JPH02159784A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JPH02159784A
JPH02159784A JP63315628A JP31562888A JPH02159784A JP H02159784 A JPH02159784 A JP H02159784A JP 63315628 A JP63315628 A JP 63315628A JP 31562888 A JP31562888 A JP 31562888A JP H02159784 A JPH02159784 A JP H02159784A
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JP
Japan
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refractive index
semiconductor laser
layer
active layer
equivalent refractive
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JP63315628A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Wada
浩 和田
Hiroshi Ogawa
洋 小川
Tatsuo Kunii
国井 達夫
Mitsushi Yamada
山田 光志
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

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Abstract

PURPOSE:To enable a semiconductor laser of this design to output laser rays as small in a spectral line width as possible by a method wherein an equivalent refractive index difference in a lateral direction is set to a value as small as a refractive index waveguide structure can secure. CONSTITUTION:A equivalent refractive index difference DELTAn in a lateral direction is set to a value as small as a refractive index waveguide structure can secure, and the width of the optical waveguide region of a semiconductor laser active layer 5 is set to a value which is corresponding to the set equivalent refractive index difference DELTAn and the maximum value within a range that laser rays of modes other than a single lateral mode can be cut off. The equivalent refractive index DELTAn, which is determined by an equivalent refractive index nVeff of an active layer in a longitudinal direction and an equivalent refractive index nC of a current constriction layer 53, is required to satisfy a formula, DELTAn>=0.01, to secure a stable refractive index waveguide structure. By this setup, the junction of natural emission rays with an oscillation mode can be made small, so that a semiconductor laser which can output laser rays small in a spectral line width can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、光通信分野や計測分野に利用できるスペク
トル線幅の狭い屈折率導波型の半導体レーザに関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an index-guided semiconductor laser with a narrow spectral linewidth that can be used in the field of optical communication and measurement.

(従来の技術) 光通信分野では、現在数Gbit/sの大容量通信シス
テムか実現され、また、さらに長距離・大容量の通信シ
ステムを実現するための研究が盛んに進められている。
(Prior Art) In the field of optical communications, large-capacity communication systems of several Gbit/s have now been realized, and research is actively underway to realize even longer distance and larger-capacity communication systems.

そして、このような研究テーマのうちの一つであるコヒ
ーレント光通信は、通常の直接検波方式による光通信(
こ圧し、 ■・・・受信感度の大幅な改善か期待される、■・・・
半導体レーザで得られる光の周波数が通信や計測に従来
利用されてきた電磁波に比し非常に高いため、より一層
の周波数多重伝送が可能になる 等の特徴を持っているため、最も注目されている。
Coherent optical communication, which is one of these research themes, is based on optical communication using the normal direct detection method (
■...It is expected that there will be a significant improvement in reception sensitivity, ■...
The frequency of the light obtained by semiconductor lasers is much higher than the electromagnetic waves traditionally used for communication and measurement, so it is attracting the most attention because it has features such as enabling even more frequency multiplexed transmission. There is.

しかし、このようなコヒーレント光通信を実現するため
には、スペクトル線幅かI MHz以下というように非
常に狭いスペクトル線幅を持った半導体レーザが必要に
なる。また、このような半導体レーザは、光通信分野ば
かりではなく例えばコーヒーレフト光計測等の分野でも
非常に有用なものである。
However, in order to realize such coherent optical communication, a semiconductor laser having a very narrow spectral linewidth of I MHz or less is required. Further, such a semiconductor laser is extremely useful not only in the field of optical communication but also in fields such as coffee left optical measurement.

そこで、スペクトル線幅の狭い半導体レーザの研究が従
来から精力的(こなされており、その−例として、例え
ば文献(昭和62年電子情報通信学会半導体・材料部門
全国大会予稿集p、2−50)に開示されているものが
あった。
Therefore, research on semiconductor lasers with narrow spectral linewidth has been carried out energetically for some time, and examples of this research include the literature (Proceedings of the 1986 IEICE Semiconductor and Materials Division National Conference, p. 2-50). ) was disclosed.

この文献では叶B型半導体レーザにおけるスペクトル線
幅の共昧器長依存性の検討結果か述べられている。そし
て、この検討は、半導体レーザのスペクトル線幅Δυが
、一般に、下記の式で表されるように、共振器長を大き
くすることによって小さくなってゆくことに着目してな
されたものてへり= [(h・υO・n0sp ) /
8TTPO]X  (C/nEFF L) 2 X  
(lnRaz・L)×(10日)× (1+α2)  
・・・・・・■但し、0式中、hはブランクの定数、ν
。は発振周波数、n 0spは発振モードに結合する自
然放出光を生せしめるキャリア密度、P、は共振器の方
の端面からの出力パワー、Cは光速、n effは実効
屈折率、Lは共振器長、日は端面反射率、αLは共振器
内部損失、αは線幅増大係数である。
This document describes the results of a study on the dependence of the spectral linewidth on the collusion length in a B-type semiconductor laser. This study was conducted by focusing on the fact that the spectral linewidth Δυ of a semiconductor laser generally decreases by increasing the cavity length, as expressed by the following formula. [(h・υO・n0sp) /
8TTPO]X (C/nEFF L) 2X
(lnRaz・L)×(10 days)×(1+α2)
・・・・・・■ However, in the formula 0, h is a blank constant, ν
. is the oscillation frequency, n0sp is the carrier density that produces spontaneous emission light coupled to the oscillation mode, P is the output power from the end face of the resonator, C is the speed of light, neff is the effective refractive index, and L is the resonator. The length and day are the end face reflectance, αL is the resonator internal loss, and α is the linewidth increase coefficient.

上述の文献での実際の検討は、発振波長か1.551J
mのBH−DFB型の半導体レーザを用いてなされてい
る。第4図は、BH−DFB型の半導体レーザの説明に
供する図であり、この半導体レーザをその一部を切り欠
いて概略的に示した斜視図である。なお、図面か複雑化
することを回避するため、切り欠き部を示すハツチング
は省略して示してある。
The actual study in the above literature is based on the oscillation wavelength or 1.551J.
This is done using a BH-DFB type semiconductor laser. FIG. 4 is a diagram for explaining a BH-DFB type semiconductor laser, and is a perspective view schematically showing the semiconductor laser with a portion thereof cut away. Note that, in order to avoid complicating the drawings, hatchings indicating cutout portions are omitted.

先ず、適当なピッチ(発振波長か1.55umのDFB
型の半導体レーザの場合であれば、約240OAのピッ
チ)のグレーティングllaか形成されたn型1nP基
板11上に、−回目の結晶成長によりn型GaInAs
P光導波層13、GaInAsP活性層15、p型In
Pクラット層17及びp型GaInAsPキt”yブ層
19をこの順に成長させ積層体21が形成される。次に
、この積層体21が、活性層15の光導波領域の幅W+
か約1um程度になるようにかつこの積層体21の断面
が逆メサ形状になるように、ホトエツチング技術により
加工される。次に、n型InP基板11上に、逆メサ形
状の積層体21ヲ埋め込むように、二回目の結晶成長に
よりp型1nP層23及びn型InP層25をこの順に
成長させ、次いて、p型GaLn A S Pキャップ
層19及びn型InP層25上にn側電極27か形成さ
れ、n型InP基板下側にn側電極29か形成される。
First, select an appropriate pitch (DFB with an oscillation wavelength of 1.55 um)
In the case of a type semiconductor laser, an n-type GaInAs is
P optical waveguide layer 13, GaInAsP active layer 15, p-type In
A laminate 21 is formed by growing the P crat layer 17 and the p-type GaInAsP layer 19 in this order.Next, this laminate 21 is formed to have a width W+ of the optical waveguide region of the active layer 15.
The laminated body 21 is processed by a photoetching technique so that the thickness is approximately 1 um and the cross section of the laminate 21 is in the shape of an inverted mesa. Next, on the n-type InP substrate 11, a p-type 1nP layer 23 and an n-type InP layer 25 are grown in this order by second crystal growth so as to embed the inverted mesa-shaped stacked body 21, and then the p-type 1nP layer 23 and the n-type InP layer 25 are grown in this order. An n-side electrode 27 is formed on the GaLn A SP cap layer 19 and the n-type InP layer 25, and an n-side electrode 29 is formed under the n-type InP substrate.

そして、上述の文献には、共振器長L%300umとし
たBH−DFBレーザを種々の光出力か得られるように
それぞれ動作させた時の各スペクトル線幅と、共振器長
L a 1200u mどしたBH−DFBレ−ザラ種
々の光出力か得られるようにそれぞれ動作させた時の各
スペクトル線幅とを、横軸に光出力の逆数P−’%とり
縦軸にスペクトル線幅Δνをとりプロットした、第5図
に示すような特性曲線図か掲載されている。これによれ
ば、共振器長した300umから1200umと長くす
ることにより△νは約1/4になり、L = 1200
口mとした半導体レーザのとき最少スペクトル線幅とし
て2〜3MHzが得られでいる。
The above-mentioned literature describes the spectral linewidths of BH-DFB lasers with a cavity length L% of 300 um when operated to obtain various optical outputs, and the cavity length L a of 1200 um. The horizontal axis represents the reciprocal of the optical output P-'%, and the vertical axis represents the spectral linewidth Δν. A plotted characteristic curve diagram as shown in Fig. 5 is published. According to this, by increasing the resonator length from 300 um to 1200 um, △ν becomes about 1/4, and L = 1200
A minimum spectral linewidth of 2 to 3 MHz has been obtained in the case of a semiconductor laser with a diameter of m.

(発明か解決しようとする課題) しかしながら、DFB型の半導体レーザの場合共振器長
を長くすると、光強度の共振器長方向の分布か不均一に
なり、その結果空間的ボールバーングか起こり、多モー
ト発振し易くなる。従って共振器長はそれほど長くは出
来ない。
(Problem to be solved by the invention) However, in the case of a DFB type semiconductor laser, when the cavity length is lengthened, the distribution of light intensity in the cavity length direction becomes non-uniform, resulting in spatial ball-burning. Multi-mode oscillation becomes easier. Therefore, the resonator length cannot be made very long.

実際、共振器長L:@1200umという長さにした場
合でも、単一縦モード発振する半導体レーザの歩留りは
非常に小さいものになると思われ、共振器長したこれ以
、土長くすることは実用的でない。
In fact, even if the cavity length L is set to 1200 um, the yield of a semiconductor laser that oscillates in a single longitudinal mode will be extremely small, and it is not practical to lengthen the cavity length. Not on target.

このようなことから、共振器長を長くする方法ては、得
られるスペクトル線幅は最少なものでも2〜3MHzで
あり、コヒーレント光通信用の光源として要求されるI
 MHz以下のスペクトル線幅のレーザ光を出力出来る
半導体レーザを得ることは、出来ない。
For this reason, the method of increasing the resonator length requires that the minimum spectral linewidth obtained is 2 to 3 MHz, which is required for a light source for coherent optical communication.
It is not possible to obtain a semiconductor laser that can output laser light with a spectral line width of MHz or less.

この発明はこのような点(こ鑑みなされたものであり、
従ってこの発明の目的は、スペクトル線幅のより小さい
レーザ光を出力出来る屈折率導波型の半導体レーザを提
供することにある。
This invention was made in view of these points,
Therefore, an object of the present invention is to provide an index-guided semiconductor laser that can output laser light with a narrower spectral linewidth.

(課題を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この出願に係る発明者は鋭
意検討を重ねた。そして、先す、半導体レーザのスペク
トル線幅を広くしてしまう原因を再度見直し、共振器長
り以外の要素でスペクトル線幅を狭く出来る要素がない
かどうかの検討を先ず行なった。このことにつき先ず説
明する。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve this objective, the inventor of this application has made extensive studies. First, we reexamined the causes of widening the spectral linewidth of semiconductor lasers, and first examined whether there were any factors other than the resonator length that could narrow the spectral linewidth. This will be explained first.

半導体レーザのスペクトル線幅を広くする最も基本的な
原因は、自然放出光である。つまり、レーザ発振の陣中
でも自然放出光はランダムに発生し、その一部かレーザ
発振モートに結合しスペクトル線幅を広げる雑音となる
。レーザ発振中に発生した自然放出光のうちレーザ発振
モートに結合するものの割合をCRとする。つまり、C
R (一つの共振器モートに変換された自 然放出光の光量)/(自然放出光の 全発生光量) と定義すると、このCRはレーザ発振波長の付近では下
記■式のように表すことか出来る。
The most fundamental cause of widening the spectral line width of semiconductor lasers is spontaneous emission. In other words, even during laser oscillation, spontaneous emission light is randomly generated, and a portion of it is coupled to the laser oscillation moat and becomes noise that widens the spectral line width. CR is the proportion of spontaneously emitted light generated during laser oscillation that is coupled to the laser oscillation moat. In other words, C
Defining R (amount of spontaneous emission light converted to one resonator moat)/(total amount of spontaneous emission light generated), this CR can be expressed as the following formula in the vicinity of the laser oscillation wavelength. .

たたし、「は光閉じ込め係数、入。は発振波長、Vaは
活性層の光導波領域の体積、△λは自然放出光強度スペ
クトルの半値幅であり、このVaは詳細には下記0式で
定義されるものである。
where " is the optical confinement coefficient, the input is the oscillation wavelength, Va is the volume of the optical waveguide region of the active layer, and △λ is the half-width of the spontaneous emission light intensity spectrum. This Va is expressed in detail by the following formula 0. It is defined by

Va =Wa−d、−L  −・・■ たたし、W8は活性層の光導波領域の幅、d8は活性層
の光導波領域の厚みである。
Va=Wa-d, -L-...■ Where, W8 is the width of the optical waveguide region of the active layer, and d8 is the thickness of the optical waveguide region of the active layer.

ここで上述のORは、定義の意味からいって、既に説明
した0式中のn0sp(発振モードに結合する自然放出
光を生ゼしめるキャリア密度)と、次の0式で示される
関係にある。
Here, from the meaning of the definition, the above OR has a relationship with n0sp (carrier density that generates spontaneous emission light coupled to the oscillation mode) in the equation 0 already explained as shown in the following equation 0. .

たたし、hはブランクの定数、ν。は発振周波数、νは
ある一つの共振モードの周波数、n5p(ν)は周波数
υのモートに結合する自然放出光を生せしめるキャリア
密度、D(ν)は放射電磁界モード密度である。
where h is a blank constant and ν. is the oscillation frequency, ν is the frequency of one resonant mode, n5p(ν) is the carrier density that produces spontaneous emission light coupled to the moat of frequency υ, and D(ν) is the radiation electromagnetic field mode density.

従って、上述の■、■、■及び0式より、なる関係か導
き出せることが分かる(但し、「。
Therefore, it can be seen that from the above equations ■, ■, ■ and 0, the following relationship can be derived (however, ``.

は横方向の光閉じ込め係数、「ヮは縦方向の光閉じ込め
係数である。)。
is the optical confinement coefficient in the horizontal direction, and ヮ is the optical confinement coefficient in the vertical direction.

従って、0式から理解できるように活性層の光導波領域
の幅W8を変えること1こよっても△υを変化させ得る
ことか分かる。
Therefore, as can be understood from Equation 0, it is possible to change Δv by changing the width W8 of the optical waveguide region of the active layer.

しかし、半導体レーザを単一基本横モードで安定に発振
させるためには、活性層の光導波領域の幅W、、が、横
高次モードをカットオフ出来る条件となる必要があるこ
とも事実である。Waがこのカットオフ条件より広いと
、横高次モードも導波されてしまうかうである。
However, it is also true that in order to stably oscillate a semiconductor laser in a single fundamental transverse mode, the width W of the optical waveguide region of the active layer must be a condition that can cut off the transverse higher-order modes. be. If Wa is wider than this cutoff condition, transverse higher-order modes will also be guided.

そこで、この出願に係る発明者は、今度は、屈折率導波
路を構成し得る横方向の等偏屈折率差に着目し検討を行
なった。第2図はこの検討結果の例を示した図であり、
半導体レーザの構造を第4図を用いて説明したBH−D
FB型の半導体レーザの構造とし、活性層のエネルキー
キャップ波長入y @ 1.55LI 171、光導波
層のエネルキーギャップ波長λ、 %1.310m、こ
れら各層の厚みをどちらも0.lumとそれぞれ仮定し
、活性層の側面を埋め込む電流狭窄層の屈折率ncをパ
ラメータとし、周知である等偏屈折率法を用いでWaを
変えた時のr s / W、を計算(こより求め、その
結果−を、横軸にW8をとり縦軸にrH/W、!とりプ
ロットした図である。なお、ncは3、+7.3. +
9゜3.2+、3.23,3.25の各値にした。また
、第2図中・印で示した各ポイントは、電流狭窄層の屈
折率ncが上述の各値の場合の横高次モードのカットオ
フ条件である。第2図からも理解出来るように電流狭窄
層の屈折率ncを大きくしてゆくことにより、即ち、横
方向の等偏屈折率差Δn (BH−DFBレーザの場合
は′、活性層の縦方向の等偏屈折率と、電流狭窄層の等
偏屈折率との差△n)を小さくしてゆくことにより横高
次モートのカットオフ条件を満足する幅を大きく出来る
ことが分かった。なあ、等偏屈折率差△nかあまり1こ
小さくなると屈折率差を利用した導波構造を確保出来な
くなることは云うまでもない。
Therefore, the inventor of this application focused on and studied the horizontal equipolarized refractive index difference that can constitute a refractive index waveguide. Figure 2 shows an example of the results of this study.
BH-D explains the structure of a semiconductor laser using Fig. 4.
The structure is an FB type semiconductor laser, the energy key cap wavelength input of the active layer is y @ 1.55 LI 171, the energy key gap wavelength λ of the optical waveguide layer is %1.310 m, and the thickness of each of these layers is 0. lum and using the refractive index nc of the current confinement layer that embeds the sides of the active layer as a parameter, calculate r s / W when Wa is changed using the well-known equipolarized refractive index method (determined from this). , the result - is plotted with W8 on the horizontal axis and rH/W, ! on the vertical axis. Incidentally, nc is 3, +7.3. +
The values were set to 9°3.2+, 3.23, and 3.25. Further, each point indicated by a mark in FIG. 2 is a cutoff condition for the transverse higher-order mode when the refractive index nc of the current confinement layer has the above-mentioned values. As can be understood from Fig. 2, by increasing the refractive index nc of the current confinement layer, the equal polarized refractive index difference Δn in the horizontal direction (' in the case of a BH-DFB laser, ′ in the vertical direction of the active layer It has been found that by decreasing the difference Δn) between the homopolarized refractive index of the current confinement layer and the homopolarized refractive index of the current confinement layer, the width that satisfies the cutoff condition of the transverse high-order moat can be increased. It goes without saying that if the equipolarized refractive index difference Δn becomes too small by 1, it will not be possible to secure a waveguide structure that utilizes the refractive index difference.

従って、この発明は、屈折率導波型の半導体レーザにお
いて、 横方向の等偏屈折率差Δnu屈折率導波構造か確保出来
る範囲内のより小さな値(こ設定し、当該半導体レーザ
の活性層の光導波領域の幅を、設定された等偏屈折率差
に応じたかつ単一基本横モード以外のモードをカットオ
フ出来る範囲内の最大寸法に設定して成ることを特徴と
する。
Therefore, the present invention provides, in an index-guided semiconductor laser, a lateral equipolarized refractive index difference Δnu, which is set to a smaller value within the range that can be secured by the refractive index waveguide structure. The width of the optical waveguide region is set to the maximum dimension within a range that corresponds to the set equipolarized refractive index difference and can cut off modes other than the single fundamental transverse mode.

(作用) このような構成によれば、横方向の等偏屈折率差を小さ
くした分、高次モートのカットオフ条件である活性層の
光導波領域の横幅が大きく出来る。従って、上述の0式
のWaを太きく出来るため、この結果スベウトル線幅Δ
υか小さな値になる。
(Function) According to such a configuration, the horizontal width of the optical waveguide region of the active layer, which is the cutoff condition for the higher-order moat, can be increased by the reduction of the equipolarized refractive index difference in the lateral direction. Therefore, Wa in the above equation 0 can be made thicker, and as a result, the subeuttle line width Δ
υ becomes a small value.

(実施例) 以下、屈折率導波型の半導体レーザu BH−DFB型
の半導体レーザとした例により、実施例の説明を行なう
。第1図は、実施例の叶−DFB型の半導体レーザの説
明に供する図であり、この半導体レーザをその一部を切
り欠いて概略的に示した斜視図である。なお、図面が複
雑化することを回避するため、切り欠き部を示すハツチ
ングは省略して示してある。
(Example) Examples will be described below using an example of a refractive index waveguide type semiconductor laser uBH-DFB type semiconductor laser. FIG. 1 is a diagram for explaining a DFB-type semiconductor laser according to an embodiment, and is a perspective view schematically showing a partially cut away semiconductor laser. Note that, in order to avoid complicating the drawings, hatchings indicating notches are omitted.

この実施例の半導体レーザは、所定のピッチ(この実施
例では発振波長が1.55umのDFBレーザとしてい
るので、約2400人のピッチ)のグレーティング41
aが形成されたn型InP基板41上に、n型GaIn
AsP光導波層43、GaInAsP活性層45、p型
Ln Pクラット層47及びp型GaInAsPキャッ
プ層49から成りレーザストライプと直交する方向にと
った断面か逆メサ形状の積層体51を臭えると共に、こ
の積層体51を埋め込むように、p型GaInAsP層
53及びn型GaInAsP層55をこの順に成長させ
た電流狭窄層を具えでいる。ざらに、p型Ga1nAs
Pキャ・ンプ層49及びn型GaInAsP層55上に
はp側電極57を具え、n型LnP基板41下側にはn
側電極59ヲ具えている。そして、この実施例の場合、
活性層45にはエネルギーキャップ波長λ9が1,55
unて厚みがO,IumのGaI、nAsP層を用い、
光導波層43にはエネルキーキャ・ンブ波長λ9か1.
31unて厚みか0.IumのGaInAsP層を用い
ている。従って、活性層45の縦方向の等偏屈折率n 
veffは約3.26となる。
The semiconductor laser of this example has gratings 41 with a predetermined pitch (in this example, a DFB laser with an oscillation wavelength of 1.55 um is used, so a pitch of approximately 2400 people).
On the n-type InP substrate 41 on which a is formed, an n-type GaIn
A stacked body 51 consisting of an AsP optical waveguide layer 43, a GaInAsP active layer 45, a p-type LnP crat layer 47, and a p-type GaInAsP cap layer 49 and having an inverted mesa shape in cross section taken in a direction perpendicular to the laser stripe is inspected. A current confinement layer is provided in which a p-type GaInAsP layer 53 and an n-type GaInAsP layer 55 are grown in this order so as to bury this stacked body 51. Roughly, p-type Ga1nAs
A p-side electrode 57 is provided on the P camp layer 49 and the n-type GaInAsP layer 55, and an n-type electrode is provided below the n-type LnP substrate 41.
A side electrode 59 is provided. And in this example,
The active layer 45 has an energy cap wavelength λ9 of 1.55
Using a GaI and nAsP layer with a thickness of O and Ium,
The optical waveguide layer 43 has an energy key wavelength λ9 or λ1.
31un and thickness 0. A GaInAsP layer of Ium is used. Therefore, the equipolarized refractive index n of the active layer 45 in the vertical direction
veff is approximately 3.26.

また、この構造の半導体レーザにおいて安定な屈折率導
波構造を実現(確保)するためには、第3図に示すよう
に定義される横方向の等偏屈折率差Δn、即ち、活性層
43の縦方向の等偏屈折率nv8ffと、電流狭窄層5
3の等偏屈折率n。どの差で決まる等偏屈折率差△nか
、△n≧0.旧を満足する必要があると考えられる。こ
のため、電流狭窄層は、その等偏屈折率nCかn。≦3
.25を満足する必要があり然もより大きな値となる材
料で構成するのが好ましい。従ってこの実施例では、電
流狭窄層53:55としてエネルギーキャップ波長λ9
が1.05umのGaInAsP層を用いることで、等
偏屈折率n。が3.25の電流狭窄層を構成している。
In addition, in order to realize (ensure) a stable refractive index waveguide structure in a semiconductor laser having this structure, it is necessary to have a lateral equipolarized refractive index difference Δn defined as shown in FIG. The vertically equipolarized refractive index nv8ff and the current confinement layer 5
Equipolar refractive index n of 3. Which difference determines the equal polarized refractive index difference △n, △n≧0. It seems necessary to satisfy the old requirements. Therefore, the current confinement layer has a uniform refractive index nC or n. ≦3
.. Although it is necessary to satisfy 25, it is preferable to use a material that has a larger value. Therefore, in this embodiment, the energy cap wavelength λ9 is used as the current confinement layer 53:55.
By using a GaInAsP layer with a thickness of 1.05 um, the equipolarized refractive index n. constitutes a current confinement layer of 3.25.

なあ、第3図中61は導波光を示す。Note that 61 in FIG. 3 indicates guided light.

また、等偏屈折率n。が3.25の電流狭窄層を用いた
場合のBH−DFB型の半導体レーザの、活性層の光導
波領域の横幅Wa (この実施例の場合は活性性層45
のp型InPクラッド層47と接する部分の横幅W2に
相当する。)に対する「H/W aは、第2図に示した
特性曲線■のように変化する。従って、この特性曲線■
がらも明らがなように、nc−3,25の半導体レーザ
の横高次モートのカットオフ条件はWa≦2.8umで
あり、またこの時、r、/Wa40.31となることか
分かる。これに基づきこの実施例では、活性層45の幅
W2%約3umとしている。 一方、第4図を用いて説
明した従来の半導体レーザについで考えてみると、これ
は電流狭窄層にInPを用いていたのでその屈折率n、
は3.17であり、従って、Waとr、/W。
In addition, the equipolar refractive index n. Width Wa of the optical waveguide region of the active layer of a BH-DFB semiconductor laser when using a current confinement layer with a current confinement layer of 3.25 (in the case of this example, the active layer 45
This corresponds to the width W2 of the portion in contact with the p-type InP cladding layer 47. ) for H/W a changes as shown in the characteristic curve ■ shown in Figure 2. Therefore, this characteristic curve ■
As is not clear, the cutoff condition for the lateral high-order moat of the NC-3,25 semiconductor laser is Wa≦2.8um, and in this case, it can be seen that r,/Wa is 40.31. . Based on this, in this embodiment, the width W2% of the active layer 45 is approximately 3 um. On the other hand, if we consider the conventional semiconductor laser explained using FIG. 4, it uses InP for the current confinement layer, so its refractive index n,
is 3.17, so Wa and r, /W.

との関係は右ようと第2図に示した特性曲線IIに相当
する。従って、この特性曲線IIからも明らかなように
、従来の半導体レーザの横高次モードのカットオフ条件
はW8≦0.9umであり、またこの時、r、 /Wa
#0.95となることか分かる。実際においても第4図
に示した従来の半導体レーザの活性層の横幅W1はlu
m弱である。
The relationship between the two corresponds to the characteristic curve II shown in FIG. Therefore, as is clear from this characteristic curve II, the cutoff condition for the transverse high-order mode of the conventional semiconductor laser is W8≦0.9um, and at this time, r, /Wa
# It can be seen that it is 0.95. In reality, the width W1 of the active layer of the conventional semiconductor laser shown in FIG. 4 is lu
It is less than m.

従って、両者を比較することで明らかなように、nCか
3.25となる材料を用い電流狭窄層を構成すると、n
Cが317のものを用いた場合に比し、me/w、は約
1/3になることが分かる。
Therefore, as is clear from comparing the two, if the current confinement layer is constructed using a material with nC or 3.25, then n
It can be seen that me/w is about 1/3 compared to the case where C is 317.

ざらに、0式の関係があるので、nCが3.25となる
材料を用い電流狭窄層を構成すると、nCが3.17の
ものを用いた場合に比し、Δしを従来のものの]/3に
することが出来ることが分かる。
Roughly speaking, since there is a relationship expressed by the equation 0, if the current confinement layer is constructed using a material with an nC of 3.25, the Δ difference will be reduced compared to the case where a material with an nC of 3.17 is used. It turns out that it is possible to make it /3.

なあ、上述の実施例はn型1nP基板を用いた例で説明
しているが、基板をp型とし各半導体層の導電型を実施
例と反対にした場合も実施例と同様な効果か得られる。
Incidentally, although the above embodiment is explained using an n-type 1nP substrate, the same effect as in the embodiment can be obtained even if the substrate is a p-type and the conductivity type of each semiconductor layer is opposite to that of the embodiment. It will be done.

ざらにこの発明は、InP以外の他の材料を用いた半導
体レーザに対しても適用することか出来る。
In general, the present invention can also be applied to semiconductor lasers using materials other than InP.

また、上述の実施例は屈折率導波型の半導体レーザ78
 BH−DFB型の半導体レーザとした例で説明してい
るか、この発明は他の構造の屈折率導波型の半導体レー
ザにも適用出来る。
Further, in the above embodiment, the refractive index waveguide type semiconductor laser 78
Although the description has been made using an example of a BH-DFB type semiconductor laser, the present invention can also be applied to index guided type semiconductor lasers having other structures.

例えばPCW (Piano Convex Wave
guide)型の半導体レーザにこの発明を適用する場
合は、活性層の光導波部分の等偏屈折率と、この両側の
部分の等偏屈折率との差を屈折率導波路構造が確保出来
る範囲内のより小さな値とし、活性層の光導波部分の幅
を横高次モードのカットオフ条件を満たす範囲内の最大
寸法にすれば良い。
For example, PCW (Piano Convex Wave
When applying the present invention to a guide type semiconductor laser, the difference between the equipolarized refractive index of the optical waveguide portion of the active layer and the equipolarized refractive index of the portions on both sides of the active layer must be within a range where the refractive index waveguide structure can secure the difference. It is sufficient to set the width of the optical waveguide portion of the active layer to the maximum dimension within the range that satisfies the cutoff condition for transverse higher-order modes.

また、例えばVIPS(V−qrooved Inne
r 5tripe)型の半導体レーザにこの発明を適用
する場合は、三日月形状の活性層部分の平均的な等偏屈
折率と、電流狭窄層の等偏屈折率との差を屈折率導波構
造を確保出来る範囲内のより小さな値とし、三日月形状
の活性層部分の幅を横高次モードのカットオフ条件を満
たす範囲内の最大寸法にすれば良い。
Also, for example, VIPS (V-qrooved Inne
When applying the present invention to a semiconductor laser of the r5tripe) type, the difference between the average equipolarized refractive index of the crescent-shaped active layer portion and the equipolarized refractive index of the current confinement layer is determined by the refractive index waveguide structure. The width of the crescent-shaped active layer portion may be set to the maximum dimension within the range that satisfies the cut-off condition for the transverse higher-order mode.

(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明によれば
、屈折率導波型の半導体レーザにおいて、横方向の等偏
屈折率差Δnを屈折率導波構造が確保出来る範囲内のよ
り小さな値に設定しているので高次モードのカットオフ
条件である活性層の光導波領域の横幅を太きく出来る。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the present invention, in an index-guided semiconductor laser, the range in which the refractive index-guide structure can ensure the equipolarized refractive index difference Δn in the lateral direction Since it is set to a smaller value within the range, it is possible to increase the width of the optical waveguide region of the active layer, which is the cutoff condition for higher-order modes.

従って、横基本モー1発撮を保ちながら活性層の光導波
領域の幅を広げることか出来るので、自然放出光の発振
モードへの結合を小さく出来、この結果、スペクトル線
幅が従来より小さい半導体レーザが得られる。
Therefore, it is possible to widen the width of the optical waveguide region of the active layer while maintaining one transverse fundamental modulus, thereby reducing the coupling of spontaneously emitted light to the oscillation mode, and as a result, the spectral linewidth of the semiconductor is smaller than that of conventional semiconductors. Laser is obtained.

【図面の簡単な説明】 第1図は実施例の半導体レーザを示す切り欠き斜視図、 第2図は、この発明の説明に供する図、第3図は、実施
例での横方向の等偏屈折率差△nの定義を説明する図、 第4図は、従来の半導体レーザを示す切り欠き斜視図、 第5図は従来技術の説明に供する図であり、スペクトル
線幅の共振器長依存性を示す図である。 41・・・n型1nP基板、  41a・・・グレーテ
ィング43−n型GaInAsP光導波層 45・GaInAsP活性層、 47−o型InPクラ
ット層49−o型Ga1nAsPキャップ層 51・・・積層体 53−o型GaInAsP電流狭窄層 55・n型GaInAsP 電流狭窄層 57・・・n側電極、 59・・・n側電極 61・・・導波光。 特 許 出 願 人 沖電気工業株式会社
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 is a cutaway perspective view showing a semiconductor laser according to an embodiment, FIG. 2 is a diagram for explaining the present invention, and FIG. A diagram explaining the definition of the refractive index difference Δn, FIG. 4 is a cutaway perspective view showing a conventional semiconductor laser, and FIG. FIG. 41...n-type 1nP substrate, 41a... grating 43-n-type GaInAsP optical waveguide layer 45/GaInAsP active layer, 47-o-type InP crat layer 49-o-type Ga1nAsP cap layer 51... laminate 53- o-type GaInAsP current confinement layer 55, n-type GaInAsP current confinement layer 57... n-side electrode, 59... n-side electrode 61... guided light. Patent applicant: Oki Electric Industry Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)屈折率導波型の半導体レーザにおいて、横方向の
等価屈折率差Δnを屈折率導波構造が確保出来る範囲内
のより小さな値に設定し、当該半導体レーザの活性層の
光導波領域の幅を、該設定された等価屈折率差に応じた
かつ単一基本横モード以外のモードをカットオフ出来る
範囲内の最大寸法に設定して成ること を特徴とする半導体レーザ。
(1) In a refractive index waveguide type semiconductor laser, the lateral equivalent refractive index difference Δn is set to a smaller value within the range that can ensure the refractive index waveguide structure, and the optical waveguide region of the active layer of the semiconductor laser is A semiconductor laser characterized in that the width of the semiconductor laser is set to a maximum size within a range that corresponds to the set equivalent refractive index difference and can cut off modes other than the single fundamental transverse mode.
(2)前記屈折率導波型の半導体レーザを埋め込み型の
半導体レーザとし、 当該半導体レーザの活性層の厚さ方向の等価屈折率と、
該活性層を埋め込む電流狭窄層の等価屈折率との差Δn
を屈折率導波構造が確保出来る範囲内のより小さな値に
設定したこと を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。
(2) The index-guided semiconductor laser is a buried semiconductor laser, and the equivalent refractive index in the thickness direction of the active layer of the semiconductor laser,
Difference Δn from the equivalent refractive index of the current confinement layer that embeds the active layer
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein is set to a smaller value within a range that can ensure a refractive index waveguide structure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1168541A2 (en) * 2000-06-23 2002-01-02 Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation High power single mode laser and method of fabrication
JP2005302910A (en) * 2004-04-09 2005-10-27 Fujitsu Ltd Semiconductor light emitting device

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EP1168541A3 (en) * 2000-06-23 2003-03-26 Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation High power single mode laser and method of fabrication
JP2005302910A (en) * 2004-04-09 2005-10-27 Fujitsu Ltd Semiconductor light emitting device

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