JP2608325B2 - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JP2608325B2
JP2608325B2 JP1083206A JP8320689A JP2608325B2 JP 2608325 B2 JP2608325 B2 JP 2608325B2 JP 1083206 A JP1083206 A JP 1083206A JP 8320689 A JP8320689 A JP 8320689A JP 2608325 B2 JP2608325 B2 JP 2608325B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、波長多重光情報伝送・処理・記録等に有用
な半導体レーザ素子に関し、特に注入電流の大きさを制
御することにより、異なる波長のレーザー光を発する半
導体レーザに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device useful for wavelength-division multiplexed optical information transmission / processing / recording, etc. And a semiconductor laser that emits a laser beam.

〔従来の技術〕 近年、光通信や光学的情報処理の分野の技術の進歩は
めざましく、通信分野の伝送帯域の拡大のための波長多
重伝送や周波数変調伝送方式など、また、光記録分野の
波長多重化による記録密度の向上など、半導体レーザに
求められる機能として、高性能な波長可変機能が重要と
なってきた。
[Prior Art] In recent years, technological advances in the fields of optical communication and optical information processing have been remarkable, and wavelength multiplexing transmission and frequency modulation transmission methods for expanding the transmission band in the communication field, wavelengths in the optical recording field, etc. As a function required for a semiconductor laser, such as improvement in recording density by multiplexing, a high-performance wavelength variable function has become important.

このため、波長を可変とするため、最近、量子井戸層
内の基底準位と高次準位を用いた波長可変半導体レーザ
(特開昭63−32985)や、組成または幅の異なる複数の
量子井戸層の各々の準位を用いた波長可変半導体レーザ
(特開昭63−312688)などが提案されている。
Therefore, in order to make the wavelength tunable, recently, a wavelength tunable semiconductor laser using a ground level and a higher level in the quantum well layer (Japanese Patent Laid-Open No. 63-32985) and a plurality of quantum compounds having different compositions or widths are used. A wavelength tunable semiconductor laser using each level of a well layer (Japanese Patent Laid-Open No. 63-312688) has been proposed.

これらの波長可変の原理を、以下に説明する。 The principle of changing the wavelength will be described below.

まず、量子井戸構造からなる活性層の場合、注入電流
の増加につれて、活性層内の利得曲線は前者の場合第8
図、後者の場合第3図に示すように利得の最大値は低エ
ネルギーギヤツプ(以下、Egと記す)(長波長)側から
高Eg(短波長)側へ移ることはよく知られている。
First, in the case of an active layer having a quantum well structure, as the injection current increases, the gain curve in the active layer shows
Figure, the maximum value of the gain as shown in FIG. 3 in the latter case the low-energy formic guy flop (hereinafter, referred to as E g) may be moving from (long wavelength) side to the high E g (short wavelength) side Intellectual Has been.

このような量子井戸構造の活性層をもつ半導体レーザ
において、共振方向に均一に電流注入を行った場合、長
波長光が発振する。つまり、共振器内の全損失を低くし
た状態で、低Egに対応する光を発振させるのである。
In a semiconductor laser having such an active layer having a quantum well structure, long-wavelength light oscillates when current is uniformly injected in the resonance direction. That is, while low total losses in the resonator, is the oscillating light corresponding to the low E g.

また、この半導体レーザにおいて、不均一に電流注入
を行なうと、短波長光が発振する。この際、損失領域で
は利得が小さくなるので、利得領域ではその分利得を大
きくする為、多くの電流注入を行なう。特に、損失領域
の短波長側の利得は非常に小さいので、利得領域への注
入電流を非常に大きくして共振器内の全利得を短波長光
において最も大きくなるようにする。
Also, in this semiconductor laser, when current is injected non-uniformly, short-wavelength light oscillates. At this time, since the gain decreases in the loss region, a large amount of current injection is performed to increase the gain in the gain region. In particular, since the gain on the short wavelength side of the loss region is very small, the injection current into the gain region is made very large so that the total gain in the resonator becomes the maximum in the short wavelength light.

ここで、共振方向の均一注入とは、活性層内の光、電
子が集中している活性導波路の光の共振方向において、
等しい電流密度で注入している状態をいう。これに対
し、ある領域で電流密度が共振方向の長さあたり均一で
あっても、全共振器において各領域ごとに異なる電流密
度で注入している状態が不均一注入である。また、各領
域への注入電流を異ならせるためには、領域間に分離部
分が必要である。この分離部分は、均一注入の際にも電
流が注入されていないことになる。しかしながら、この
分離部分が10μm以下の長さであれば、活性層内部での
キヤリアの広がりを考慮すると、ほぼ均一注入状態であ
るとみなせる。このように、従来の波長可変方式は均一
注入時に長波長光を発振し、不均一注入時に短波長光を
発振させるというものであった。
Here, the uniform injection in the resonance direction means that in the resonance direction of light in the active waveguide where light and electrons in the active layer are concentrated,
This refers to a state where injection is performed at the same current density. On the other hand, even if the current density is uniform over the length in the resonance direction in a certain region, the state in which the current density is different in each region in all the resonators is non-uniform injection. Further, in order to make the injection current into each region different, a separation portion is required between the regions. No electric current is injected into this separated portion even during uniform injection. However, if the separated portion has a length of 10 μm or less, it can be regarded as a substantially uniform implantation state in consideration of the spread of carriers inside the active layer. As described above, the conventional variable wavelength system oscillates long-wavelength light during uniform injection and oscillates short-wavelength light during nonuniform injection.

〔発明が解決しようとしている課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来例では、均一注入時の電流値
と不均一注入時の電流値との差が非常に大きいという問
題点があった。例えば、均一注入時に対する不均一注入
時の発振しきい値電流は、通常、数十倍以上になる。こ
の為、素子の温度が上昇し、素子の寿命を短かくしてし
まう。
However, in the above-mentioned conventional example, there is a problem that the difference between the current value during uniform injection and the current value during non-uniform injection is very large. For example, the oscillation threshold current at the time of non-uniform injection is more than several tens of times at the time of non-uniform injection. Therefore, the temperature of the element rises and the life of the element is shortened.

また、上記従来例においては、吸収領域の長さは非常
に重要であり、不均一注入時の吸収領域が長いと短波長
光の損失量が大きくなり、活性領域の利得をいくら大き
く増加させても短波長光が発振しなくなる場合も生じ
た。なぜならば、損失領域での短波長側の利得は注入電
流の減少にともなって著しく低下するが、利得領域での
短波長側の利得は注入電流の増加につれて飽和傾向を示
すため、損失領域での短波長光の損失を補いきれない状
態が生じ得るからである。
Further, in the above conventional example, the length of the absorption region is very important. If the absorption region at the time of non-uniform injection is long, the loss amount of short-wavelength light becomes large, and the gain of the active region is greatly increased. In some cases, short wavelength light did not oscillate. This is because the gain on the short wavelength side in the loss region decreases significantly as the injection current decreases, but the gain on the short wavelength side in the gain region tends to saturate as the injection current increases. This is because a state in which the loss of short wavelength light cannot be compensated may occur.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、注
入電流密度を大きく変化させることなく、発振波長を容
易に制御し得る波長可変な半導体レーザを提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a tunable semiconductor laser capable of easily controlling an oscillation wavelength without greatly changing an injection current density.

本発明の上記目的は、量子井戸構造の活性層を含み積
層された半導体から成る共振器と、該共振器の共振方向
に並設された複数の電極とを有し、これらの電極から注
入される電流の密度を各々独立に制御することによっ
て、対応する量子化エネルギーが互いに異なる光を発振
する半導体レーザにおいて、 前記複数の電極より等しい電流密度で注入を行ったと
きに大きな量子化エネルギーに対応する光が発振し、電
極に応じて異なる電流密度で注入を行ったときに小さな
量子化エネルギーに対応する光が発振するように、前記
共振器の端面損失を設定することによって達成される。
The above-mentioned object of the present invention has a resonator formed of semiconductors including an active layer having a quantum well structure and a plurality of electrodes arranged in parallel in the resonance direction of the resonator, and is injected from these electrodes. In a semiconductor laser that oscillates light having different quantization energies from each other by independently controlling the current densities of different currents, it is possible to cope with large quantization energies when injection is performed with the same current density from the plurality of electrodes. This is achieved by setting the facet loss of the resonator such that light that oscillates and oscillates light corresponding to a small quantization energy when injection is performed at a different current density depending on the electrode.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、本発明を理論的に示すために、簡単な例として
単一量子井戸層(SQW)からなる活性層において、共振
方向に2つの領域(I,II)に注入電流密度が変えられる
半導体レーザの発振条件を考える。
First, in order to theoretically show the present invention, as a simple example, in an active layer composed of a single quantum well layer (SQW), a semiconductor laser in which an injection current density can be changed into two regions (I, II) in a resonance direction. Consider the oscillation conditions of

各領域での利得gは、注入キヤリア密度nと波長λの
関数なので、g(nI)と書ける。ここで、注入電
流I、活性層の層厚d、活性領域の幅w、共振器長Lと
するとI=ndwLとなる。各々の領域の長さをLI,LIIとし
て全共振器長LLI+LIIとする。このとき、ある波長
λiでの発振条件は、 において、Gi=0となる状態である。ここで、ΓはSQW
内の光閉じ込め係数、αは共振器内の内部損失、Rf,Rb
は前後面の端面反射率を表わす。
Since the gain g in each region is a function of the injection carrier density n and the wavelength λ, it can be written as g (n I , λ i ). Here, assuming that the injection current I, the layer thickness d of the active layer, the width w of the active region, and the cavity length L, I = ndwL. The length of each region is L I and L II , and the total resonator length is L L I + L II . At this time, the oscillation condition at a certain wavelength λi is In the state, G i = 0. Where Γ is SQW
Is the optical confinement coefficient in α, α is the internal loss in the resonator, R f and R b
Represents the end face reflectivity of the front and rear faces.

まず、共振方向に均一に電流注入を行った場合につい
て説明する。波長λの光が発振するとして、(1)式
はnI=nII=n0より、 となる。これは、通常の半導体レーザの式であり、利得
が内部損失αと端面損失 の和に等しくなった状態で発振する。この均一注入時に
発振する波長λが、高Egに対応する短波長となるため
には、低Egに対応する波長をλとするとき、第8図に
おいて、λでの利得を、λでの利得よりも大きくす
る必要がある。即ち、 g(n0)<g(n0) である。また、n-<n0とするならば、ここではまだ発振
しきい利得に達していないことから、 である必要がある。
First, a case where the current is injected uniformly in the resonance direction will be described. As the wavelength lambda 2 of light is oscillated, equation (1) is n I = n II = n 0 , Becomes This is the formula for a normal semiconductor laser, where the gain is the internal loss α and the end face loss. Oscillates in a state equal to the sum of In order for the wavelength λ 2 oscillated during this uniform injection to be a short wavelength corresponding to high E g , when the wavelength corresponding to low E g is λ 1 , the gain at λ 2 in FIG. , Λ 1 . That is, g (n 0 , λ 1 ) <g (n 0 , λ 2 ). If n <n 0 , the oscillation threshold gain has not yet been reached here. Needs to be

これらの条件を満たすためには、 であればよい。つまり、λとλでの各々の利得が等
しいときよりも共振器の全損失が大きければよい。これ
が、内部損失または端面損失が大きければ高Egに対応す
る短波長λを発振させられる理由である。一般に、内
部損失の増加は、共振器内の熱的上昇や光のモードの不
安定性の原因となる。従って、本発明においては、端面
損失を増加させることによって目的を達成している。
To meet these conditions, Should be fine. In other words, it is sufficient that the total loss of the resonator is greater than when the respective gains at λ 1 and λ 2 are equal. This is the reason that if the internal loss or the facet loss is large, the short wavelength λ 2 corresponding to the high E g can be oscillated. In general, an increase in internal loss causes a thermal rise in the resonator and instability of the mode of light. Therefore, in the present invention, the object is achieved by increasing the end face loss.

基本的には、共振器長Lを短くする方法、または、端
面反射率Rf,Rbを小さくする方法を用いることが出来
る。
Basically, a method of reducing the resonator length L or a method of reducing the end face reflectances R f and R b can be used.

第9図に量子井戸構造からなる活性層をもつ半導体レ
ーザの、共振器長Lに対する発振波長の変化を模式的に
示した。Lが小さくなるにつれてEg1に対応する光で発
振しているものが、しきい利得の増加につれて、バンド
フイリング効果で短波長側へシフトしていく、そして、
L1の共振器長で、Eg1とEg2に対応する利得が等しくな
り、2つの波長のいずれかまたは同時に発振したり、2
つの波長のスイツチングが生じる。さらにLが小さくな
ると、Eg2に対応する光が発振し、さらに短波長側へシ
フトしていく。
FIG. 9 schematically shows changes in the oscillation wavelength with respect to the cavity length L of a semiconductor laser having an active layer having a quantum well structure. As L decreases, light oscillating with light corresponding to E g1 shifts to shorter wavelengths due to the band-filing effect as the threshold gain increases, and
In the resonator length L 1, the gain corresponding to the E g1 and E g2 are equal, or oscillate either or simultaneously two wavelengths, 2
One wavelength switching occurs. When L further decreases, light corresponding to E g2 oscillates and shifts to the shorter wavelength side.

このように、発振波長は共振器長によって変化し、L1
を境にして異なるEgに対応する光を発振する。
As described above, the oscillation wavelength changes with the resonator length, and L 1
The light corresponding to different E g is oscillated at the boundary.

このことを有効に活用したのが本発明であり、まず、
均一電流注入時にEg2に対応する光(短波長光)が発振
するように共振器長をL1よりも小さく設定しておく。こ
の半導体レーザに複数の領域に異なる電流密度で注入、
つまり共振方向に不均一に電流注入を行えば、電流密度
の小さい損失領域ではEg2に対する利得が小さいため
に、共振器内のEg2に対する全利得よりも、Eg1に対する
全利得の方がより早くしきい利得に達するようになり、
Eg1に対応する光(長波長光)が発振することになる。
The present invention effectively utilizes this fact.
The cavity length is set smaller than L 1 so that the light (short-wavelength light) corresponding to E g2 oscillates during uniform current injection. Injecting this semiconductor laser into a plurality of regions at different current densities,
In other words, if the current is injected non-uniformly in the resonance direction, the gain for E g2 is small in the loss region where the current density is small, so that the total gain for E g1 is more than the total gain for E g2 in the resonator. Threshold gain is reached sooner,
Light (long-wavelength light) corresponding to E g1 will oscillate.

共振器長が短いという範囲は、明確にすることは難し
い。なぜならば、結晶の質や端面反射率、使用(測定)
温度などにしきい利得が強く依存するからである。そこ
で、本発明の共振器長の範囲は、均一注入時に高Egに対
応する波長の光が発振する範囲というのが適確な表現で
ある。本発明によれば、波長切り換えの際の注入電流の
変化が小さいため、素子に悪影響を与えることがない。
It is difficult to clarify the range in which the cavity length is short. Because of crystal quality, end face reflectivity, use (measurement)
This is because the threshold gain strongly depends on temperature and the like. Therefore, the range of the cavity length of the present invention is appropriately expressed as a range in which light having a wavelength corresponding to high E g oscillates during uniform injection. According to the present invention, since the change in the injection current at the time of wavelength switching is small, there is no adverse effect on the device.

次に、端面反射率Rf,Rbを小さくした場合の本発明の
原理を説明する。第10図に、量子井戸構造からなる活性
層をもつ半導体レーザの端面反射率に対する発振波長の
変化を模式的に示した。この場合も、Lと同様の挙動を
示し、RfRbが小さくなるにつれて、Eg1に対応する光
(長波長光)は短波長側へシフトしていく。そして、反
射率Rf1,Rb1において、Eg1とEg2に対応する利得が等し
くなり、2つの波長のいずれか、または、同時に発振し
たり、2つの波長のスイツチングが生じる。さらに反射
率が小さくなるとEg2に対応する光が発振し、さらに短
波長側へシフトしていく。
Next, the principle of the present invention when the end face reflectances R f and R b are reduced will be described. FIG. 10 schematically shows a change in oscillation wavelength with respect to the end face reflectance of a semiconductor laser having an active layer having a quantum well structure. Also in this case, the behavior similar to L is exhibited, and the light (long wavelength light) corresponding to E g1 shifts to the short wavelength side as R f R b decreases. Then, at the reflectances R f1 and R b1 , the gains corresponding to E g1 and E g2 become equal, and oscillation occurs at one of the two wavelengths or at the same time, or switching of the two wavelengths occurs. When the reflectance further decreases, light corresponding to Eg2 oscillates and shifts to shorter wavelengths.

このように発振波長は端面反射率によって変化し、R
f1,Rb1を境にして異なるEgに対応する光を発振する。こ
のことを有効に活用したのが、本発明の別の手法であ
り、ある共振器長の半導体レーザにおいて、均一に電流
注入を行った際にEg2に対応する光が発振するように端
面反射率を設定しておく。この方法は、誘電体を端面に
蒸着、スパツタ等によりコーテイングすることにより容
易に実現できる。通常、端面反射率はへき開面の反射率
約32%よりも小さくする場合が多い。この半導体レーザ
の共振方向に不均一に電流注入を行えば、電流密度の小
さい損失領域ではEg2に対する利得が小さいために、共
振器内のEg2に対する全利得よりもEg1に対する全利得の
方が、利得領域への電流注入の増加により早くしきい利
得に達するようになり、Eg1に対応する長波長光が発振
するようになる。
As described above, the oscillation wavelength changes according to the end face reflectance, and R
f1, and the R b1 bordering oscillates light corresponding to different E g. This is effectively utilized by another method of the present invention.In a semiconductor laser having a certain cavity length, end face reflection so that light corresponding to E g2 oscillates when current is uniformly injected. Set the rate. This method can be easily realized by depositing a dielectric material on the end surface and coating it with a sputter or the like. Usually, the reflectance of the end face is often smaller than the reflectance of the cleaved face of about 32%. If the current is injected non-uniformly in the resonance direction of this semiconductor laser, the gain for E g2 is small in the loss region where the current density is small, so the total gain for E g1 is better than that for E g2 in the cavity. However, the threshold gain is quickly reached due to an increase in current injection into the gain region, and long-wavelength light corresponding to E g1 oscillates.

この場合、発振波長の切り換えの際の注入電流の変化
を小さくすることが出来る。
In this case, it is possible to reduce the change in the injection current when switching the oscillation wavelength.

以上、共振器長と端面反射率を独立に説明したが、実
際は、両方を最適化して変化させることによっても本発
明は実施できる。
In the above, the resonator length and the end face reflectivity have been described independently. However, in practice, the present invention can be implemented by optimizing and changing both.

以上の説明において、Eg1とEg2は量子井戸構造の活性
層内の量子化されたエネルギーに対するEgのうちの2つ
のEgを意味している。具体的には、単一量子井戸構造や
多重量子井戸構造の場合は、井戸内の量子準位n=1,n
=2,n=3…のうちの2つの準位に対応している。ま
た、組成または幅の異なる複数の量子井戸層から成る構
造の場合は、活性層内に存在するいくつかのエネルギー
Eg11,Eg12,…,Eg21,Eg22,…,Eg31…のうちの2つの準位
を意味している。ここで、Eijはi番目の井戸層のj番
目のエネルギー準位である。
In the above description, E g1 and E g2 are meant two E g of E g for quantized energy within the active layer of a quantum well structure. Specifically, in the case of a single quantum well structure or a multiple quantum well structure, the quantum levels in the well n = 1, n
= 2, n = 3... In the case of a structure composed of a plurality of quantum well layers having different compositions or widths, some energy existing in the active layer is used.
E g11, E g12, ..., E g21, E g22, ..., which means the two levels of the E g31 .... Here, E ij is the j-th energy level of the i-th well layer.

第1図は本発明を用いた波長可変半導体レーザの模式
的構造図であり、左側は共振方向に垂直な断面図、右側
は共振方向に平行な断面図を示す。以下、このレーザの
構成を説明する。
FIG. 1 is a schematic structural view of a wavelength tunable semiconductor laser using the present invention. The left side is a sectional view perpendicular to the resonance direction, and the right side is a sectional view parallel to the resonance direction. Hereinafter, the configuration of this laser will be described.

膜構成は、n+−GaAa基板1上に0.5μmのn+−GaAsバ
ツフア層2、1.5μmのn−Al0.5Ga0.5Asクラツド層
3、活性層4、1.5μmのp−Al0.5Ga0.5Asクラツド層
5、0.5μmのp-−GaAsキヤツプ層6が分子線エピタキ
シヤル法により積層されており、p側にはAu/Cr電極
7、n側にはAu−Ge/Au電極8が蒸着され、オーミツク
コンタクトをとるようアロイ化してある。
The film configuration, n + -GaAa n-Al 0.5 Ga of 0.5μm of n + -GaAs buffer layer 2,1.5μm on the substrate 1 0.5 As Kuratsudo layer 3, p-Al 0.5 Ga 0.5 active layer 4,1.5μm An As cladding layer 5 and a 0.5 μm p -GaAs cap layer 6 are laminated by a molecular beam epitaxy method, and an Au / Cr electrode 7 is vapor-deposited on the p-side and an Au-Ge / Au electrode 8 is vapor-deposited on the n-side. It has been alloyed to make ohmic contact.

活性層は第2図に示したようにGaAs 80Åの量子井戸
層W1とAl0.08Ga0.92As 160Åの量子井戸層W2及びそれ
らを隔てるAl0.3Ga0.7As 150Åの障壁層Bから成る。
更に、量子井戸層の外側には、厚さ400ÅのGRIN−SCH層
G1,G2が、Al0.3Ga0.7AsからAl0.5Ga0.5Asまで徐々に変
化して、光及び電子の閉じ込めを行う構造となってい
る。また、p側の光・電子の閉じ込め層と障壁層はp型
にドーピングされている。
The active layer consists of a barrier layer B of Al 0.3 Ga 0.7 As 150Å separating them quantum well layer W 2 and the quantum well layer W 1 and Al 0.08 Ga 0.92 As 160Å of GaAs 80 Å as shown in Figure 2.
Furthermore, a GRIN-SCH layer having a thickness of 400 mm is formed outside the quantum well layer.
The structure is such that G 1 and G 2 gradually change from Al 0.3 Ga 0.7 As to Al 0.5 Ga 0.5 As to confine light and electrons. The p-side light / electron confinement layer and barrier layer are doped p-type.

本実施例の半導体レーザの共振方向に垂直な横方向の
構造は、第1図に示したように、リツジ導波路型構造を
用い、リツジの深さは上面より1.8μmの切り込みがな
され、リツジ幅は3μmである。また、リツジの両側は
Si3N4膜9をプラズマCVDにより成膜し、上部を電流注入
窓とするようにエツチング加工を行った後、p側電極7
を蒸着してある。p側電極7は、共振方向に2つに分離
されており、共振器の全長は260μm、前部172μm、後
部78μm、分離部10μmとなっている。
The lateral structure perpendicular to the resonance direction of the semiconductor laser of this embodiment uses a ridge waveguide structure as shown in FIG. 1, and the ridge has a depth of 1.8 μm from the upper surface. The width is 3 μm. Both sides of the ridge are
A Si 3 N 4 film 9 is formed by plasma CVD, and etching processing is performed so that the upper portion serves as a current injection window.
Has been deposited. The p-side electrode 7 is separated into two parts in the resonance direction. The total length of the resonator is 260 μm, the front part is 172 μm, the rear part is 78 μm, and the separation part is 10 μm.

まず、ここで、本発明の第1の特徴である共振器長に
ついて説明する。第4図に本実施例の半導体レーザにつ
いてその共振器長と発振波長の関係の実験値を示す。共
振器長が短くなるにつれて発振波長が短波長化し、L
300μmとL150μmにおいて波長の不連続な短波長へ
のシフトが生じた。このように短共振器化は、レーザ内
部での端面損失を増大させて、しきい利得の増加により
短波長化を可能とする。
First, the resonator length, which is the first feature of the present invention, will be described. FIG. 4 shows experimental values of the relationship between the resonator length and the oscillation wavelength of the semiconductor laser of this embodiment. As the cavity length becomes shorter, the oscillation wavelength becomes shorter, and L
At 300 μm and L 150 μm, the wavelength shifted to a discontinuous short wavelength. As described above, the shortening of the cavity increases the end face loss inside the laser and enables the shortening of the wavelength by increasing the threshold gain.

本実施例の半導体レーザでは、共振器長を260μmに
設定することにより、共振器方向に均一に電流注入した
場合、しきい値よりもわずかに上の電流値で、波長815.
7nmで発振した。この波長はAlGaAs井戸層のW2の基底準
位に対応するものである。この均一注入時の2つの井戸
層の利得を、光閉じ込め係数を考慮して足し合せた利得
の波長依存性を第3図に示す。図中には、注入キヤリア
密度を示してあり、均一注入時にはn0である。このとき
利得の波長依存性は、λとλで極大値をもつが、λ
に対しての利得のピークが最も大きいので、短波長光
λが発振している。
In the semiconductor laser of the present embodiment, when the cavity length is set to 260 μm, when current is uniformly injected in the cavity direction, the current value is slightly above the threshold and the wavelength is 815.
Oscillated at 7 nm. This wavelength corresponds to the ground level of the W 2 of AlGaAs well layers. FIG. 3 shows the wavelength dependence of the gain obtained by adding the gains of the two well layers at the time of the uniform injection in consideration of the optical confinement coefficient. The figure shows the injection carrier density, which is n 0 during uniform injection. At this time, the wavelength dependence of the gain has maximum values at λ 1 and λ 2 ,
Since the peak of the gain for 2 is the largest, the short wavelength light λ 2 is oscillating.

次に、この半導体レーザに不均一に電流注入を行った
際の発振の挙動について説明する。
Next, the behavior of oscillation when current is nonuniformly injected into this semiconductor laser will be described.

損失領域では、注入キヤリア密度はn-であり、n0より
も小さい。このときの利得の波長依存性は、第3図に示
すように、波長λに対する利得は均一注入時に比べて
著しく減少し、λに対する利得よりもかなり小さくな
る。
In the loss region, the implanted carrier density is n and less than n 0 . Regarding the wavelength dependence of the gain at this time, as shown in FIG. 3, the gain for the wavelength λ 2 is remarkably reduced as compared with the case of uniform injection, and is considerably smaller than the gain for λ 1 .

一方、利得領域では、損失領域での利得の減少を補う
だけの利得を得るために、均一注入時よりも多くの注入
キヤリア密度n+が必要となる。このときの利得の波長依
存性は、第3図のn+に示したように、n0よりも一層短波
長側の利得が大きくなる。しかしλにおける共振器内
全利得は、λにおけるそれよりも小さくなり、結局λ
の利得が先に発振しきい利得に達し、長波長光が発振
することになる。
On the other hand, in the gain region, in order to obtain a gain that compensates for the decrease in the gain in the loss region, a larger injection carrier density n + is required than in uniform injection. The wavelength dependence of the gain at this time is such that the gain on the shorter wavelength side becomes larger than n 0 , as shown by n + in FIG. However, the total intracavity gain at λ 2 is smaller than that at λ 1 , and eventually λ
The gain of 1 reaches the oscillation threshold gain first, and the long wavelength light oscillates.

以下に理論的に実施例を解析する。 The embodiment will be theoretically analyzed below.

上述したように、利得gは注入キヤリア密度nとエネ
ルギーギヤツプEgの関数であるので、Egに対応する波長
をλとするとg(n,λ)と表記できる。共振方向に2つ
の領域に分離されて電流注入が可能な本発明の半導体レ
ーザについて、利得領域、損失領域の共振方向の長さを
LI,LIIとし、分離部の長さは十分無視できるだけの長さ
とした場合、全共振器長LはほぼLI+LIIである。
As described above, the gain g is therefore a function of the injected carrier density n and energy formic guy flop E g, can be expressed when the wavelength corresponding to the E g and lambda g (n, lambda) and. Regarding the semiconductor laser of the present invention which is capable of injecting current by being divided into two regions in the resonance direction, the lengths of the gain region and the loss region in the resonance direction are set.
When L I and L II are set and the length of the separating portion is set to a length that can be sufficiently ignored, the total resonator length L is approximately L I + L II .

次に、各井戸層に分けて利得を考える。井戸層W1、井
戸層W2内の利得はそれぞれg1(n1,λ),g2(n2,λ)で
表わされ、各井戸層内の光閉じ込め係数は、Egに対する
光λに対して、それぞれΓ(λ),Γ(λ)とな
る。
Next, gain is considered for each well layer. The well layer W 1, each gain in the well layer W 2 g 1 (n 1, λ), g 2 (n 2, λ) expressed by the optical confinement factor in each well layer, the light with respect to E g For λ, Γ 1 (λ) and Γ 2 (λ), respectively.

このことから、λの光に対し、共振器内部では、以
下の式を満足する。
From this, the following expression is satisfied inside the resonator for the light of λ i .

ここで、αは波長λの光の共振器内部での損内を
表わし、Rf,Rbは前面、後面の端面反射率を表わす。ま
た、Rf,Rbの波長依存性は小さいのでここでは無視し
た。G=0が発振条件となる。(2)式において、均一
電流注入時には、右辺の第1項と第2項の{ }内は等
しくなり、2つの量子井戸層の利得のキヤリア変化を考
えればよい。
Here, α i represents the loss inside the resonator of the light of wavelength λ i , and R f and R b represent the front and rear facet reflectivities. Also, since the wavelength dependence of R f and R b is small, it is ignored here. G = 0 is the oscillation condition. In the equation (2), when a uniform current is injected, the first term on the right side and the second term in {} are equal, and the carrier change of the gain of the two quantum well layers may be considered.

均一注入時において、注入キヤリアをn0とした場合、
それぞれの井戸層W1,W2への注入キヤリアはn1,n2とな
る。λについては、以下の式となる。
At the time of uniform injection, if the injection carrier is n0,
The injection carriers into the well layers W 1 and W 2 are n 1 and n 2 , respectively. λ 1 is given by the following equation.

しかし、井戸層W2によるλの利得はないので、g
2(n2)=0である。同様にλについては、以下
の式となる。
However, since there is no gain of λ 1 due to the well layer W 2 , g
2 (n 2 , λ 2 ) = 0. Similarly, for λ 2 , the following equation is obtained.

光閉じ込め係数の波長依存性は、屈折率の波長分散に
よるが、簡略化のため、Γ(λ)Γ(λ),
Γ(λ)Γ(λ)とする。また、内部損失も
ααとする。このとき、G1はg1(n1)で決
まるが、G2はg1(n1)とg2(n2)で決まるの
で、n0が増加するとG2>G1となる。ここで端面損失が大
きい、つまりLが小さい場合、またはRf,Rbが小さい場
合にはG1<0=G2が生じる。このときλが発振する。
The wavelength dependence of the optical confinement coefficient depends on the wavelength dispersion of the refractive index, but for simplicity, Γ 11 ) Γ 12 ),
Γ 21 ) Γ 22 ). Also, the internal loss is α 1 α 2 . At this time, G 1 is g 1 (n 1, λ 1 ) is determined by, G 2 is g 1 (n 1, λ 2 ) and g 2 (n 2, λ 2 ) so determined, if n 0 is increased G 2 > G 1 . Here, when the end face loss is large, that is, when L is small, or when R f and R b are small, G 1 <0 = G 2 occurs. At this time, λ 2 oscillates.

次に、共振方向に不均一にキヤリアを注入した際の発
振波長λを考える。利得領域、損失領域にそれぞれ
n+,n-のキヤリア密度で注入すると、量子井戸層W1,W2
は利得領域でn1,n2、吸収領域でn1′,n2′の密度の電流
が注入される。ここでも、波長によるΓ12,αの変化
は小さいとすると、 となる。
Next, consider the oscillation wavelength λ i when carriers are injected nonuniformly in the resonance direction. Gain area and loss area
When injected with carrier densities of n + and n , currents with densities of n 1 and n 2 in the gain region and n 1 ′ and n 2 ′ in the absorption region are injected into the quantum well layers W 1 and W 2 . Again, if the changes in Γ 1 , Γ 2 , and α with wavelength are small, Becomes

λ=λでは、g1′(n1′,λ)<0,g2
(n2′,λ)0なので、g1(n1)とg2(n2
)を非常に大きくできなければGi<0となる。
When λ i = λ 2 , g 1 ′ (n 1 ′, λ 2 ) <0, g 2
(N 2 ′, λ 2 ) 0, g 1 (n 1 , λ 2 ) and g 2 (n 2 , λ 2 )
If 2) can be very large and the G i <0.

一方、λ=λでは、gi′(n1′,λ)>0、
g2′(n2′,λ)=0なので、g1(n1)とg2(n
2)は容易にG1=0を満たすだけの大きさにするこ
とが可能である。
On the other hand, when λ i = λ 1 , g i ′ (n 1 ′, λ 1 )> 0,
Since g 2 ′ (n 2 ′, λ 1 ) = 0, g 1 (n 1 , λ 1 ) and g 2 (n
2 , λ 1 ) can easily be made large enough to satisfy G 1 = 0.

このように、小さいEgを形成する井戸層W1は不均一注
入時に損失領域では短波長光λにとって大きな損失を
示すために、長波長光の発振の方が容易に生じるわけで
ある。
Thus, the well layer W 1 to form the small E g is a loss region during nonuniform injection to show a large loss to the short wavelength light lambda 2, it is not occur easier for oscillation of the long wavelength light.

以上は極端にλとλの2つの波長について説明し
たが、実際は、第3図において、注入キヤリア量を変化
させたときのλとλの間の利得曲線の波長に対する
傾きの変化からわかるように、λからλまでの間の
波長において、共振器内の全利得が最も大きくなる波長
で発振が可能である。実験により得られたしきい状態で
の波長を第5図に示す。均一注入時、前部領域(Lf=17
2μm)にIf=50mA、後部領域(Lb=78μm)にIb=23m
Aの電流注入した時、しきい値に達し、最も短波長の81
5.7nmで発振した。
Above, two wavelengths, λ 1 and λ 2 , have been extremely described. However, in actuality, in FIG. 3, a change in the slope of the gain curve between λ 1 and λ 2 with respect to wavelength when the amount of injected carrier is changed is shown. As can be seen from the above, in the wavelength between λ 1 and λ 2 , oscillation can be performed at a wavelength at which the total gain in the resonator becomes maximum. The wavelength in the threshold state obtained by the experiment is shown in FIG. During uniform injection, front region (L f = 17
2 μm) I f = 50 mA, rear region (L b = 78 μm) I b = 23 m
When the current of A is injected, the threshold is reached and the shortest wavelength is 81
Oscillated at 5.7 nm.

不均一に電流注入し、前部領域を損失領域としてIf
30mA、後部領域を利得領域としてIb=130mAの電流を注
入した場合、しきい状態でλ=834.7nmで発振した。逆
に、前部領域を利得領域としてIf=245mA、後部領域を
損失領域としてIb=3.5mAの電流を注入した場合には、
波長838.9nmで発振した。また、不均一注入をいろいろ
変化させたところ、第5図に示すように、均一注入時に
最も短波長光が発振し、不均一さの増加とともに長波長
化し、2つの井戸層W1,W2のEgに対応する波長の間を連
続して変化した。これは、上述したように損失領域と利
得領域とでの波長に対する利得曲線のちがいにより、共
振器内の全利得の大きい波長が選択的に発振するからで
ある。
Non-uniform current injection, I f =
When a current of 30 mA and I b = 130 mA was injected with the rear region as the gain region, oscillation occurred at λ = 834.7 nm in the threshold state. On the contrary, in the case of injecting a current of I f = 245 mA with the front region as the gain region and I b = 3.5 mA with the rear region as the loss region,
It oscillated at a wavelength of 838.9 nm. When the non-uniform injection was varied, as shown in FIG. 5, the shortest wavelength light oscillated at the time of the uniform injection, and the wavelength became longer as the non-uniformity increased, resulting in two well layers W 1 and W 2. varied continuously between corresponding wavelengths of E g. This is because, as described above, due to the difference in gain curve with respect to wavelength in the loss region and the gain region, the wavelength with a large total gain in the resonator selectively oscillates.

第6図は、本実施例の半導体レーザの発振しきい状態
での、前部領域への注入電流Ifと後部領域への注入電流
Ibとの関係を示したものである。
FIG. 6 shows the injection current If to the front region and the injection current to the rear region when the semiconductor laser of this embodiment is in the oscillation threshold state.
It shows the relationship with I b .

この第6図から、どちらかの領域を損失領域にした場
合は、他方の領域はそれを補う利得領域となり、また、
第5図とあわせて考えると、どちらの領域を損失領域と
しても、波長を変化させることが可能であることがわか
る。このように、均一注入時に高Egをもつ量子井戸層の
Egに対応する短波長光が発振するように、共振器長をあ
る長さ以下に短く設定しておくことにより、不均一注入
にした場合でも、それほど大きく電流値を変化させるこ
となく発振波長を長波長化でき、良好な波長可変半導体
レーザを実現できた。
From FIG. 6, when one of the regions is set as a loss region, the other region becomes a gain region which compensates for it, and
Considering in conjunction with FIG. 5, it can be seen that the wavelength can be changed regardless of which region is the loss region. Thus, the quantum well layer with high E g during uniform injection is
By setting the resonator length to be shorter than a certain length so that the short wavelength light corresponding to E g oscillates, the oscillation wavelength does not change so much even when nonuniform injection is performed. The wavelength can be made longer, and a good wavelength tunable semiconductor laser can be realized.

上記実験においては、電流注入の共振方向での不均一
さが増加するにつれて連続的に、フアブリ・ペローモー
ドの波長シフトを示しながら長波長化し、815.7nmから8
38.9nmまで波長を変化させることができた。
In the above experiment, as the nonuniformity of the current injection in the resonance direction increases, the wavelength is continuously lengthened while showing the wavelength shift of the Fabry-Perot mode.
The wavelength could be changed to 38.9 nm.

更に、活性層内の量子井戸層及び障壁層の設定や共振
器長、利得領域と損失領域の長さなど構造を変化させる
ことにより、利得曲線上の特定な波長のみ選択的に発振
させることができ、不連続に波長を変化させることも可
能である。また、ある条件によれば、2つのEgに対応す
る波長2つだけを切換えることも可能である。例えば、
本実施例の半導体の使用法としては、2つの領域への注
入電流をあらかじめ設定しておき、それらを切り換える
ことにより、1つの素子から時間的に異なる波長を自由
に発振することが可能となる。
Furthermore, it is possible to selectively oscillate only a specific wavelength on the gain curve by setting the quantum well layer and barrier layer in the active layer and changing the structure such as the length of the resonator and the length of the gain region and the loss region. It is possible to change the wavelength discontinuously. Also, according to certain conditions, it is also possible to switch only two corresponding wavelengths to two E g. For example,
As a method of using the semiconductor according to the present embodiment, it is possible to freely oscillate a temporally different wavelength from one element by setting an injection current into two regions in advance and switching between them. .

以上述べた実施例においては共振器長Lについてのみ
説明をしたが、前述の(1),(2)式においてLと同
様、端面反射率Rf,Rbも小さくすることにより、しきい
利得を増加させることができるので、均一注入時の短波
長光の選択的発振手段として有効である。この場合、誘
導体等を端面にコーテイングすることにより容易にRf,R
bは減少できる。また、高出力化、高発振効率化のため
にはRb>Rfが望ましいが、Rb≦Rfでも本発明は有効であ
る。
In the embodiment described above, only the resonator length L has been described. However, similarly to L in the above-described equations (1) and (2), the threshold gain can be reduced by reducing the end face reflectivities R f and R b. Is effective as a selective oscillating means for short wavelength light at the time of uniform injection. In this case, it is easy to coat R f , R
b can be reduced. Further, it is desirable that R b > R f for higher output and higher oscillation efficiency, but the present invention is also effective when R b ≦ R f .

第7図に本発明の他の実施例として、活性層がSCH層
をもつ単一量子井戸層(SQW)からなる場合について説
明する。第7図はSQW層内のバンド構造を模式的に示し
た図であり、n=1の遷移により波長λの光が、n=
2の遷移により波長λの光が発振する。レーザ構造は
第1図と同じでも、また別の形態でもよい。第8図は、
波長に対する利得曲線の注入キヤリア密度依存性を示し
ている。よく知られているように注入キヤリア密度が小
さいときは、基底準位に対応する光において利得は大き
いが、さらにキヤリア密度が増加すると、高次準位にも
利得のピークが生じ始め、ついには基底準位の利得は飽
和して高次準位の利得が増加していくことになる。
FIG. 7 illustrates another embodiment of the present invention in which the active layer is a single quantum well layer (SQW) having a SCH layer. FIG. 7 is a diagram schematically showing the band structure in the SQW layer, in which the light of wavelength λ 3 is changed to n = by the transition of n = 1.
The light of wavelength λ 4 oscillates due to the transition of 2. The laser structure may be the same as in FIG. 1 or another form. FIG.
4 shows the injection carrier density dependence of the gain curve with respect to wavelength. As is well known, when the injection carrier density is small, the gain in light corresponding to the ground level is large, but when the carrier density is further increased, a peak of the gain starts to occur in the higher level, and finally, The gain of the ground level is saturated and the gain of the higher level increases.

第3図は第8図のようなSQWが2種類あるためにそれ
らを足し合せたものとして利得が決まっているが、注入
キヤリア密度の変化に対する利得曲線の変化は、ほぼ同
様の挙動を示している。
In FIG. 3, since there are two types of SQWs as shown in FIG. 8, the gain is determined by adding them, but the change of the gain curve with respect to the change of the injection carrier density shows almost the same behavior. There is.

このようにSQW構造の活性層をもつ半導体レーザにお
いても、本発明による波長可変は可能である。
As described above, the wavelength tunable according to the present invention is also possible in the semiconductor laser having the active layer of the SQW structure.

すなわち、本実施例では、共振器長L1または、端面反
射率Rf,Rbを小さくすることにより、均一注入時の共振
器内の発振しきい利得を大きくし、高次準位に対する波
長λを発振するように共振器を構成しておく。この場
合の利得曲線は、第8図においてn0で示したように、λ
の波長において最も利得が大きい状態なので、ここで
発振することになる。
That is, in the present embodiment, by reducing the resonator length L 1 or the end face reflectivities R f and R b , the oscillation threshold gain in the resonator at the time of uniform injection is increased, and the wavelength for the higher-order level is increased. The resonator is configured to oscillate λ 4 . The gain curve in this case is λ as shown by n 0 in FIG.
Since the gain is the largest at the wavelength of 4 , it oscillates here.

共振器方向に不均一に電流注入を行った場合、損失領
域では、キヤリア密度が小さい状態なので、第8図中n-
に示したように利得はλにおいて最大となり、λ
は小さくなり、時には負となる。一方利得領域では、損
失領域での光の損失分を補うだけの利得をもつ必要があ
るので、注入キヤリア密度はn+に増加し、結果としてλ
側の利得が増大し、λ側の利得は飽和することにな
る。このように、不均一にキヤリアを注入すると、λ
での損失領域での損失が支配的になって、λの発振を
起こりにくくするために、λの利得が共振器内の合計
では先にしきい利得に達することになり、波長λの光
が発振する。
If performed unevenly current injection to the resonator direction, a loss region, since a state carrier density is small, in FIG. 8 n -
As shown in FIG. 5, the gain is maximum at λ 3 , decreases at λ 4 , and sometimes becomes negative. On the other hand, in the gain region, it is necessary to have a gain to compensate for the loss of light in the loss region, so the injection carrier density increases to n + , resulting in λ
The gain on the 4 side increases, and the gain on the λ 3 side saturates. Thus, when the carrier is injected unevenly, λ 4
Loss in the loss region in becomes dominant, to less likely the oscillation of lambda 4, it will reach a threshold gain earlier total of lambda 3 of gain resonator, wavelength lambda 3 Light oscillates.

このようにSQW層を活性層を用いた場合でも、共振方
向に均一、不均一に電流注入することにより発振波長変
化を少ない電流変化でも可能にした。
As described above, even when an active layer is used as the SQW layer, a change in the oscillation wavelength can be made with a small current change by uniformly and non-uniformly injecting the current in the resonance direction.

もちろん、ここで示した単一の量子井戸構造の場合の
みならず、複数の等価な量子井戸構造の場合においても
全く同様の説明がなされる。また、光・電子の閉じ込め
層は、量子井戸構造の場合は、低しきい値化のために有
効であるが、ない場合でも本発明を適応することは出来
る。
Of course, not only in the case of the single quantum well structure shown here, but also in the case of a plurality of equivalent quantum well structures, exactly the same explanation is made. The optical / electron confinement layer is effective for lowering the threshold value in the case of a quantum well structure, but the present invention can be applied even when there is no such layer.

次に、本発明の最大の特徴である共振器長Lの設定に
ついて、別の実施例を示す。
Next, another embodiment of the setting of the resonator length L, which is the greatest feature of the present invention, will be described.

第11図は、共振方向に電流注入領域(III)と(IV)
があり、その間に導波損失領域(V)がある例を示す。
FIG. 11 shows the current injection regions (III) and (IV) in the resonance direction.
And there is a waveguide loss region (V) between them.

それぞれの領域の長さは、LIII,LIV,LVであり、全共
振器長LはL=LIII+LIV+LVである。LVが数μm程度
であれば、内部でのキヤリアの広がりを考慮すれば、LV
は無視できるはど小さいので先に示した例で説明がつく
が、およそ10μmよりも大きい領域をもつ場合は、
(V)が吸収領域として光に作用し、結果として、共振
器内の全損失を増加させて発振しきい利得を増加させる
ことになる。この例は、あらかじめ損失領域が共振器内
に設けられている素子としてとらえられる。つまり、こ
の場合、全体の共振器長は均一注入時に高Egに対応する
短波長を発振する共振器長よりも長いが、同様に、(II
I)と(IV)に同じ電流密度でキヤリア注入した際、短
波長光を発振する。そして(III)と(IV)に異なる電
流密度でキヤリア注入した場合、長波長光が発振する。
The length of each region is L III , L IV , L V , and the total resonator length L is L = L III + L IV + L V. If L V is about a few μm, considering the internal spread of the carrier, L V
Can be neglected, so it can be explained by the example shown above, but if it has a region larger than about 10 μm,
(V) acts on the light as an absorption region, resulting in an increase in the total loss in the resonator and an increase in the oscillation threshold gain. This example is regarded as an element in which the loss region is provided in the resonator in advance. That is, in this case, the entire cavity length is longer than the cavity length that oscillates a short wavelength corresponding to high E g at the time of uniform injection.
When carriers are injected into I) and (IV) at the same current density, short-wavelength light is emitted. When carriers are injected into (III) and (IV) at different current densities, long wavelength light oscillates.

このような吸収領域は、共振器方向のどこにでも存在
し得るが、端面近傍にあれば窓構造となり高出力化に適
している。
Such an absorption region can exist anywhere in the resonator direction, but if it is near the end face, it has a window structure and is suitable for high output.

第12図は、共振方向に3つに電極が分離形成されてい
る実施例を示す。しかし、前方端面側と後方端面側の電
極は短絡されており、等しいキヤリア密度で注入が可能
になっている。このため、(VI)及び(VIII)領域と
(VII)領域の2つの領域とみなすことができる。
FIG. 12 shows an embodiment in which three electrodes are separately formed in the resonance direction. However, the electrodes on the front end face side and the rear end face side are short-circuited, and injection can be performed with the same carrier density. Therefore, it can be regarded as two regions, that is, the (VI) and (VIII) regions and the (VII) region.

また、不均一注入時に(VI)と(VIII)を損失領域、
(VII)を利得領域に用いれば、端面での光密度をあま
り上昇させずに波長を変化させられるので高出力化が可
能となる。
In addition, the loss region of (VI) and (VIII) during non-uniform injection,
If (VII) is used in the gain region, the wavelength can be changed without increasing the light density on the end face so much, so that high output can be achieved.

このほかにも共振方向に均一、また不均一に電流を注
入するための電極構成が種々考えられるが、基本的に不
均一の度合いの増加につれて、発振波長が長波長化す
る。
In addition to these, various electrode configurations for injecting current uniformly or non-uniformly in the resonance direction are conceivable, but basically, as the degree of non-uniformity increases, the oscillation wavelength becomes longer.

本発明の他の実施例として、活性層が3つの異なる量
子井戸層により構成されている場合の伝導帯のエネルギ
ーバンド図を第13図に示す。
As another embodiment of the present invention, FIG. 13 shows an energy band diagram of a conduction band when the active layer is constituted by three different quantum well layers.

それぞれの井戸に対応するエネルギーギヤツプはEg1,
Eg2,Eg3で、Eg1<Eg2<Eg3とする。
The energy gear corresponding to each well is E g1 ,
E g2 , E g3 , and E g1 <E g2 <E g3 .

本発明を適用し、共振器長L又は端面反射率Rf,Rb
小さくすることにより共振器内の端面損失 を増加させれば、均一注入時にEg3に対応する波長を発
振する。このレーザに、電流を不均一注入すれば、Eg3
に対応する波長からEg2に対応する波長へ、さらには、E
g1に対応する波長へ、どんどん長波長化し、波長可変幅
は2つの井戸層の場合に比べて大きくすることができ
る。第14図は、活性層が異なる2つの量子井戸層から成
り、かつ、各々の高次準位が存在する場合の伝導帯のエ
ネルギーバンド図である。
By applying the present invention and reducing the resonator length L or the end face reflectances R f and R b , the end face loss in the resonator can be reduced. If is increased, a wavelength corresponding to E g3 is oscillated during uniform injection. If the current is non-uniformly injected into this laser, E g3
From the wavelength corresponding to E g2 to the wavelength corresponding to E g2
The wavelength can be increased to a wavelength corresponding to g1 and the wavelength tunable width can be increased as compared with the case of two well layers. FIG. 14 is an energy band diagram of a conduction band when the active layer is formed of two different quantum well layers and each of the higher levels exists.

一方の量子井戸層のn=1準位のエネルギーギヤツプ
Eg11、n=2準位のエネルギーギヤツプE12、他方の量
子井戸層のn=1準位のエネルギーギヤツプEg21,n=2
準位のエネルギーギヤツプEg22とすると、この例におい
ては、Eg11<Eg21<Eg12<Eg22である。
N = 1 level energy gap of one quantum well layer
E g11 , n = 2 level energy gap E 12 , the n = 1 level energy gap E g21 , n = 2 of the other quantum well layer
Assuming that the energy gap of the level is E g22 , in this example, E g11 <E g21 <E g12 <E g22 .

このような場合においても、本発明は有効であり、端
面損失 を適当に設定し、共振方向で電流注入を均一、不均一に
することにより、隣りあうエネルギーギヤツプ、例えば
Eg21〜Eg12等に対応する波長間の波長可変動作が可能と
なる。
Even in such a case, the present invention is effective and the end face loss Is set appropriately, and the current injection is made uniform and non-uniform in the resonance direction, so that adjacent energy gaps, for example,
A wavelength tunable operation between wavelengths corresponding to E g21 to E g12 becomes possible.

ここで、端面損失を大きくして、均一注入時にEg22
発振するようにしておくと、不均一さを増すにつれてE
g22→Eg12→Eg21→E11とそれぞれに対応する波長に発振
波長が変化することになる。
If the end face loss is increased so that Eg22 oscillates during uniform injection, E
g22 → E g12 → E g21 → E 11 and the oscillation wavelength in a wavelength corresponding to the respective is changed.

上記実施例において、レーザの共振方向に垂直な断面
構造はリツジ導波路型構造を用いたが、電極ストライプ
型構造等のような利得導波型の構造においても、また埋
込み型構造等のような屈折率導波型の構造においても本
発明は有効である。また、基板はn型、p型、半絶縁性
であってもレーザ構造が形成されていればよく、横方向
注入型等のレーザ構造を用いることもできる。
In the above-mentioned embodiment, the cross-sectional structure perpendicular to the laser resonance direction is the Ridge waveguide type structure, but it is also applicable to the gain waveguide type structure such as the electrode stripe type structure and the buried type structure. The present invention is also effective in a refractive index waveguide type structure. Further, even if the substrate is n-type, p-type or semi-insulating, a laser structure may be formed, and a laser structure such as a lateral injection type may be used.

更に前述の実施例としてAlGaAs系の半導体レーザ素子
を示したが、本発明は、InGaAaP系、AlGaInP系等、どの
ような材料のレーザにおいても適用が可能である。
Further, although an AlGaAs-based semiconductor laser device has been described as the above-described embodiment, the present invention can be applied to a laser of any material such as an InGaAaP-based laser and an AlGaInP-based laser.

更に、本発明のレーザ素子は、広い波長範囲で動作す
る高効率の光増幅器として使うことも可能である。
Further, the laser device of the present invention can be used as a high-efficiency optical amplifier operating in a wide wavelength range.

すなわち、本発明のレーザ素子の各々の電極にレーザ
発振するしきい電流よりもわずかに少ない電流を注入
し、広い波長範囲において利得が正になるようにしてお
く。これに外部から該素子の共振器内部に所定の波長の
光を入射結合させる。
That is, a current slightly smaller than the threshold current at which laser oscillation occurs is injected into each electrode of the laser element of the present invention so that the gain becomes positive over a wide wavelength range. Light having a predetermined wavelength is coupled to the inside of the resonator of the device from the outside.

共振器内部へ光を入射結合させる方法としては、該素
子の一方の端面を通して光を入射する方法、共振方向に
垂直に横方向または素子上部から入射する方法などがあ
る。
As a method of injecting and coupling light into the resonator, there are a method of injecting light through one end face of the element, a method of injecting light laterally perpendicular to the resonance direction or from above the element.

このように所定波長の光を入射すると、同一の波長を
もつ光を端面から出射させることができる。
When light of a predetermined wavelength is thus incident, light having the same wavelength can be emitted from the end face.

また、本発明のレーザ素子を、広い波長範囲において
波長可変機能をもつ高効率の光波長変換器として使うこ
ともできる。すなわち、本発明のレーザ素子の各々の電
極に所望の波長の光が発振するしきい電流値よりもわず
かに少ない電流を注入しておく。これに外部から該素子
の共振器内部にある光を入射結合させると、該素子への
注入電流で制御した所望の波長の光が端面から出射する
ことができる。
Further, the laser device of the present invention can be used as a highly efficient optical wavelength converter having a wavelength tunable function in a wide wavelength range. That is, a current slightly smaller than a threshold current value at which light of a desired wavelength oscillates is injected into each electrode of the laser element of the present invention. When light inside the resonator of the element is incidentally coupled to this, light having a desired wavelength controlled by an injection current into the element can be emitted from the end surface.

本発明では、出射させる所望の波長の可変範囲は広
く、かつ、共振方向での注入電流の不均一さの度合いを
制御してバイアスすればよいので波長を変化させるのが
容易である。
In the present invention, the variable range of the desired wavelength to be emitted is wide, and it is only necessary to control and bias the degree of non-uniformity of the injection current in the resonance direction, so that it is easy to change the wavelength.

上記、光増幅器、光波長変換器として本発明の半導体
レーザを用いる際には、該レーザ素子の端面は無反射コ
ーテイングを補す方が良い。
When the semiconductor laser of the present invention is used as an optical amplifier or an optical wavelength converter, it is preferable that the end face of the laser element be supplemented with a non-reflective coating.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の半導体レーザによれ
ば、少ない注入電流差により大きな幅で波長を変化させ
ることが可能である。また、その為、本発明によって発
熱量が少なく、長寿命の半導体レーザが得られたもので
ある。
As described above, according to the semiconductor laser of the present invention, it is possible to change the wavelength in a large width with a small injection current difference. Therefore, according to the present invention, a semiconductor laser having a small amount of heat generation and a long life can be obtained.

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

第1図は本発明の半導体レーザの一実施例を示す略断面
図、第2図は2つの異なる量子井戸層を有する活性層の
エネルギーバンド図、第3図は第2図の活性層における
波長に対する利得曲線を示す図、第4図は共振器長と発
振波長との関係を示す図、第5図は前側注入電流と発振
波長との関係を示す図、第6図は発振状態における前側
注入電流と後側注入電流との関係を示す図、第7図は単
一の量子井戸層を有する活性層のエネルギーバンド図、
第8図は第7図の活性層における波長に対する利得曲線
を示す図、第9図は共振器長と発振波長との関係を示す
図、第10図は共振器の端面反射率と発振波長との関係を
示す図、第11図及び第12図は夫々本発明の他の実施例を
示す略断面図、第13図及び第14図は夫々本発明の更に他
の実施例を示すエネルギーバンド図である。 1……n+−GaAs基板 2……n+−GaAsバツフア層 3……n−Al0.5Ga0.5Asクラツド層 4……活性層 5……p−Al0.5Ga0.5Asクラツド層 6……p+−GaAsキヤツプ層 7……p側電極 8……n側電極 9……絶縁層
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the semiconductor laser of the present invention, FIG. 2 is an energy band diagram of an active layer having two different quantum well layers, and FIG. 3 is a wavelength in the active layer of FIG. FIG. 4 shows the relationship between the cavity length and the oscillation wavelength, FIG. 5 shows the relationship between the front injection current and the oscillation wavelength, and FIG. 6 shows the front injection in the oscillation state. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the current and the rear injection current, FIG. 7 is an energy band diagram of an active layer having a single quantum well layer,
FIG. 8 is a diagram showing the gain curve with respect to wavelength in the active layer of FIG. 7, FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the resonator length and the oscillation wavelength, and FIG. 10 is a diagram showing the end face reflectance of the resonator and the oscillation wavelength. FIG. 11, FIG. 11 and FIG. 12 are schematic cross-sectional views showing other embodiments of the present invention, and FIGS. 13 and 14 are energy band diagrams showing still another embodiment of the present invention. Is. 1 ...... n + -GaAs substrate 2 ...... n + -GaAs buffer layer 3 ...... n-Al 0.5 Ga 0.5 As Kuratsudo layer 4 ...... active layer 5 ...... p-Al 0.5 Ga 0.5 As Kuratsudo layer 6 ...... p + -GaAs cap layer 7 ... p-side electrode 8 ... n-side electrode 9 ... insulating layer

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】量子井戸構造の活性層を含み積層された半
導体から成る共振器と、該共振器の共振方向に並設され
た複数の電極とを有し、これらの電極から注入される電
流の密度を各々独立に制御することによって、対応する
量子化エネルギーが互いに異なる光を発振する半導体レ
ーザにおいて、 前記複数の電極より等しい電流密度で注入を行ったとき
に大きな量子化エネルギーに対応する光が発振し、電極
に応じて異なる電流密度で注入を行ったときに小さな量
子化エネルギーに対応する光が発振するように、前記共
振器の端面損失が設定されたことを特徴とする半導体レ
ーザ。
1. A resonator comprising a stacked semiconductor including an active layer of a quantum well structure and a plurality of electrodes arranged in parallel in the resonance direction of the resonator, and a current injected from these electrodes. Independently controlling the density of each of the semiconductor lasers, the corresponding quantization energies oscillate light different from each other, the light corresponding to the large quantization energy when the injection is performed at the same current density from the plurality of electrodes. Wherein the end face loss of the resonator is set such that light is oscillated and light corresponding to small quantization energy is oscillated when injection is performed at a different current density according to the electrode.
【請求項2】前記活性層が、発振可能な複数の量子準位
を有する少なくとも1つの量子井戸層から成る特許請求
の範囲第1項記載の半導体レーザ。
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the active layer comprises at least one quantum well layer having a plurality of oscillating quantum levels.
【請求項3】前記活性層が、互いに異なる量子準位構造
を有する複数の量子井戸層から成る特許請求の範囲第1
項記載の半導体レーザ。
3. The method according to claim 1, wherein said active layer comprises a plurality of quantum well layers having quantum level structures different from each other.
9. The semiconductor laser according to item 1.
【請求項4】前記共振器の少なくとも一方の端面に誘電
体膜をコーテイングすることによって、この端面の反射
率を減少させた特許請求の範囲第1項記載の半導体レー
ザ。
4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a reflectance of said end face is reduced by coating a dielectric film on at least one end face of said resonator.
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