JP3236325B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
Semiconductor light emitting deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光装置に係り、
特に周期的利得構造をもつ半導体レーザに関する。光フ
ァイバ通信は、いまや公衆回線の幹線系に幅広く普及し
ている。最近では、高品位画像情報伝送など一層の大容
量通信サービスが計画されており、一般家庭にまで光フ
ァイバが導入される日もそう遠くない状況となってきて
いる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device,
In particular, it relates to a semiconductor laser having a periodic gain structure. Optical fiber communications have now become widespread in public trunk systems. Recently, higher-capacity communication services such as high-quality image information transmission are being planned, and the day when optical fibers are introduced to ordinary households is not far away.
【０００２】従って、いわゆる光加入者系では、極端な
低コスト化が必要不可欠であると共に、送信用の半導体
レーザにおいては、その低消費電力化、システム簡略化
のための発振しきい値電流の大幅な低減が必要とされて
いる。また、最近では、光ファイバ通信の高速性、省ス
ペース性の点から、コンピュータ内部の配線を光ファイ
バに置き換える動きも活性化している。この場合におい
ても、ＬＳＩチップ出力で直接駆動できるように、半導
体レーザの発振電流の超低しきい値化が必要とされてい
る。Therefore, in a so-called optical subscriber system, an extremely low cost is indispensable. In a semiconductor laser for transmission, an oscillation threshold current for reducing the power consumption and simplifying the system is required. Significant reductions are needed. In recent years, in view of the high speed and space saving of optical fiber communication, the movement of replacing the wiring inside the computer with an optical fiber has been activated. Even in this case, it is necessary to lower the threshold value of the oscillation current of the semiconductor laser so that the semiconductor laser can be directly driven by the output of the LSI chip.
【０００３】[0003]
【従来の技術】一般に、半導体レーザを用いて光の強度
や周波数に情報を乗せる場合、半導体レーザの駆動電流
に情報の乗った電気信号を重畳する方法がとられる。従
って、できるだけ少ない電流で変調を行うためには、通
常、半導体レーザの共振器長を短くし、且つ端面の反射
率を高くする方法が行われている。2. Description of the Related Art Generally, when information is added to the intensity and frequency of light using a semiconductor laser, a method of superposing an electric signal carrying the information on a drive current of the semiconductor laser is used. Therefore, in order to perform modulation with as little current as possible, a method of shortening the cavity length of the semiconductor laser and increasing the reflectivity of the end face is usually used.
【０００４】また、半導体レーザの発振しきい値電流を
低減する方法のひとつに、光を増幅する機能をもつ活性
領域を電子波の拡がり程度まで微細化することにより、
低しきい値化する方法がある。例えば量子井戸構造や量
子細線構造を用いて活性領域を量子化することにより、
活性領域内の電子の状態が通常のバンド構造と呼ばれる
たくさんのエネルギー準位をもつ状態から離散的なエネ
ルギー準位をもつ状態へと変化するため、この特性を用
いて、発振する光の波長と一致したエネルギー準位のみ
を励起することができる。従って、励起されたエネルギ
ー準位に対応する単一波長を発振させることにより、動
作の安定化を図ることができると共に、注入した電子を
光に変換する効率を上げることにより、発振しきい値電
流の低減を図ることができる。[0004] One of the methods for reducing the oscillation threshold current of a semiconductor laser is to miniaturize the active region having the function of amplifying light to the extent that electron waves spread.
There is a method of lowering the threshold. For example, by quantizing the active region using a quantum well structure or a quantum wire structure,
Since the state of electrons in the active region changes from a state with many energy levels called a normal band structure to a state with discrete energy levels, this property is used to determine the wavelength of the oscillating light. Only the coincident energy levels can be excited. Therefore, by oscillating a single wavelength corresponding to the excited energy level, the operation can be stabilized, and the efficiency of converting the injected electrons into light can be increased to increase the oscillation threshold current. Can be reduced.
【０００５】更にまた、この方法とは別に、活性領域を
共振器方向に周期的に配置して周期構造化し、光の進行
方向での利得の分布を光の共振器内での定在波の分布に
合わせて変化させることにより、発振しきい値電流を低
減する方法がある。共振器内では光は定在波状に分布し
ており、たとえ一様に利得が存在したとしても、光の増
幅に寄与するのは光の定在波の腹の部分のみであり、節
の部分の利得は役に立たない。従って、光の定在波の分
布に合わせて周期的に活性領域を形成することにより、
注入した電子を有効に活用して光電変換効率を上げるこ
とができるため、発振しきい値電流の低減を図ることが
できる。Further, separately from this method, the active region is periodically arranged in the direction of the resonator to form a periodic structure, and the distribution of the gain in the light traveling direction is determined by the distribution of the standing wave in the optical resonator. There is a method of reducing the oscillation threshold current by changing the oscillation threshold current according to the distribution. In the resonator, light is distributed in the form of a standing wave, and even if there is a uniform gain, only the antinode of the standing wave of light contributes to the amplification of light, and the nodes The gain is useless. Therefore, by periodically forming the active region in accordance with the distribution of the standing wave of light,
Since the photoelectric conversion efficiency can be increased by effectively utilizing the injected electrons, the oscillation threshold current can be reduced.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体レーザ
の共振器長を短くし且つ端面の反射率を高くする方法で
は、通常の半導体レーザにおいてレーザを発振させるた
めにある一定の電流、即ち発振しきい値電流が必要とな
るため、駆動電流の低減には限界があった。また、活性
領域の微細化により注入電子の光電変換効率を上げる方
法や、活性領域の周期構造化により注入電子の光電変換
効率を上げる方法だけでも、発振しきい値電流の低減に
は限界があった。However, in the method of shortening the cavity length of the semiconductor laser and increasing the reflectivity of the end face, the conventional semiconductor laser has a certain current, that is, a constant oscillation for oscillating the laser. Since a threshold current is required, there is a limit in reducing the drive current. In addition, there is no limit to the reduction of the oscillation threshold current even if only the method of increasing the photoelectric conversion efficiency of injected electrons by miniaturizing the active region or the method of increasing the photoelectric conversion efficiency of injected electrons by forming a periodic structure of the active region is used. Was.
【０００７】更に、活性領域の微細化と活性領域の周期
構造化とを組み合わせようとしても、微細化した活性領
域の大きさが周期的に変化することによって活性領域の
エネルギー準位も変化するため、低しきい値化を実現す
ることは困難であった。そこで本発明は、発振しきい値
電流を大幅に低減し、光ファイバ通信システムの加入者
系への拡大やコンピュータ内部の光配線の実現に寄与す
ることができる半導体発光装置を提供することを目的と
する。Further, even if an attempt is made to combine the miniaturization of the active region with the periodic structuring of the active region, the energy level of the active region also changes because the size of the miniaturized active region periodically changes. It has been difficult to reduce the threshold. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of significantly reducing an oscillation threshold current and contributing to expansion of an optical fiber communication system to a subscriber system and realization of optical wiring inside a computer. And
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題は、第１導電型
の下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成され
た光閉込め層と、前記光閉込め層上に形成された第２導
電型の上部クラッド層と、前記下部クラッド層底面に形
成された第１の電極と、前記上部クラッド層上に形成さ
れた第２の電極とを有する半導体発光装置において、前
記光閉込め層は、光を増幅する活性領域と発振光に対し
て透明な光導波領域とが発振光の管内波長のほぼ２分の
１に等しい周期で共振器方向に交互に配置された周期的
利得構造をなしており、前記活性領域は、共振器方向と
垂直方向に延びるほぼ同一の太さをもつ複数の細線状活
性領域の集合体であり、前記複数の細線状活性領域は、
前記光閉込め層内における発振光の定在波状の強度分布
に対応して、定在波のほぼ腹の部分に最も多く配置さ
れ、節に近付くにつれてその数が減少し、節の部分には
殆ど存在しないように配置されており、前記第２の電極
は、共振器方向に複数個に分割されており、前記複数個
に分割されている前記第２の電極の一部に注入する電流
を変化させることにより、出力光の強度又は波長を変調
することを特徴とする半導体発光装置によって達成され
る。The object of the present invention is to provide a first conductive type lower cladding layer, a light confinement layer formed on the lower cladding layer, and a second confinement layer formed on the light confinement layer. In a semiconductor light emitting device having a conductive type upper clad layer, a first electrode formed on a bottom surface of the lower clad layer, and a second electrode formed on the upper clad layer, the light confinement layer is A periodic gain structure in which active regions for amplifying light and optical waveguide regions transparent to oscillating light are alternately arranged in the direction of the resonator with a period equal to approximately one half of the guide wavelength of the oscillating light. The active region is an aggregate of a plurality of thin linear active regions extending in a direction perpendicular to the resonator direction and having substantially the same thickness, and the plurality of thin linear active regions are
In accordance with the intensity distribution of the standing wave of the oscillating light in the light confinement layer , the most abundant portion is located at the substantially antinode of the standing wave.
The number decreases as you approach the knot,
The second electrode is arranged so as to be almost non-existent, and the second electrode is divided into a plurality in the resonator direction, and a current injected into a part of the second electrode divided into the plurality is divided. This is achieved by a semiconductor light emitting device that modulates the intensity or wavelength of output light by changing the intensity.
【０００９】[0009]
【００１０】また、上記課題は、第１導電型の下部クラ
ッド層と、前記下部クラッド層上に形成された光閉込め
層と、前記光閉込め層上に形成された第２導電型の上部
クラッド層と、前記下部クラッド層底面に形成された第
１の電極と、前記上部クラッド層上に形成された第２の
電極とを有する半導体発光装置において、前記光閉込め
層は、光を増幅する活性領域と発振光に対して透明な光
導波領域とが発振光の管内波長のほぼ２分の１に等しい
周期で共振器方向に交互に配置された周期的利得構造を
なしており、前記活性領域は、ほぼ同一の大きさをもつ
複数の箱状活性領域の集合体であり、前記複数の箱状活
性領域は、前記光閉込め層内における発振光の定在波状
の強度分布に対応して、定在波のほぼ腹の部分に最も多
く配置され、節に近付くにつれてその数が減少し、節の
部分には殆ど存在しないように配置されており、前記第
２の電極は、共振器方向に複数個に分割されており、前
記複数個に分割されている前記第２の電極の一部に注入
する電流を変化させることにより、出力光の強度又は波
長を変調することを特徴とする半導体発光装置によって
達成される。[0010] Further, the object is to provide a lower cladding layer of the first conductivity type, a light confinement layer formed on the lower cladding layer, and an upper part of the second conductivity type formed on the light confinement layer. In a semiconductor light emitting device having a clad layer, a first electrode formed on a bottom surface of the lower clad layer, and a second electrode formed on the upper clad layer, the light confinement layer amplifies light. An active region and an optical waveguide region transparent to the oscillating light have a periodic gain structure in which they are alternately arranged in the resonator direction at a period equal to substantially one half of the guide wavelength of the oscillating light, The active region is an aggregate of a plurality of box-shaped active regions having substantially the same size, and the plurality of box-shaped active regions correspond to a standing wave intensity distribution of oscillation light in the light confinement layer. And most of the standing waves
And the number decreases as you approach the knot,
The second electrode is arranged so as not to be substantially present in the portion, and the second electrode is divided into a plurality in the resonator direction, and is injected into a part of the second electrode divided into the plurality. This is achieved by a semiconductor light emitting device characterized in that the intensity or wavelength of output light is modulated by changing the current flowing.
【００１１】また、上記課題は、第１導電型の下部クラ
ッド層と、前記下部クラッド層上に形成された光閉込め
層と、前記光閉込め層上に形成された第２導電型の上部
クラッド層と、前記下部クラッド層底面に形成された第
１の電極と、前記上部クラッド層上に形成された第２の
電極とを有する半導体発光装置において、前記光閉込め
層は、光を増幅する活性領域と発振波長に対して透明な
光導波領域とが発振光の管内波長のほぼ２分の１に等し
い周期で共振器方向に交互に配置された周期的利得構造
をなしており、前記活性領域は、共振器方向と垂直方向
に延びる複数の細線状活性領域の集合体であり、前記複
数の細線状活性領域は、前記光閉込め層内における発振
光の定在波状の強度分布に対応して、定在波のほぼ腹の
部分に最も多く配置され、節に近付くにつれてその数が
減少し、節の部分には殆ど存在しないように配置されて
いることを特徴とする半導体発光装置によって達成され
る。[0011] Further, the object is to provide a lower cladding layer of the first conductivity type, a light confinement layer formed on the lower cladding layer, and an upper part of the second conductivity type formed on the light confinement layer. In a semiconductor light emitting device having a clad layer, a first electrode formed on a bottom surface of the lower clad layer, and a second electrode formed on the upper clad layer, the light confinement layer amplifies light. A periodic gain structure in which the active region and the optical waveguide region transparent to the oscillation wavelength are alternately arranged in the resonator direction at a period equal to approximately one half of the guide wavelength of the oscillation light, The active region is an aggregate of a plurality of fine linear active regions extending in a direction perpendicular to the resonator direction, and the plurality of fine linear active regions have a standing wave intensity distribution of oscillation light in the light confinement layer. Correspondingly , the standing wave almost belly
The most in the section, the number increases as you approach the knot
This is achieved by a semiconductor light-emitting device characterized in that it is arranged so as to be reduced and hardly present at the nodes .
【００１２】また、第１導電型の下部クラッド層と、前
記下部クラッド層上に形成された光閉込め層と、前記光
閉込め層上に形成された第２導電型の上部クラッド層
と、前記下部クラッド層底面に形成された第１の電極
と、前記上部クラッド層上に形成された第２の電極とを
有する半導体発光装置において、前記光閉込め層は、光
を増幅する活性領域と発振光に対して透明な光導波領域
とが発振光の管内波長のほぼ２分の１に等しい周期で共
振器方向に交互に配置された周期的利得構造をなしてお
り、前記活性領域は、複数の箱状活性領域の集合体であ
り、前記複数の箱状活性領域は、前記光閉込め層内にお
ける発振光の定在波状の強度分布に対応して、定在波の
ほぼ腹の部分に最も多く配置され、節に近付くにつれて
その数が減少し、節の部分には殆ど存在しないように配
置されていることを特徴とする半導体発光装置によって
達成される。A first conductivity type lower cladding layer, a light confinement layer formed on the lower cladding layer, a second conductivity type upper cladding layer formed on the light confinement layer; In a semiconductor light emitting device having a first electrode formed on a bottom surface of the lower clad layer and a second electrode formed on the upper clad layer, the light confinement layer includes an active region for amplifying light, An optical waveguide region transparent to the oscillating light has a periodic gain structure alternately arranged in the resonator direction at a period substantially equal to half the guide wavelength of the oscillating light, and the active region includes: a set of a plurality of box-shaped active region, wherein the plurality of box-shaped active region, corresponding to the intensity distribution of the standing wave of the oscillation light in the light confining layer, a standing wave
Mostly located on the belly, almost as it approaches the nodes
This is achieved by a semiconductor light emitting device characterized in that the number thereof is reduced and the nodes are arranged so as to be scarcely present at the nodes .
【００１３】また、上記の半導体発光装置において、前
記細線状活性領域は、太さが２０ｎｍ×２０ｎｍより細
い量子細線であることを特徴とする半導体発光装置によ
って達成される。また、上記の半導体発光装置におい
て、前記箱状活性領域は、大きさが２０ｎｍ×２０ｎｍ
×２０ｎｍより小さい量子箱であることを特徴とする半
導体発光装置によって達成される。Further, in the above-described semiconductor light emitting device, the semiconductor device is characterized in that the fine line-shaped active region is a quantum fine line having a thickness smaller than 20 nm × 20 nm. In the above-described semiconductor light emitting device, the box-shaped active region has a size of 20 nm × 20 nm.
This is achieved by a semiconductor light emitting device characterized by being a quantum box smaller than × 20 nm.
【００１４】[0014]
【作用】本発明は、上下のクラッド層に挟まれた光閉込
め層において、光を増幅する活性領域と発振波長の光に
対して透明な光導波領域とが発振光の管内波長のほぼ２
分の１に等しい周期で共振器方向に交互に配置された周
期的利得構造をなしていることにより、活性領域が実際
に光の増幅に寄与する光の定在波の腹の部分のみに存在
するようにできるため、注入電子の光電変換効率を上
げ、発振しきい値電流の低減を実現することができる。According to the present invention, in the light confinement layer sandwiched between the upper and lower cladding layers, the active region for amplifying the light and the optical waveguide region transparent to the light of the oscillation wavelength have a wavelength of about 2 times the guide wavelength of the oscillation light.
The active region exists only at the antinode of the standing wave of light that actually contributes to the amplification of light by forming a periodic gain structure alternately arranged in the direction of the resonator with a period equal to one-half. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the injected electrons can be increased and the oscillation threshold current can be reduced.
【００１５】また、光閉込め層に電流を注入する第２の
電極が、共振器方向に複数個に分割されていることによ
り、複数個に分割されている第２の電極の一部に注入す
る電流のみを変化させ、周期的利得構造をなしている活
性領域のうちの一部の活性領域への電流注入を制御する
ことによってレーザ発振状態は大きく変化させることが
できる。従って、光閉込め層へ注入する電流を変化させ
て出力光の強度又は波長の変調を行う場合、光閉込め層
全体に注入する電流を変化させなくても、そのうちのご
くわずかを変化させるだけで変調を行うことができるた
め、変調電流を大幅に低減することができる。Further, since the second electrode for injecting a current into the light confinement layer is divided into a plurality in the resonator direction, the second electrode is injected into a part of the divided second electrode. The laser oscillation state can be largely changed by changing only the current to be applied and controlling the current injection to a part of the active regions forming the periodic gain structure. Therefore, when the intensity of the output light or the wavelength is modulated by changing the current injected into the optical confinement layer, only a slight change is required without changing the current injected into the entire optical confinement layer. Therefore, the modulation current can be significantly reduced.
【００１６】また、活性領域が、複数の細線状又は箱状
の活性領域、なかんずく量子細線又は量子箱の集合体に
よって構成されていることにより、この微細構造、なか
んずく量子構造に規定されたエネルギー準位に対応する
単一波長を発振させることができるため、発振動作の安
定化を実現することができると共に、注入電子の光電変
換効率を上げることによって発振電流を低しきい値化す
ることができる。Further, since the active region is constituted by a plurality of thin or box-shaped active regions, particularly, an aggregate of quantum wires or quantum boxes, the energy level defined by the fine structure, especially, the quantum structure, is determined. Can oscillate a single wavelength corresponding to the phase, so that the oscillation operation can be stabilized and the oscillation current can be lowered by increasing the photoelectric conversion efficiency of the injected electrons. .
【００１７】更に、活性領域を構成する複数の細線状活
性領域又は箱状活性領域、なかんずく量子細線又は量子
箱が発振光の強度分布に対応して配置されていることに
より、実質的に活性領域の大きさを発振光の定在波状の
強度分布に合致させることができるため、注入電子の光
電変換効率の一層の高効率化が可能となり、従って発振
電流を超低しきい値化することができる。Further, since a plurality of fine line-shaped active regions or box-shaped active regions constituting the active region, particularly, quantum wires or quantum boxes are arranged corresponding to the intensity distribution of the oscillating light, the active region is substantially reduced. Can be matched to the intensity distribution of the standing wave of the oscillating light, which makes it possible to further increase the photoelectric conversion efficiency of the injected electrons, thus making it possible to reduce the oscillation current to an ultra-low threshold. it can.
【００１８】[0018]
【実施例】図１（ａ）は本発明の第１の実施例による半
導体レーザを示す断面図、図１（ｂ）は、その半導体レ
ーザの共振器内における発振光の定在波状の強度分布を
示すグラフである。ｎ型半導体基板２とｐ型クラッド層
４との間に、これらｎ型半導体基板２及びｐ型クラッド
層４より狭いバンドギャップエネルギーをもつ光閉込め
層６が形成され、ダブルヘテロ構造をなしている。FIG. 1A is a sectional view showing a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a standing wave intensity distribution of oscillation light in a resonator of the semiconductor laser. FIG. Between the n-type semiconductor substrate 2 and the p-type cladding layer 4, a light confinement layer 6 having a band gap energy narrower than those of the n-type semiconductor substrate 2 and the p-type cladding layer 4 is formed to form a double hetero structure. I have.
【００１９】そしてこの光閉込め層６においては、光を
増幅する活性領域８と発振波長に対して透明な光導波領
域１０とが共振器方向に交互に配置され、周期的利得構
造をなしている。ここで、活性領域８が配置されている
周期Ｌは、図１（ｂ）に示される光閉込め層６内におけ
る発振光の定在波状の強度分布に対応して、発振光の管
内波長λの２分の１に等しい周期である。In the light confinement layer 6, active regions 8 for amplifying light and optical waveguide regions 10 transparent to the oscillation wavelength are alternately arranged in the direction of the resonator, forming a periodic gain structure. I have. Here, the period L in which the active regions 8 are arranged corresponds to the standing wave intensity distribution of the oscillating light in the light confinement layer 6 shown in FIG. Is equal to one half of
【００２０】また、ｎ型半導体基板２底面にはｎ側電極
１２が形成されている。そしてｐ型クラッド層４上に
は、共振器方向に複数個に分割されたｐ側電極１４ａ、
１４ｂ、１４ｃが形成されている。このように本実施例
によれば、光閉込め層６内における発振光の定在波状の
強度分布に対応して、発振光の管内波長λの２分の１に
等しい周期で活性領域８が配置された周期的利得構造を
なしていることにより、活性領域８が実際に光の増幅に
寄与する光の定在波の腹の部分のみに存在し、定在波の
節の部分には殆ど存在しないようにすることができる。
このため、注入電子の光電変換効率を上げることがで
き、従って発振しきい値電流の低しきい値化を実現する
ことができる。また、戻り光に対しても安定であるた
め、アイソレータ等が不要となって低コスト化を実現す
ることができる。On the bottom surface of the n-type semiconductor substrate 2, an n-side electrode 12 is formed. Then, on the p-type cladding layer 4, a p-side electrode 14a divided into a plurality in the resonator direction,
14b and 14c are formed. As described above, according to the present embodiment, the active region 8 has a period equal to one half of the guide wavelength λ of the oscillating light corresponding to the standing wave intensity distribution of the oscillating light in the light confinement layer 6. Due to the arranged periodic gain structure, the active region 8 exists only at the antinode of the standing wave of light that actually contributes to the amplification of light, and almost at the node of the standing wave. Can be absent.
For this reason, the photoelectric conversion efficiency of the injected electrons can be increased, and accordingly, the threshold value of the oscillation threshold current can be reduced. Further, since it is stable against return light, an isolator or the like is not required, and cost reduction can be realized.
【００２１】また、光閉込め層６内の活性領域８に電流
を注入するｐ側電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃが共振器方
向に３分割されていることにより、その一部、例えばｐ
側電極１４ｂから注入する電流のみを変化させることが
できる。このため、周期的利得構造をなしている活性領
域８のうち、ｐ側電極１４ｂ下方の活性領域８への電流
注入のみを制御することにより、レーザ発振状態は大き
く変化させることができる。極端な場合には、一部の活
性領域への電流注入を減少させるだけで、レーザ発振を
停止させてしまうことができる。The p-side electrodes 14a, 14b and 14c for injecting a current into the active region 8 in the light confinement layer 6 are divided into three parts in the direction of the resonator, so that a part thereof, for example, p
Only the current injected from the side electrode 14b can be changed. Therefore, by controlling only the current injection into the active region 8 below the p-side electrode 14b in the active region 8 having the periodic gain structure, the laser oscillation state can be largely changed. In an extreme case, laser oscillation can be stopped only by reducing the current injection into some active regions.
【００２２】従って、ｐ側電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ
全体から全部の活性領域８に注入する電流を変化させな
くても、その一部のｐ側電極１４ｂから注入する電流の
みを変化させるだけで、出力光の強度又は波長の変調を
行うことができ、変調電流の大幅な低減を実現すること
ができる。次に、上記第１の実施例について材料等を特
定した具体例を、図２に示す。Therefore, the p-side electrodes 14a, 14b, 14c
Even if the current injected from the entire active region 8 is not changed, the intensity or wavelength of the output light can be modulated only by changing the current injected from a part of the p-side electrode 14b. Thus, a significant reduction in the modulation current can be realized. Next, FIG. 2 shows a specific example in which materials and the like are specified for the first embodiment.
【００２３】この具体例は、第１の実施例を発振波長
１．５５μｍのＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レー
ザの場合に適用したものである。即ち、ｎ型ＩｎＰ基板
２２上に、バンドギャップ波長λｇ＝１．５５μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰ活性領域２４が周期２４０ｎｍで周期的に
形成されている。この周期的利得構造をなすＩｎＧａＡ
ｓＰ活性領域２４は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ基板２２上に
均一なＩｎＧａＡｓＰ活性領域２４を成長した後、周期
的露光パターンをマスクとしてエッチングを行うことに
より形成することができる。This embodiment is an application of the first embodiment to an InP / InGaAsP semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.55 μm. That is, on the n-type InP substrate 22, I with a bandgap wavelength λg = 1.55 μm
The nGaAsP active region 24 is formed periodically with a period of 240 nm. InGaAs having this periodic gain structure
The sP active region 24 can be formed by growing a uniform InGaAsP active region 24 on the n-type InGaAsP substrate 22 and then performing etching using the periodic exposure pattern as a mask.
【００２４】そしてこの周期２４０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性領域２４及びｎ型ＩｎＰ基板２２上に、バンドギ
ャップ波長λｇ＝１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光導波領
域２６が形成され、またこのＩｎＧａＡｓＰ光導波領域
２６上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層２８及び共振器方向に
３分割されたバンドギャップ波長λｇ＝１．３μｍ、ｐ
型不純物濃度１×１０19ｃｍ-3のｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰ
コンタクト層３０ａ、３０ｂ、３０ｃが順に形成されて
いる。The InGaAs having a period of 240 nm
An InGaAsP optical waveguide region 26 having a bandgap wavelength λg = 1.3 μm is formed on the P active region 24 and the n-type InP substrate 22, and a p-type InP cladding layer 28 and a resonator are formed on the InGaAsP optical waveguide region 26. Bandgap wavelength λg = 1.3 μm divided into three directions, p
P + -type InGaAsP with a p-type impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3
Contact layers 30a, 30b, and 30c are sequentially formed.
【００２５】また、ｎ型ＩｎＰ基板２２底面にはＡｕＧ
ｅ／Ａｕ電極３２が形成されている。そしてｐ+ 型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層３０ａ、３０ｂ、３０ｃ上に
は、それぞれＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極３４ａ、３４ｂ、３
４ｃが形成されている。次に、本発明の第２の実施例に
よる半導体レーザを、図３を用いて説明する。図３
（ａ）は第２の実施例による半導体レーザを示す断面
図、図３（ｂ）はその活性領域を一部拡大した斜視図で
ある。なお、上記図１の半導体レーザと同一の構成要素
には同一の符号を付して説明を省略する。On the bottom of the n-type InP substrate 22, AuG
An e / Au electrode 32 is formed. And p + type In
On the GaAsP contact layers 30a, 30b, 30c, Ti / Pt / Au electrodes 34a, 34b, 3
4c is formed. Next, a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 3A is a sectional view showing a semiconductor laser according to a second embodiment, and FIG. 3B is a partially enlarged perspective view of an active region thereof. The same components as those of the semiconductor laser of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００２６】本実施例は、上記第１の実施例における活
性領域８が通常のバルクの結晶によって形成されている
のに対し、複数の量子細線の集合体によって活性領域が
形成されている点に特徴がある。図３（ａ）において、
ｎ型半導体基板２とｐ型クラッド層４との間に光閉込め
層６ａが形成され、ダブルヘテロ構造をなしている。そ
してこの光閉込め層６ａにおいては、活性領域８ａと光
導波領域１０ａとが光閉込め層６ａ内における発振光の
定在波分布に対応して、発振光の管内波長λの２分の１
に等しい周期で交互に配置され、周期的利得構造をなし
ている。ここで、活性領域８ａは、図３（ｂ）に示され
るように、１０ｎｍ×１０ｎｍの太さをもち、共振器方
向と垂直方向に延びる多数の量子細線４２の集合体であ
る。The present embodiment is different from the first embodiment in that the active region 8 is formed by ordinary bulk crystals, whereas the active region is formed by an aggregate of a plurality of quantum wires. There are features. In FIG. 3A,
A light confinement layer 6a is formed between the n-type semiconductor substrate 2 and the p-type cladding layer 4, and has a double hetero structure. In the optical confinement layer 6a, the active region 8a and the optical waveguide region 10a correspond to the standing wave distribution of the oscillating light in the optical confinement layer 6a, and are の of the guide wavelength λ of the oscillating light.
Are alternately arranged at a period equal to the above, and form a periodic gain structure. Here, as shown in FIG. 3B, the active region 8a is an aggregate of many quantum wires 42 having a thickness of 10 nm × 10 nm and extending in a direction perpendicular to the resonator direction.
【００２７】このように本実施例によれば、光閉込め層
６ａ内における発振光の定在波分布に対応して、発振光
の管内波長λの２分の１に等しい周期で活性領域８ａが
配置された周期的利得構造をなしていること、また、光
閉込め層６ａ内の活性領域８ａに電流を注入するｐ側電
極１４ａ、１４ｂ、１４ｃが共振器方向に分割されてい
ることにより、上記第１の実施例と同様の効果を奏する
ことができる。As described above, according to the present embodiment, the active region 8a has a period equal to one half of the guide wavelength λ of the oscillating light corresponding to the standing wave distribution of the oscillating light in the light confinement layer 6a. Are arranged, and the p-side electrodes 14a, 14b and 14c for injecting current into the active region 8a in the light confinement layer 6a are divided in the resonator direction. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.
【００２８】そして更に、活性領域８ａが同一の太さを
もつ多数の量子細線４２によって構成されていることに
より、この量子細線４２によって規定されたエネルギー
準位に対応する単一波長を発振させることができる。こ
のため、発振動作の安定化を実現することができると共
に、注入電子の光電変換効率を上げることによって発振
電流の低しきい値化を実現することができる。Further, since the active region 8a is composed of a number of quantum wires 42 having the same thickness, a single wavelength corresponding to the energy level defined by the quantum wires 42 can be oscillated. Can be. Therefore, the oscillation operation can be stabilized, and the threshold value of the oscillation current can be reduced by increasing the photoelectric conversion efficiency of the injected electrons.
【００２９】即ち、活性領域８ａの周期構造化と活性領
域８ａの微細化、なかんずく量子化とを組み合わせるこ
とにより、発振電流の超低しきい値化を実現することが
可能となる。例えば、本実施例のごとく、活性領域８ａ
を構成する量子細線４２の太さが１０ｎｍ×１０ｎｍの
場合、上記第１の実施例のごとく通常のバルク結晶を用
いた活性領域８の場合に比べて５〜６倍の利得が理論上
予測される。That is, by combining the periodic structure of the active region 8a with the miniaturization of the active region 8a, especially the quantization, it becomes possible to realize an ultra-low threshold of the oscillation current. For example, as in this embodiment, the active region 8a
Is 10 nm × 10 nm, the gain is theoretically predicted to be 5 to 6 times that of the active region 8 using a normal bulk crystal as in the first embodiment. You.
【００３０】次に、本発明の第３の実施例による半導体
レーザを、図４を用いて説明する。図４（ａ）は第３の
実施例による半導体レーザを示す断面図、図４（ｂ）は
その活性領域を一部拡大した斜視図である。なお、上記
図３の半導体レーザと同一の構成要素には同一の符号を
付して説明を省略する。本実施例は、上記第２の実施例
における活性領域８ａが複数の量子細線の集合体によっ
て形成されているのに対し、複数の量子箱の集合体によ
って活性領域が形成されている点に特徴がある。Next, a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a cross-sectional view showing a semiconductor laser according to the third embodiment, and FIG. 4B is a partially enlarged perspective view of an active region thereof. Note that the same components as those of the semiconductor laser of FIG. The present embodiment is characterized in that the active region 8a in the second embodiment is formed by an aggregate of a plurality of quantum wires, whereas the active region is formed by an aggregate of a plurality of quantum boxes. There is.
【００３１】図４（ａ）において、ｎ型半導体基板２と
ｐ型クラッド層４との間にダブルヘテロ接合された光閉
込め層６ｂは、活性領域８ｂと光導波領域１０ｂとが光
閉込め層６ｂ内における発振光の定在波分布に対応して
発振光の管内波長λの２分の１に等しい周期で交互に配
置され、周期的利得構造をなしている。ここで、活性領
域８ｂは、図４（ｂ）に示されるように、１０ｎｍ×１
０ｎｍ×１０ｎｍの大きさをもつ多数の量子箱４４の集
合体である。In FIG. 4A, the light confinement layer 6b, which is a double heterojunction between the n-type semiconductor substrate 2 and the p-type cladding layer 4, has an optical confinement between the active region 8b and the optical waveguide region 10b. Corresponding to the standing wave distribution of the oscillating light in the layer 6b, they are alternately arranged with a period equal to one half of the guide wavelength λ of the oscillating light to form a periodic gain structure. Here, as shown in FIG. 4B, the active region 8b has a size of 10 nm × 1.
It is an aggregate of many quantum boxes 44 having a size of 0 nm × 10 nm.
【００３２】このように本実施例によれば、活性領域８
ｂが同一の太さをもつ多数の量子箱４４によって構成さ
れていることにより、上記第２の実施例における量子細
線４２の場合よりもその量子効果は大きいため、更なる
発振動作の安定化と発振電流の低しきい値化を実現する
ことができる。次に、本発明の第４の実施例による半導
体レーザを、図５を用いて説明する。As described above, according to the present embodiment, the active region 8
Since b is constituted by a large number of quantum boxes 44 having the same thickness, the quantum effect is larger than that of the quantum wire 42 in the second embodiment, so that the oscillation operation can be further stabilized and The threshold value of the oscillation current can be reduced. Next, a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００３３】図５（ａ）は本発明の第４の実施例による
半導体レーザを示す断面図、図５（ｂ）はその半導体レ
ーザの光閉込め層内における発振光の定在波状の強度分
布を示すグラフ、図５（ｃ）はその半導体レーザの活性
領域を一部拡大した斜視図である。なお、上記図１及び
図３の半導体レーザと同一の構成要素には同一の符号を
付して説明を省略する。FIG. 5A is a sectional view showing a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a standing wave intensity distribution of oscillation light in a light confinement layer of the semiconductor laser. FIG. 5C is a partially enlarged perspective view of the active region of the semiconductor laser. Note that the same components as those of the semiconductor lasers of FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
【００３４】図５（ａ）において、ｎ型半導体基板２と
ｐ型クラッド層４との間にダブルヘテロ接合された光閉
込め層６ｃは、活性領域８ｃと光導波領域１０ｃとが図
５（ｂ）に示される光閉込め層６ｃ内における発振光の
定在波状の強度分布に対応して発振光の管内波長λの２
分の１に等しい周期で交互に配置され、周期的利得構造
をなしている。In FIG. 5A, the light confinement layer 6c, which is a double hetero junction between the n-type semiconductor substrate 2 and the p-type cladding layer 4, has an active region 8c and an optical waveguide region 10c. In accordance with the standing wave intensity distribution of the oscillating light in the light confinement layer 6c shown in FIG.
They are alternately arranged with a period equal to one-half, forming a periodic gain structure.
【００３５】ここで、活性領域８ｃは、図５（ｃ）に示
されるように、１０ｎｍ×１０ｎｍの太さをもち、共振
器方向と垂直方向に延びる多数の量子細線４２の集合体
である。そしてこの量子細線４２の集合体が、図５
（ｂ）に示される光閉込め層６ｃ内における発振光の定
在波状の強度分布に対応して配置されている点に本実施
例の特徴がある。Here, as shown in FIG. 5C, the active region 8c is an aggregate of a large number of quantum wires 42 having a thickness of 10 nm × 10 nm and extending in a direction perpendicular to the resonator direction. The aggregate of the quantum wires 42 is shown in FIG.
This embodiment is characterized in that it is arranged corresponding to the standing wave intensity distribution of the oscillating light in the light confinement layer 6c shown in FIG.
【００３６】即ち、活性領域８ｃが発振光の定在波状の
強度分布に対応した周期的利得構造をとるのみならず、
活性領域８ｃを構成する多数の量子細線４２が、定在波
状の強度分布に対応して、定在波の腹の部分に最も多く
配置され、節に近付くにつれてその数が減少し、節の部
分には殆ど存在しないように配置されている。また、ｎ
型半導体基板２底面にはｎ側電極１２が形成され、ｐ型
クラッド層４上にはｐ側電極１４が形成されている。即
ち、本実施例では、ｐ側電極１４が共振器方向に複数個
に分割されていなくてもよい。That is, the active region 8c not only has a periodic gain structure corresponding to the standing wave intensity distribution of the oscillation light,
A large number of quantum wires 42 constituting the active region 8c are arranged most at the antinode of the standing wave corresponding to the intensity distribution of the standing wave, and the number decreases as approaching the node. Are arranged so that they hardly exist. Also, n
An n-side electrode 12 is formed on the bottom surface of the type semiconductor substrate 2, and a p-side electrode 14 is formed on the p-type cladding layer 4. That is, in the present embodiment, the p-side electrode 14 may not be divided into a plurality in the resonator direction.
【００３７】このように本実施例によれば、ｐ側電極１
４が上記第１乃至第３の実施例のごとく分割されていな
くとも、光閉込め層６ｃにおいて、この光閉込め層６ｃ
内における発振光の定在波状の強度分布に対応して、発
振光の管内波長λの２分の１に等しい周期で活性領域８
ｃが配置された周期的利得構造をなしていることによ
り、また、活性領域８ｃを構成する同一の太さをもつ多
数の量子細線４２自体が発振光の強度分布に対応して定
在波の腹の部分に数多く配置されていることにより、量
子細線４２のエネルギー準位に対応した単一波長発振に
よる発振動作の安定化を実現することができると共に、
発振に必要な利得を半分にすることができ、発振電流の
超低しきい値化を実現することができる。As described above, according to this embodiment, the p-side electrode 1
4 is not divided as in the first to third embodiments, the light confinement layer 6c
The active region 8 has a period equal to one half of the guide wavelength λ of the oscillating light corresponding to the standing wave intensity distribution of the oscillating light in the inside.
c has a periodic gain structure, and a large number of quantum wires 42 having the same thickness and constituting the active region 8c themselves have a standing wave corresponding to the intensity distribution of the oscillating light. By arranging many at the antinode, stabilization of oscillation operation by single wavelength oscillation corresponding to the energy level of the quantum wire 42 can be realized,
The gain required for oscillation can be halved, and an ultra-low threshold of the oscillation current can be realized.
【００３８】即ち、活性領域８ｃの周期構造化と活性領
域８ｃの量子化との組み合わせに加えて、活性領域８ｃ
を構成する多数の量子細線４２の配置によって実質的に
活性領域８ｃの大きさを発振光の定在波状の強度分布に
合致させることことにより、現状の発振しきい値電流を
１／１０以下に低減することが可能となる。次に、本発
明の第５の実施例による半導体レーザを、図６を用いて
説明する。That is, in addition to the combination of the periodic structuring of the active region 8c and the quantization of the active region 8c,
The current oscillation threshold current is reduced to 1/10 or less by making the size of the active region 8c substantially match the intensity distribution of the standing wave of the oscillating light by the arrangement of the large number of quantum wires 42 constituting It becomes possible to reduce. Next, a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００３９】図６（ａ）は第５の実施例による半導体レ
ーザを示す断面図、図６（ｂ）はその活性領域を一部拡
大した斜視図である。なお、上記図４及び図５の半導体
レーザと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を
省略する。本実施例は、上記第４の実施例における活性
領域８ｃが光閉込め層６ｃ内における発振光の定在波状
の強度分布に対応して配置されている多数の量子細線４
２の集合体によって構成されているのに対し、同様の分
布に配置されている多数の量子箱の集合体によって活性
領域が構成されている点に特徴がある。FIG. 6A is a sectional view showing a semiconductor laser according to the fifth embodiment, and FIG. 6B is a partially enlarged perspective view of the active region. Note that the same components as those of the semiconductor lasers of FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this embodiment, a large number of quantum wires 4 in which the active region 8c in the fourth embodiment is arranged in correspondence with the standing wave intensity distribution of the oscillation light in the light confinement layer 6c.
It is characterized in that the active region is constituted by an aggregate of a large number of quantum boxes arranged in a similar distribution, whereas the active region is constituted by an aggregate of two.
【００４０】図６（ａ）において、ｎ型半導体基板２と
ｐ型クラッド層４との間にダブルヘテロ接合された光閉
込め層６ｄは、活性領域８ｄと光導波領域１０ｄとが光
閉込め層６ｄ内における発振光の定在波状の強度分布に
対応して発振光の管内波長λの２分の１に等しい周期で
交互に配置され、周期的利得構造をなしている。ここ
で、活性領域８ｄは、１０ｎｍ×１０ｎｍ×１０ｎｍの
大きさをもつ多数の量子箱４４の集合体であり、光閉込
め層６ｃ内における発振光の定在波状の強度分布に対応
して配置されている。In FIG. 6A, the light confinement layer 6d, which is a double heterojunction between the n-type semiconductor substrate 2 and the p-type cladding layer 4, has an active region 8d and an optical waveguide region 10d. Corresponding to the standing wave intensity distribution of the oscillating light in the layer 6d, the oscillating light is alternately arranged at a period equal to one half of the guide wavelength λ of the oscillating light to form a periodic gain structure. Here, the active region 8d is an aggregate of a large number of quantum boxes 44 having a size of 10 nm × 10 nm × 10 nm, and is arranged corresponding to the standing wave intensity distribution of the oscillation light in the light confinement layer 6c. Have been.
【００４１】このように本実施例によれば、活性領域８
ｄを構成する同一の大きさをもつ多数の量子箱４４自体
が発振光の強度分布に対応して定在波の腹の部分に数多
く配置されていることにより、上記第４の実施例におけ
る量子細線４２の場合よりもその量子効果は大きいた
め、更なる発振動作の安定化と発振電流の低しきい値化
を実現することができる。As described above, according to the present embodiment, the active region 8
Since a large number of quantum boxes 44 having the same size and constituting d are arranged at the antinodes of the standing wave in accordance with the intensity distribution of the oscillating light, the quantum boxes 44 in the fourth embodiment described above. Since the quantum effect is larger than that of the thin wire 42, further stabilization of the oscillation operation and lower threshold of the oscillation current can be realized.
【００４２】次に、本発明の第６の実施例による半導体
レーザを、図７を用いて説明する。図７は第６の実施例
による半導体レーザを示す断面図である。なお、上記図
３及び図５の半導体レーザと同一の構成要素には同一の
符号を付して説明を省略する。ｎ型半導体基板２とｐ型
クラッド層４との間にダブルヘテロ接合された光閉込め
層６ｅは、活性領域８ｅと光導波領域１０ｅとが光閉込
め層６ｅ内における発振光の定在波状の強度分布に対応
して発振光の管内波長λの２分の１に等しい周期で交互
に配置され、周期的利得構造をなしている。ここで、活
性領域８ｅは、上記第４の実施例と同様に、１０ｎｍ×
１０ｎｍの太さをもち、共振器方向と垂直方向に延びる
多数の量子細線４２の集合体であり、光閉込め層６ｅ内
における発振光の定在波状の強度分布に対応して配置さ
れている。Next, a semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor laser according to the sixth embodiment. Note that the same components as those of the semiconductor lasers of FIGS. 3 and 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The optical confinement layer 6e, which is double-hetero-junctioned between the n-type semiconductor substrate 2 and the p-type cladding layer 4, has a structure in which the active region 8e and the optical waveguide region 10e have a standing wave shape of oscillation light in the optical confinement layer 6e. Are arranged alternately with a period equal to one half of the guide wavelength λ of the oscillating light to form a periodic gain structure. Here, the active region 8e has a size of 10 nm × 10 nm as in the fourth embodiment.
It is an aggregate of a large number of quantum wires 42 having a thickness of 10 nm and extending in a direction perpendicular to the resonator direction, and is arranged corresponding to a standing wave intensity distribution of oscillation light in the light confinement layer 6e. .
【００４３】また、ｎ型半導体基板２底面にはｎ側電極
１２が形成され、ｐ型クラッド層４上には、上記第２の
実施例と同様に、共振器方向に複数個に分割されたｐ側
電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃが形成されている。このよ
うに本実施例によれば、上記第２の実施例におけるｐ側
電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃが共振器方向に分割されて
いる構造と、上記第４の実施例における活性領域８ｃを
構成する多数の量子細線４２が光閉込め層６ｃ内におけ
る発振光の定在波状の強度分布に対応して配置されてい
る構造とを組み合わせることにより、上記第２又は第４
の実施例の場合以上の効果を奏することができる。On the bottom surface of the n-type semiconductor substrate 2, an n-side electrode 12 is formed, and on the p-type cladding layer 4, it is divided into a plurality in the direction of the resonator, as in the second embodiment. The p-side electrodes 14a, 14b, 14c are formed. As described above, according to the present embodiment, the structure in which the p-side electrodes 14a, 14b, and 14c in the second embodiment are divided in the resonator direction and the active region 8c in the fourth embodiment are formed. By combining with a structure in which a large number of quantum wires 42 are arranged corresponding to the standing wave intensity distribution of the oscillating light in the light confinement layer 6c,
It is possible to obtain more effects than in the case of the embodiment.
【００４４】なお、上記第６の実施例においては、活性
領域８ｅが多数の量子細線４２の集合体によって構成さ
れているが、この量子細線４２の代わりに、量子箱を用
いてもよい。この場合、量子細線４２の場合よりもその
量子効果は大きいため、第６の実施例の場合以上の効果
を奏することができる。なお、量子細線或いは量子箱
は、例えば特開平１−２９６６１２号公報に記載されて
いる方法を用いて形成することができる。In the sixth embodiment, the active region 8e is constituted by an aggregate of a large number of quantum wires 42. Instead of the quantum wires 42, a quantum box may be used. In this case, the quantum effect is greater than in the case of the quantum wire 42, so that an effect greater than that of the sixth embodiment can be obtained. The quantum wires or quantum boxes can be formed by using, for example, a method described in JP-A-1-296612.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、光を増幅
する活性領域と発振光に対して透明な光導波領域とが共
振器方向に交互に配置された周期的利得構造をなしてい
ることにより、また光閉込め層に電流を注入する第２の
電極が共振器方向に複数個に分割されていることによ
り、また活性領域が複数の細線状又は箱状の活性領域の
集合体によって構成されていることにより、またこれら
複数の細線状又は箱状の活性領域が発振光の強度分布に
対応して配置されていることにより、注入電子の光電変
換効率を上げることができるため、半導体発光装置の発
振しきい値電流の低しきい値化を実現することができ
る。As described above, according to the present invention, an active region for amplifying light and an optical waveguide region transparent to oscillating light form a periodic gain structure alternately arranged in the resonator direction. In addition, the second electrode for injecting current into the optical confinement layer is divided into a plurality of portions in the resonator direction, and the active region is an aggregate of a plurality of fine linear or box-like active regions. In addition, since the plurality of fine line-shaped or box-shaped active regions are arranged corresponding to the intensity distribution of the oscillation light, the photoelectric conversion efficiency of injected electrons can be increased. It is possible to reduce the oscillation threshold current of the semiconductor light emitting device.
【００４６】これにより、光ファイバ通信システムの加
入者系への拡大やコンピュータ内部の光配線の実現に、
大いに寄与することができる。As a result, the expansion of the optical fiber communication system to the subscriber system and the realization of the optical wiring inside the computer can be realized.
Can greatly contribute.
【図１】本発明の第１の実施例による半導体レーザを説
明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.
【図２】第１の実施例の一具体例によるＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系半導体レーザを示す断面図である。FIG. 2 shows InP / InG according to a specific example of the first embodiment.
It is sectional drawing which shows an aAsP type semiconductor laser.
【図３】本発明の第２の実施例による半導体レーザを説
明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施例による半導体レーザを説
明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第４の実施例による半導体レーザを説
明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第５の実施例による半導体レーザを説
明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第６の実施例による半導体レーザを説
明するための断面図である。FIG. 7 is a sectional view illustrating a semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention.
２…ｎ型半導体基板 ４…ｐ型クラッド層 ６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ…光閉込め層 ８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ…活性領域 １０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ…光導
波領域 １２…ｎ側電極 １４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４…ｐ側電極 ２２…ｎ型ＩｎＰ基板 ２４…ＩｎＧａＡｓＰ活性領域 ２６…ＩｎＧａＡｓＰ光導波領域 ２８…ｐ型ＩｎＰクラッド層 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰコンタ
クト層 ３２…ＡｕＧｅ／Ａｕ電極 ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極 ４２…量子細線 ４４…量子箱2 n-type semiconductor substrate 4 p-type cladding layer 6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e light confinement layer 8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e active region 10, 10a, 10b, 10c 10d, 10e: Optical waveguide region 12: n-side electrode 14a, 14b, 14c, 14: p-side electrode 22: n-type InP substrate 24: InGaAsP active region 26: InGaAsP optical waveguide region 28: p-type InP cladding layer 30a, 30b , 30c ... p + -type InGaAsP contact layer 32 ... AuGe / Au electrode 34a, 34b, 34c ... Ti / Pt / Au electrode 42 ... Quantum wire 44 ... Quantum box
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−246891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−213386（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−148889（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−290789（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−174791（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194686（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏ ｌ．91，Ｎｏ．75，（ＯＱＥ91−31）ｐ ｐ．79−84 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H04B 10/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-2486891 (JP, A) JP-A-63-213386 (JP, A) JP-A-3-148889 (JP, A) JP-A-61-1986 290789 (JP, A) JP-A-3-174791 (JP, A) JP-A-2-194686 (JP, A) IEICE Technical Report Vol. 91, No. 75, (OQE91-31) pp. 79-84 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 H04B 10/22
Claims (6)
部クラッド層上に形成された光閉込め層と、前記光閉込
め層上に形成された第２導電型の上部クラッド層と、前
記下部クラッド層底面に形成された第１の電極と、前記
上部クラッド層上に形成された第２の電極とを有する半
導体発光装置において、 前記光閉込め層は、光を増幅する活性領域と発振光に対
して透明な光導波領域とが発振光の管内波長のほぼ２分
の１に等しい周期で共振器方向に交互に配置された周期
的利得構造をなしており、 前記活性領域は、共振器方向と垂直方向に延びるほぼ同
一の太さをもつ複数の細線状活性領域の集合体であり、 前記複数の細線状活性領域は、前記光閉込め層内におけ
る発振光の定在波状の強度分布に対応して、定在波のほ
ぼ腹の部分に最も多く配置され、節に近付くにつれてそ
の数が減少し、節の部分には殆ど存在しないように配置
されており、 前記第２の電極は、共振器方向に複数個に分割されてお
り、 前記複数個に分割されている前記第２の電極の一部に注
入する電流を変化させることにより、出力光の強度又は
波長を変調することを特徴とする半導体発光装置。A first conductivity type lower cladding layer, a light confinement layer formed on the lower cladding layer, a second conductivity type upper cladding layer formed on the light confinement layer; In a semiconductor light emitting device having a first electrode formed on a bottom surface of the lower cladding layer and a second electrode formed on the upper cladding layer, the light confinement layer includes an active region for amplifying light, An optical waveguide region transparent to the oscillating light has a periodic gain structure alternately arranged in the resonator direction with a period equal to approximately one half of the guide wavelength of the oscillating light, and the active region is An aggregate of a plurality of thin linear active regions having substantially the same thickness extending in a direction perpendicular to the cavity direction, wherein the plurality of thin linear active regions are formed in a standing wave shape of oscillation light in the light confinement layer. in response to the intensity distribution, ho of the standing wave
It is most often placed on the belly, and as it approaches the knot,
And the second electrode is divided into a plurality in the resonator direction, and the second electrode is divided into a plurality in the direction of the resonator. A semiconductor light emitting device, wherein the intensity or wavelength of output light is modulated by changing a current injected into a part of the second electrode.
部クラッド層上に形成された光閉込め層と、前記光閉込
め層上に形成された第２導電型の上部クラッド層と、前
記下部クラッド層底面に形成された第１の電極と、前記
上部クラッド層上に形成された第２の電極とを有する半
導体発光装置において、 前記光閉込め層は、光を増幅する活性領域と発振光に対
して透明な光導波領域とが発振光の管内波長のほぼ２分
の１に等しい周期で共振器方向に交互に配置された周期
的利得構造をなしており、 前記活性領域は、ほぼ同一の大きさをもつ複数の箱状活
性領域の集合体であり、 前記複数の箱状活性領域は、前記光閉込め層内における
発振光の定在波状の強度分布に対応して、定在波のほぼ
腹の部分に最も多く配置され、節に近付くにつれてその
数が減少し、節の部分には殆ど存在しないように配置さ
れており、 前記第２の電極は、共振器方向に複数個に分割されてお
り、 前記複数個に分割されている前記第２の電極の一部に注
入する電流を変化させることにより、出力光の強度又は
波長を変調することを特徴とする半導体発光装置。2. A lower cladding layer of a first conductivity type, a light confinement layer formed on the lower cladding layer, an upper cladding layer of a second conductivity type formed on the light confinement layer, In a semiconductor light emitting device having a first electrode formed on a bottom surface of the lower cladding layer and a second electrode formed on the upper cladding layer, the light confinement layer includes an active region for amplifying light, An optical waveguide region transparent to the oscillating light has a periodic gain structure alternately arranged in the resonator direction with a period equal to approximately one half of the guide wavelength of the oscillating light, and the active region is substantially the same a collection of a plurality of box-shaped active region having a size, said plurality of box-shaped active region, corresponding to the intensity distribution of the standing wave of the oscillation light in the light confining layer, a constant Almost the presence of waves
It is most often located on the belly, and as you approach the nodes,
The number is reduced, the portion of the section are arranged almost does not exist, the second electrode, the resonator direction is divided into a plurality to said being divided into the plurality second A semiconductor light-emitting device that modulates the intensity or wavelength of output light by changing a current injected into a part of the electrode.
部クラッド層上に形成された光閉込め層と、前記光閉込
め層上に形成された第２導電型の上部クラッド層と、前
記下部クラッド層底面に形成された第１の電極と、前記
上部クラッド層上に形成された第２の電極とを有する半
導体発光装置において、 前記光閉込め層は、光を増幅する活性領域と発振波長に
対して透明な光導波領域とが発振光の管内波長のほぼ２
分の１に等しい周期で共振器方向に交互に配置された周
期的利得構造をなしており、 前記活性領域は、共振器方向と垂直方向に延びる複数の
細線状活性領域の集合体であり、 前記複数の細線状活性領域は、前記光閉込め層内におけ
る発振光の定在波状の強度分布に対応して、定在波のほ
ぼ腹の部分に最も多く配置され、節に近付くにつれてそ
の数が減少し、節の部分には殆ど存在しないように配置
されていることを特徴とする半導体発光装置。3. A lower cladding layer of a first conductivity type, a light confinement layer formed on the lower cladding layer, and an upper cladding layer of a second conductivity type formed on the light confinement layer. In a semiconductor light emitting device having a first electrode formed on a bottom surface of the lower cladding layer and a second electrode formed on the upper cladding layer, the light confinement layer includes an active region for amplifying light, The optical waveguide region that is transparent to the oscillation wavelength is about 2 times the guide wavelength of the oscillation light.
Forming a periodic gain structure alternately arranged in the resonator direction with a period equal to one-half, wherein the active region is an aggregate of a plurality of fine line-shaped active regions extending in a direction perpendicular to the resonator direction; The plurality of thin linear active regions correspond to the standing wave intensity distribution of the oscillating light in the light confinement layer, and the standing wave
It is most often placed on the belly, and as it approaches the knot,
Characterized in that the number of the light-emitting devices is reduced, and the semiconductor light-emitting devices are arranged so as to be almost nonexistent at the nodes .
部クラッド層上に形成された光閉込め層と、前記光閉込
め層上に形成された第２導電型の上部クラッド層と、前
記下部クラッド層底面に形成された第１の電極と、前記
上部クラッド層上に形成された第２の電極とを有する半
導体発光装置において、 前記光閉込め層は、光を増幅する活性領域と発振光に対
して透明な光導波領域とが発振光の管内波長のほぼ２分
の１に等しい周期で共振器方向に交互に配置された周期
的利得構造をなしており、 前記活性領域は、複数の箱状活性領域の集合体であり、 前記複数の箱状活性領域は、前記光閉込め層内における
発振光の定在波状の強度分布に対応して、定在波のほぼ
腹の部分に最も多く配置され、節に近付くにつれてその
数が減少し、節の部分には殆ど存在しないように配置さ
れていることを特徴とする半導体発光装置。4. A lower cladding layer of a first conductivity type, a light confinement layer formed on the lower cladding layer, an upper cladding layer of a second conductivity type formed on the light confinement layer, In a semiconductor light emitting device having a first electrode formed on a bottom surface of the lower cladding layer and a second electrode formed on the upper cladding layer, the light confinement layer includes an active region for amplifying light, An optical waveguide region transparent to the oscillating light has a periodic gain structure alternately arranged in the resonator direction with a period equal to approximately one half of the guide wavelength of the oscillating light, and the active region is An aggregate of a plurality of box-shaped active regions, wherein the plurality of box-shaped active regions correspond to a standing wave- like intensity distribution of oscillating light in the light confinement layer.
It is most often located on the belly, and as you approach the nodes,
A semiconductor light emitting device characterized in that the number thereof is reduced, and the semiconductor light emitting device is arranged so as to be scarcely present in a node portion .
おいて、 前記細線状活性領域は、太さが２０ｎｍ×２０ｎｍより
細い量子細線であることを特徴とする半導体発光装置。5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said thin linear active region is a quantum thin line having a thickness smaller than 20 nm × 20 nm.
おいて、 前記箱状活性領域は、大きさが２０ｎｍ×２０ｎｍ×２
０ｎｍより小さい量子箱であることを特徴とする半導体
発光装置。6. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the box-shaped active region has a size of 20 nm × 20 nm × 2.
A semiconductor light emitting device, which is a quantum box smaller than 0 nm.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP30358791A JP3236325B2 (en) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | Semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30358791A JP3236325B2 (en) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | Semiconductor light emitting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH05145183A JPH05145183A (en) | 1993-06-11 |
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ID=17922800
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1991
- 1991-11-19 JP JP30358791A patent/JP3236325B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．９１，Ｎｏ．７５，（ＯＱＥ９１−３１）ｐｐ．７９−８４ |
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