval between the Fabry-Perot internal modes of the semiconductor optical amplifier is dλ o (unit is nm), the band-pass filter has a transmission bandwidth BW (full width at half maximum when transmitted twice). : A semiconductor light emitting device characterized in that a device having a unit (nm) smaller than (dλ o −0.025) /0.214 is used.
【請求項2】 半導体光増幅器の前記一端面と反対側の
端面の反射率が1%以上とされていることを特徴とする
請求項1記載の半導体発光装置。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a reflectance of an end face of said semiconductor optical amplifier opposite to said one end face is 1% or more.
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