JPH06237011A - Optical semiconductor element - Google Patents

Optical semiconductor element

Info

Publication number
JPH06237011A
JPH06237011A JP2436093A JP2436093A JPH06237011A JP H06237011 A JPH06237011 A JP H06237011A JP 2436093 A JP2436093 A JP 2436093A JP 2436093 A JP2436093 A JP 2436093A JP H06237011 A JPH06237011 A JP H06237011A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
coefficient
layer
optical
quantum well
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2436093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Iwao Komazaki
岩男 駒崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP2436093A priority Critical patent/JPH06237011A/en
Publication of JPH06237011A publication Critical patent/JPH06237011A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize an optical semiconductor element having high output power by specifying the optical confinement coefficient per quantum of a quantum well active layer, the total optical confinement coefficient of the active layer and the value of the reflectivity of an edge, respectively. CONSTITUTION:When the reflectivity of an edge is close to zero and a laser oscillating mode is not present, the expression I, wherein the gain, which is generated during the propagation in a waveguide is Gs, holds true. In this expression, GAMMA is the optical confinement coefficient, g0 is the gain coefficient, etai is the inner quantum efficiency, J is the density of the injected current, (d) is the thickness of an active layer, alpha is the waveguide-loss coefficient and 1 is the length of the waveguide. At this time, the active layer has the multiple quantum well structure, the inner quantum coefficient etai is increased, the gain coefficient g0 is made large and the confinement per quantum well for the confinement coefficient is made to be 0.05 or less. The gain saturation is not generated in the transition between base levels in this range. As the entire active layer, the single peak condition of the distribution of the light is satisfied when the confinement coefficient is made to be 0.3 or more and 0.6 or less. Thus, the optical semiconductor element having the high output power can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光半導体素子に関し、特
にマルチモード光ファイバ通信や光計測用光源としての
高出力スーパールミネッセントダイオードに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly to a high power super luminescent diode as a light source for multimode optical fiber communication and optical measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、スーパールミネッセントダイオー
ド(以下、SLDと呼ぶ)は、通常の利得導波型半導体
レーザの両端面に低反射コーティングを設ける方法、あ
るいはストライプ幅を通常の5μmに対して30〜40
μmと広くし、そのストライプの角度を共振器端面に対
して5度傾け、端面反射率を10-4以下にして高出力化
する方法がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a super luminescent diode (hereinafter referred to as an SLD) has a conventional method of providing a low reflection coating on both end faces of a normal gain waveguide type semiconductor laser, or a stripe width with respect to a normal width of 5 μm. 30-40
There is a method of increasing the output by increasing the width to μm and inclining the angle of the stripe with respect to the resonator end surface by 5 degrees so that the end surface reflectance is 10 −4 or less.

【0003】例えば、1988年ゲラードらによる米国電気
電子学会量子電子部会誌の12巻2454頁〜2457頁に掲載さ
れた「高出力スーパールミネッセントダイオード」の構
造概略を図5に示す(A.Gerard ,et al : “High-
Power SuperluminescentDiodes ”IEEE,J,
Quantum,Electronics,vol24 ,No.12,pp2454-245
7(1988) )。
For example, FIG. 5 shows a schematic structure of a "high-power super luminescent diode" published in 1988, Gerard et al., Quantum Electronics Division, Journal of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Volume 12, pages 2454-2457 (A. Gerard, et al: "High-
Power SuperluminescentDiodes "IEEE, J,
Quantum, Electrics, vol24, No.12, pp2454-245
7 (1988)).

【0004】図中の1は、n型のGaAs基板である。
この基板1上には、n型のAl0.4Ga 0.6 Asクラッド
層2,Al0.06Ga0.94As活性層3,p型のAl0.4
Ga0.6 Asクラッド層4,n型のGaAs電流ブロッ
ク層5,SiO2 からなる絶縁膜6が順次形成されてい
る。前記絶縁膜6には、基板1の長手方向に対して傾斜
角(θ)傾いた凹部(ストライプ)6aが形成されてい
る。前記絶縁膜6上には、前記凹部6aを介して前記電
流ブロック層5に接続するp側電極7が形成されてい
る。前記基板1の裏面にはn側電極8が形成されてい
る。なお、図中の9(斜線部分)は、ストライプ直下の
前記電流ブロック層5及びクラッド層4に形成されたZ
n拡散領域である。
Reference numeral 1 in the figure is an n-type GaAs substrate.
On this substrate 1, n-type Al 0.4Ga 0.6 As cladding layer 2, Al 0.06 Ga 0.94 As active layer 3, p-type Al 0.4
A Ga 0.6 As cladding layer 4, an n-type GaAs current blocking layer 5, and an insulating film 6 made of SiO 2 are sequentially formed. The insulating film 6 is provided with a concave portion (stripe) 6a having an inclination angle (θ) with respect to the longitudinal direction of the substrate 1. A p-side electrode 7 connected to the current block layer 5 via the recess 6a is formed on the insulating film 6. An n-side electrode 8 is formed on the back surface of the substrate 1. In addition, 9 (hatched portion) in the drawing is Z formed in the current block layer 5 and the cladding layer 4 immediately below the stripe.
It is an n diffusion region.

【0005】こうした構成のダイオードにおいて、n1
をストライプ直下の活性層周辺の光の伝播定数を屈折率
に変換したときの等価屈折率、n2 をストライプ以外の
活性層部分の屈折率としたとき、傾いたストライプ6a
内でファブリ−ペロモードが存在する臨界角θc は、次
式で表わされる。 sinθc ={1−(n2 /n1 2 0.5
In the diode having such a structure, n 1
Where is the equivalent refractive index when the propagation constant of light around the active layer immediately below the stripe is converted into a refractive index, and n 2 is the refractive index of the active layer portion other than the stripe, the tilted stripe 6a
The critical angle θ c in which the Fabry-Perot mode exists is expressed by the following equation. sin θ c = {1- (n 2 / n 1 ) 2 } 0.5

【0006】ゲラードらの試作した利得導波型レーザの
場合には、屈折率差が5×10-3程度であることより、
θc は3.13度となる。設計上、両端面が無反射コー
ティングした場合、ストライプの傾斜角θがθc に一致
した時、ストライプ方向の反射率ρ(θ)は6×10-5
と著しく小さくなるが、ファブリーペロモードを完全に
抑制できない。この臨界角θc より大きい角度では、ρ
(θ)は零となる。彼等の試作では、θ=5度、共振器
長=400μm、ストライプ幅5μm(実効的な幅はキ
ャリアの拡散より30μm程度となる)で、最大出力2
8mWであり、レーザ発振モードが重畳されているもの
のSLDを得ている。つまり、光のスペクトルはLED
と同様、レーザのような共振モードがなく、かつI−L
(電流と光出力)の特性がスーパーリニアになる。
In the case of the prototype gain-guided laser of Gerrard et al., The refractive index difference is about 5 × 10 −3 ,
θ c becomes 3.13 degrees. By design, when both end faces are anti-reflection coated, the reflectance ρ (θ) in the stripe direction is 6 × 10 −5 when the inclination angle θ of the stripe matches θ c.
However, the Fabry-Perot mode cannot be completely suppressed. For angles larger than this critical angle θ c , ρ
(Θ) becomes zero. In their prototype, θ = 5 degrees, resonator length = 400 μm, stripe width 5 μm (effective width is about 30 μm due to carrier diffusion), and maximum output is 2
It is 8 mW, and the SLD is obtained although the laser oscillation mode is superimposed. In other words, the spectrum of light is LED
Like, there is no resonance mode like laser, and I-L
The characteristics of (current and light output) become super linear.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、以下に述べる問題点を有する。従来の通常
の半導体レーザの両端面に無反射コーティングを設けた
場合のSLDの出力は、最大5mW程度である。また、
ストライプ方向を共振器方向に対して5度傾けたゲラー
ドらの提案したSLDは、最大出力では28mWと高出
力であるが、ストライプ方向を傾けているために、遠視
野像(FFP:Far FieldPatern )のパターンが中
心から水平と垂直で15度も離れ、素子の組立上問題で
ある。更に、5度傾けた場合には、理論的には、ファブ
リーペロモード(レーザ発振モード)は完全に抑制され
るが、実際にはキャリアの接合面に対しての横方向への
拡散効果、及びスペクトル広がりがLDに比べて著しく
広いため、無反射コートが全波長をカバーできず、端面
反射が生じ、レーザモードが存在し、FFPのサイドモ
ードが存在する。反射光を利用したシステムでは、戻っ
た光が光素子内でモード変換して、時間位相情報や強度
情報を利用できない。
However, the conventional technique has the following problems. The output of the SLD when the antireflection coating is provided on both end faces of the conventional semiconductor laser is about 5 mW at maximum. Also,
The SLD proposed by Gerrard et al., In which the stripe direction is inclined 5 degrees with respect to the resonator direction, has a high output of 28 mW at the maximum output, but since the stripe direction is inclined, the far field pattern (FFP: Far Field Pattern) is The pattern is separated from the center by 15 degrees horizontally and vertically, which is a problem in assembling the device. Further, in the case of tilting by 5 degrees, theoretically the Fabry-Perot mode (laser oscillation mode) is completely suppressed, but in reality, the diffusion effect of carriers in the lateral direction with respect to the junction surface, and Since the spectrum spread is remarkably wider than that of the LD, the antireflection coat cannot cover all wavelengths, end face reflection occurs, a laser mode exists, and an FFP side mode exists. In the system using the reflected light, the returned light is mode-converted in the optical element, and the time phase information and the intensity information cannot be used.

【0008】本発明は上記事情を鑑みてなされたもの
で、量子井戸活性層の単位量子当りの光閉じ込め係数を
0.05以下、活性層全体の光閉じ込め係数を0.3〜
0.6、かつ端面の反射率を10-4以下にすることによ
り、高出力の光半導体素子を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the optical confinement coefficient per unit quantum of the quantum well active layer is 0.05 or less, and the optical confinement coefficient of the entire active layer is 0.3 to.
It is an object of the present invention to provide a high-output optical semiconductor device by setting the reflectivity at the end face to be 0.6 or less and 10 −4 or less.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、第
1クラッド層、量子井戸活性層を順次介してメサ状第2
クラッド層を設け、この第2クラッド層を電流ブロック
層で埋め込んでなる屈折率差導波型ダブルヘテロ接合の
光半導体素子において、
According to the present invention, a mesa-shaped second layer is formed on a substrate by sequentially interposing a first cladding layer and a quantum well active layer.
An optical semiconductor device of a double-heterojunction type refractive index difference waveguide, in which a clad layer is provided and the second clad layer is embedded with a current block layer,

【0010】前記量子井戸活性層の単位量子当りの光閉
じ込め係数を0.05以下とするとともに、活性層全体
の光閉じ込め係数を0.3以上0.6以下とし、かつ端
面の反射率を10-4以下にしたことを特徴とする光半導
体素子である。
The optical confinement coefficient per unit quantum of the quantum well active layer is set to 0.05 or less, the optical confinement coefficient of the entire active layer is set to 0.3 or more and 0.6 or less, and the reflectance of the end face is 10 or less. -4 is an optical semiconductor device characterized by being set to 4 or less.

【0011】本発明において、前記量子井戸活性層をn
型にドーピングされた光出力導波路層で挟みこまれた構
成にすること(図2参照)、あるいは少なくとも多重量
子井戸構造の中央部の量子バリア層が他の量子バリア層
よりも2〜5倍厚く,p型またはn型にドーピングされ
た構成にすること(図4参照)、あるいは高出力化のた
めに端面近傍は活性層が無秩序化されているともに,電
流注入が抑制されて領域になった構成にすること(図3
参照)が考えられる。
In the present invention, the quantum well active layer is n
The structure is sandwiched between the optical output waveguide layers doped in the mold (see FIG. 2), or at least the central quantum barrier layer of the multiple quantum well structure is 2 to 5 times as thick as the other quantum barrier layers. A thick p-type or n-type doped structure is used (see FIG. 4), or the active layer is disordered near the end face for higher output, and current injection is suppressed to become a region. Different configuration (Fig. 3
See) is possible.

【0012】本発明においては、組立上、接合面をヒー
トシンク面側にし、放熱を良くするため、裏面に導波路
方向に対して、ビーム出射方向にストライプパターン形
状を傾け、ビームの中心と組み立て中心を一致させてい
る。
In the present invention, in order to improve heat dissipation by assembling the joint surface on the heat sink surface side in assembling, the stripe pattern shape is inclined on the back surface with respect to the waveguide direction in the beam emitting direction, and the center of the beam and the assembly center are arranged. Are matched.

【0013】[0013]

【作用】端面反射率が零に近く、レーザ発振モードが存
在しない場合、導波路内を伝播する際に生じる利得をG
s とすると、次式が成り立つ。 Gs =exp[Γ{g0 ・ηi ・(J/d)−α}l] (1)
When the end face reflectance is close to zero and the laser oscillation mode does not exist, the gain generated when propagating in the waveguide is G
If s , then the following equation holds. Gs = exp [Γ {g 0 · η i · (J / d) −α} l] (1)

【0014】ここで、Γは光閉じ込め係数、g0 は利得
係数、ηi は内部量子効率、Jは注入電流密度、dは活
性層の厚み、αは導波路損失係数、l(エル)は導波路
長を示す。自然放出光をPs とすれば、SLDの出力は
s ×Gs となる。高出力化するためには、Gs を10
4 以上にする必要がある。上記式(1) の値を増大させる
ためには、光閉じ込め係数を増加させ、内部量子効率η
i を増大させ、導波路損失係数を減少させる必要があ
る。(J/d)を大きくするには、注入電流を大きく、
活性層を小さくする必要があるが、dを小さくすると、
光閉じ込め係数Γが減少する。また、注入電流密度を増
大させると、素子効率がレーザに比べ小さいので、放熱
上問題となる。以上の観点より、活性層を多重量子井戸
構造にし、内部量子効率ηi を上げ、利得係数g0 を大
きく、閉じ込め係数は単量子井戸当りの閉じ込めを0.
05以下として、基底準位間遷移で利得飽和が生じない
範囲とする。活性層全体としては、閉じ込め係数を0.
3以上0.6以下で、光の分布の単峰性条件は満足させ
る。量子井戸数の増加に対して、各々の量子井戸内に効
率よくキャリアが注入される目的で、量子バリア層をp
型ドーピングして、有効質量が重いホールを井戸内に過
剰に存在させて発光再結合係数を上昇させたり、光出力
導波路を活性層上下に設けてn型にドーピングすること
により、効率良く量子井戸内に電子が注入される様にす
る。
Here, Γ is the optical confinement coefficient, g 0 is the gain coefficient, η i is the internal quantum efficiency, J is the injection current density, d is the thickness of the active layer, α is the waveguide loss coefficient, and l (ell) is The waveguide length is shown. If the spontaneous emission light is P s , the output of the SLD is P s × G s . To increase the output, G s is set to 10
Four It is necessary to be above. In order to increase the value of equation (1) above, the optical confinement coefficient is increased and the internal quantum efficiency η
It is necessary to increase i and reduce the waveguide loss coefficient. To increase (J / d), increase the injection current,
It is necessary to make the active layer small, but if d is made smaller,
The optical confinement factor Γ decreases. Further, when the injection current density is increased, the device efficiency is smaller than that of the laser, which causes a problem in heat dissipation. From the above viewpoints, the active layer has a multiple quantum well structure, the internal quantum efficiency η i is increased, the gain coefficient g 0 is increased, and the confinement coefficient is such that the confinement per single quantum well is 0.
It is set to be 05 or less so that the gain saturation does not occur in the transition between the base levels. The confinement coefficient is 0.
If it is 3 or more and 0.6 or less, the unimodal condition of the light distribution is satisfied. As the number of quantum wells increases, the quantum barrier layer is p-typed for the purpose of efficiently injecting carriers into each quantum well.
By performing type doping, holes having a large effective mass are excessively present in the well to increase the radiative recombination coefficient, or by providing optical output waveguides above and below the active layer to dope n-type, the quantum efficiency is improved. Allow electrons to be injected into the well.

【0015】また、中央部の量子バリア層の厚みを他の
バリア層の厚さの2〜5倍として、この領域にn型ドー
ピングをし、電子を効率よく量子井戸内に注入させる。
この様に効率良く量子井戸内に電子が注入されるため、
内部量子効率が増大し、単位量子井戸当りの注入電流は
小さいけれども得られる利得係数が増大するため、量子
井戸数を増加させても、注入電流密度の著しい増大はな
く、基底準位間発光で、利得飽和を生ぜず、素子効率が
レーザと同程度になる。
Further, the thickness of the quantum barrier layer in the central portion is set to 2 to 5 times the thickness of the other barrier layers, and n-type doping is performed in this region to efficiently inject electrons into the quantum well.
Since electrons are efficiently injected into the quantum well in this way,
Although the internal quantum efficiency increases and the injection current per unit quantum well is small, the gain coefficient obtained increases, so even if the number of quantum wells is increased, the injection current density does not increase significantly, and light emission between the ground levels occurs. The gain is not saturated and the device efficiency is comparable to that of a laser.

【0016】端面部分での光密度の著しい上昇及び端面
での結晶のダングリングボンドや転位空位で非発光再結
合での端面の温度上昇を伴なう、発生した光を端面近傍
の半導体層で吸収することによって生じる光学的損傷
(COD)を防ぐ目的で、ウィンドウ領域を形成すると
共に、注入電流がこの領域に注入されることを抑制し
て、非発光再結合確率を極力抑制している。
Light generated in the semiconductor layer in the vicinity of the end face is accompanied by a remarkable increase in light density at the end face portion and a temperature rise at the end face due to non-radiative recombination due to dangling bonds of crystals or dislocation vacancies. For the purpose of preventing optical damage (COD) caused by absorption, the window region is formed and the injection current is suppressed from being injected into this region to suppress the non-radiative recombination probability as much as possible.

【0017】また、量子井戸構造を活性層とすることに
より、バンド構造の変形に伴う導波路吸収損失係数αも
バルク結晶に比べ、1/2〜1/3となるため、効率は
上昇する。組立上では、ストライプ方向を端面の垂直方
向に対して5度傾けた場合、出射ビームは、スネルの法
則より n1 ・sinθ1 =n2 ・sinθ2 …(2)
Further, by using the quantum well structure as the active layer, the waveguide absorption loss coefficient α due to the deformation of the band structure becomes 1/2 to 1/3 of that of the bulk crystal, so that the efficiency is increased. In assembly, when the stripe direction is tilted 5 degrees with respect to the direction perpendicular to the end face, the output beam is n 1 · sin θ 1 = n 2 · sin θ 2 (2) according to Snell's law.

【0018】但し、上記式(2) で、n1 はストライプ内
での等価屈折率,θ1 は入射角,n2は出射媒体屈折
率、θ2 は出射角であり、n1 が約3.5,θ1 が5度
でn2 =1よりθ2 は17.8度となる。
However, in the above formula (2), n 1 is the equivalent refractive index in the stripe, θ 1 is the incident angle, n 2 is the refractive index of the emitting medium, θ 2 is the outgoing angle, and n 1 is about 3 .5, θ 1 is 5 degrees, n 2 = 1 and θ 2 is 17.8 degrees.

【0019】出射ビームが中心から17.8度傾き、通
常の半導体レーザの組み立て方法では、ステム窓より出
力を一部分しが取り出せない。裏面を研磨した後に、ウ
ェハのへき開面を利用して、ホルダーに付けたままで1
7.8度傾けてパターニングすることで、このパターン
を利用して、出射ビームを中心の位置に補正する。
Since the emitted beam is inclined 17.8 degrees from the center, a part of the output cannot be taken out from the stem window in the usual semiconductor laser assembling method. After polishing the back surface, use the cleavage surface of the wafer to
By patterning with an inclination of 7.8 degrees, the emitted beam is corrected to the center position using this pattern.

【0020】[0020]

【実施例】以下、この発明における実施例を図面を参照
して説明する。 (実施例1)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Example 1)

【0021】図1を参照する。図中の11は、n型のGa
As基板である。この基板11上には、n型のAl0.45
0.55As第1クラッド層12,多重量子井戸活性層13,
メサ部14aを有するp型のAl0.45Ga0.55As第2ク
ラッド層14,及びp+ 型のGaAsキャップ層15が形成
されている。ここで、前記多重量子井戸活性層13は、G
aAs量子井戸幅10nm,Al0.3 Ga0.7 As量子バ
リア幅5nmの10周期構造で、単位量子井戸当りの光閉
じ込めは3%程度であるが、活性層全体としてのその光
閉じ込めは50%前後となる。前記第2クラッド層14の
メサ部14aの両サイド14bの厚さは0.2〜0.3μm
であり、ストライプ幅は3μmである。前記第2クラッ
ド層14は、n型のInGaP第1電流ブロック層16及び
この第1電流ブロック層16上に積層されたn型のGaA
s第2電流ブロック層17により埋め込まれている。前記
キャップ層15,第1電流ブロック層16の一部及び第2電
流ブロック層17上にはp側電極18が形成され、前記基板
11の裏面側にはn側電極19が形成されている。なお、図
中の20は、裏面ストライプを示す。また、この実施例1
では、ストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から
5度傾いている。
Referring to FIG. 11 in the figure is an n-type Ga
It is an As substrate. On this substrate 11, n-type Al 0.45 G
a 0.55 As first cladding layer 12, multiple quantum well active layer 13,
P-type Al 0.45 Ga 0.55 As second cladding layer 14 having a mesa portion 14 a, and p + Type GaAs cap layer 15 is formed. Here, the multiple quantum well active layer 13 is
With a 10-period structure of aAs quantum well width of 10 nm and Al 0.3 Ga 0.7 As quantum barrier width of 5 nm, the optical confinement per unit quantum well is about 3%, but the optical confinement of the entire active layer is about 50%. . The thickness of both sides 14b of the mesa portion 14a of the second cladding layer 14 is 0.2 to 0.3 μm.
And the stripe width is 3 μm. The second cladding layer 14 is composed of an n-type InGaP first current blocking layer 16 and an n-type GaA layer stacked on the first current blocking layer 16.
s It is embedded by the second current blocking layer 17. A p-side electrode 18 is formed on the cap layer 15, a part of the first current blocking layer 16 and the second current blocking layer 17,
An n-side electrode 19 is formed on the back surface side of 11. In addition, 20 in the figure indicates a back stripe. In addition, this Example 1
In, the striped waveguide is inclined 5 degrees from the vertical direction with respect to the end face.

【0022】かかる構成の光半導体素子において、p側
電極18より注入されたキャリアは第2電流ブロック層17
及び第1電流ブロック層16によりメサストライプ部分に
のみ集中的に注入される。ここで、メサストライプ部分
に集中的に注入されたキャリアは、活性層内での再結合
で自然放出光を発生させる。この実施例1では上記した
ようにストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から
5度傾いているため、この導波路内を導波した光は端面
で反射されて再び導波路内に戻ること(光帰還増幅)無
く、端面より出射される。ここで、キャリアの再結合に
より発生する光は、接合面に対して水平横方向に拡がる
が、第1電流ブロック層16の屈折率がメサ部分に対して
小さいため、一旦横方向に拡がった光はメサ部分に収束
される。 (実施例2)
In the optical semiconductor device having such a structure, the carriers injected from the p-side electrode 18 are the second current blocking layer 17
And the first current blocking layer 16 intensively implants only in the mesa stripe portion. Here, the carriers intensively injected into the mesa stripe portion recombine in the active layer to generate spontaneous emission light. In the first embodiment, since the striped waveguide is inclined 5 degrees from the vertical direction with respect to the end face as described above, the light guided in this waveguide is reflected by the end face and returns to the inside of the waveguide again. It is emitted from the end face without (optical feedback amplification). Here, the light generated by the recombination of carriers spreads horizontally in the horizontal direction with respect to the bonding surface, but since the refractive index of the first current blocking layer 16 is smaller than the mesa portion, the light once spread in the horizontal direction. Is converged to the mesa part. (Example 2)

【0023】図2を参照する。但し、図1と同部材は同
符号を付して説明を省略する。図中の21,22は、多重量
子井戸活性層13の上下に夫々形成されたn型のAl0.3
Ga0.7 As第1光出力導波路、n型のAl0.3 Ga
0.7 As第2光出力導波路である。これらの光出力導波
路21,22の厚みは夫々50nmで、Siドープ,不純物濃
度1×1017cm-3である。こうした構成の光半導体素子
によれば、多重量子井戸活性層13の上下に夫々形成され
た第1・第2光出力導波路21,22の存在により、活性層
13に集中した光の閉じ込めを第1・第2光出力導波路2
1,22へ広げ、緩和させることができ、実施例1に比べ
更に高出力,高効率化を図ることができる。 (実施例3)
Referring to FIG. However, the same members as those in FIG. In the figure, 21 and 22 are n-type Al 0.3 formed above and below the multiple quantum well active layer 13, respectively.
Ga 0.7 As first optical output waveguide, n-type Al 0.3 Ga
0.7 As Second optical output waveguide. The thickness of each of the optical output waveguides 21 and 22 is 50 nm, Si-doped, and the impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 . According to the optical semiconductor device having such a structure, the active layer is formed by the existence of the first and second optical output waveguides 21 and 22 formed above and below the multiple quantum well active layer 13, respectively.
Confine the light concentrated in 13 to the first and second optical output waveguides 2
It can be expanded to 1, 22 and relaxed, and higher output and higher efficiency can be achieved as compared with the first embodiment. (Example 3)

【0024】図3を参照する。但し、図1と同部材は同
符号を付して説明を省略する。図中の31は、p型のGa
As基板である。この基板31上には、p型のAl0.45
0.55As第1クラッド層32,多重量子井戸活性層33,
メサ部34aを有するn型のAl0.45Ga0.55As第2ク
ラッド層34,及びn+ 型のGaAsキャップ層35が形成
されている。ここで、前記多重量子井戸活性層33は、G
aAs量子井戸幅10nm,Al0.3 Ga0.7 As量子バ
リア幅5nmの10周期構造で、単位量子井戸当りの光閉
じ込めは3%程度であるが、活性層全体としてのその光
閉じ込めは50%前後となる。前記第2クラッド層34の
メサ部34aの両サイド34bの厚さは0.2〜0.3μm
であり、ストライプ幅は3μmである。前記第2クラッ
ド層34は、p型のInGaP第1電流ブロック層36及び
この第1電流ブロック層36上に積層されたp型のGaA
s第2電流ブロック層37により埋め込まれている。前記
キャップ層35,第1電流ブロック層36の一部及び第2電
流ブロック層37上にはn側電極38が形成され、前記基板
31の裏面側にはp側電極39が形成されている。なお、図
中の40は表面ストライプ、41は裏面ストライプを示す。
Referring to FIG. However, the same members as those in FIG. 31 in the figure is p-type Ga
It is an As substrate. On this substrate 31, p-type Al 0.45 G
a 0.55 As first cladding layer 32, multiple quantum well active layer 33,
N-type Al 0.45 Ga 0.55 As second cladding layer 34 having a mesa portion 34 a, and n + Type GaAs cap layer 35 is formed. Here, the multiple quantum well active layer 33 is
With a 10-period structure of aAs quantum well width of 10 nm and Al 0.3 Ga 0.7 As quantum barrier width of 5 nm, the optical confinement per unit quantum well is about 3%, but the optical confinement of the entire active layer is about 50%. . The thickness of both sides 34b of the mesa portion 34a of the second cladding layer 34 is 0.2 to 0.3 μm.
And the stripe width is 3 μm. The second clad layer 34 includes a p-type InGaP first current blocking layer 36 and a p-type GaA layer stacked on the first current blocking layer 36.
s It is embedded by the second current blocking layer 37. An n-side electrode 38 is formed on the cap layer 35, a part of the first current blocking layer 36 and the second current blocking layer 37, and the substrate is formed.
A p-side electrode 39 is formed on the back surface side of 31. In the figure, 40 indicates the front stripe and 41 indicates the back stripe.

【0025】前記表面ストライプ40に沿う前記キャップ
層35、第1・第2電流ブロック層36,37及び第2クラッ
ド層34には、これらの層の端部より20〜30μm幅に
渡ってドーズ量4×1014cm-2のGa+ イオンが注入さ
れたGa+ イオン注入領域42が,前記活性層33に達する
形成されている。このGa+ イオン注入領域42は、端面
近傍の光密度の上昇による光学的損傷を抑制して光出力
を更に増大させるためである。なお、この実施例3で
は、ストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から5
度傾いている。
The cap layer 35, the first and second current blocking layers 36 and 37, and the second cladding layer 34 along the surface stripe 40 have a dose amount of 20 to 30 μm from the end of these layers. 4 × 10 14 cm -2 Ga + Ga + ion-implanted An ion implantation region 42 is formed so as to reach the active layer 33. This Ga + This is because the ion-implanted region 42 suppresses optical damage due to an increase in light density near the end face and further increases the light output. In the third embodiment, the stripe-shaped waveguide is arranged in the direction 5 perpendicular to the end face.
Being inclined.

【0026】こうした構成の実施例3によれば、前記G
+ イオン注入領域42の存在により、多重量子井戸構造
を無秩序化し、実効的なバンドギャップをAl0.1 Ga
0.9Asの混晶にする。従って、ウィンドウ領域のバン
ドギャップは90meV広くなり、発光した光の半値幅
は40meV以下であるため、吸収されることは無く
(発光ダイオードより半値全幅は狭いので、40meV
以下)、光出力が得られる。
According to the third embodiment having such a configuration, the G
a + Due to the existence of the ion-implanted region 42, the multiple quantum well structure is disordered, and the effective band gap is changed to Al 0.1 Ga.
Make a mixed crystal of 0.9 As. Therefore, the bandgap of the window region is widened by 90 meV, and the emitted light has a full width at half maximum of 40 meV or less, so that it is not absorbed (the full width at half maximum is narrower than that of the light emitting diode.
Below), the optical output is obtained.

【0027】また、Ga+ イオン注入領域42の存在によ
り、第2クラッド層34及びキャップ層35は高抵抗(抵抗
率が4桁上昇)となり、電流注入を抑制できる。更に、
光素子端面近傍のダングリングボンドや格子欠陥が原因
とされる非発光再結合による発熱効果で生じる光学損傷
を防止できる。 (実施例4)
Further, Ga + Due to the existence of the ion-implanted region 42, the second cladding layer 34 and the cap layer 35 have high resistance (resistivity increases by four digits), and current injection can be suppressed. Furthermore,
It is possible to prevent optical damage caused by heat generation due to non-radiative recombination caused by dangling bonds near the end face of the optical element or lattice defects. (Example 4)

【0028】図4を参照する。前記実施例2では、キャ
リアの各々の量子井戸領域への効率的な電子注入方法と
して、第1・第2光出力導波路をn形ドーピングする場
合について述べた。この実施例4は、図4に示す如く、
中央の量子バリア層を他の量子バリア層に対して、4倍
の20nmとして、この領域をn形ドーピング(Siドー
プ,不純物濃度1×1017cm-3)した構成となってい
る。これにより、量子井戸内での再結合確率を上昇さ
せ、高効率化できる。また、量子バリア層のみp形にド
々ピング(前後2周期はノンドープで、炭素,ベリリウ
ムで1×1018cm-3)し、過剰なアクセプタに対して、
少量の注入された電子との再結合を効率的に行ってい
る。
Referring to FIG. In the second embodiment, the case where n-type doping is performed on the first and second optical output waveguides has been described as an efficient electron injection method into each quantum well region of carriers. The fourth embodiment, as shown in FIG.
The central quantum barrier layer is 20 nm, which is four times as large as the other quantum barrier layers, and this region is n-type doped (Si-doped, impurity concentration 1 × 10 17 cm −3 ). Thereby, the recombination probability in the quantum well can be increased and the efficiency can be improved. In addition, only the quantum barrier layer was p-typed into the p-type (the front and rear two periods were undoped, carbon and beryllium were 1 × 10 18 cm −3 ), and excess acceptor
Efficient recombination with a small amount of injected electrons.

【0029】[0029]

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、以下
に述べる効果を有する。活性層を通常の半導体レーザの
量子井戸数と比較して増大させ、各々の量子井戸内での
光閉じ込め係数を下げて、注入電流に対する利得飽和を
抑制する(これは、半導体レーザと同じ)と共に、導波
路伝播で発生する利得を増大させるために、活性層全体
として、光閉じ込めを大きくして(半導体レーザとは逆
方向)、高出力化を図っている。また、端面保護を目的
として、ウィンドウ構造と同時に電流の注入を抑制し
て、高効率,高出力をめざしている。更に、量子井戸数
の増加に伴なう各々の量子井戸内での利得の安定を図る
ために、量子バリア層のみp形にドーピング,光出力導
波路層のみn形にドーピング,中央の量子バリア層のみ
2〜5倍,他の量子バリア層に対して厚くし、n形ドー
ピングして、各々の量子井戸内での内部量子効率を上昇
させて、量子井戸数増加に伴なう動作電流の増大を抑制
している。上記実施例では、ストライプ方向を端面の垂
直方向に対して5度傾けて反射率を10-4以下とする
が、通常の半導体レーザのストライプ方向で端面の多層
誘電体コート及びウィンドウ構造で実効的に反射率を1
-4以下としても同様の効果となる。本発明により、量
子効率として、半導体レーザにせまる20%以上が期待
でき、最大出力として50mW以上の安定なSLDが実
現できる。
As described above, the present invention has the following effects. The active layer is increased compared to the number of quantum wells of a normal semiconductor laser, the optical confinement coefficient in each quantum well is lowered, and gain saturation for injection current is suppressed (this is the same as the semiconductor laser). In order to increase the gain generated by the propagation of the waveguide, the optical confinement of the entire active layer is increased (in the direction opposite to that of the semiconductor laser) to increase the output. In addition, for the purpose of end face protection, current injection is suppressed at the same time as the window structure, aiming at high efficiency and high output. Further, in order to stabilize the gain in each quantum well as the number of quantum wells increases, only the quantum barrier layer is p-type doped, only the optical output waveguide layer is n-type doped, and the central quantum barrier is The layer is 2 to 5 times thicker than the other quantum barrier layers, and is n-type doped to increase the internal quantum efficiency in each quantum well and to increase the operating current associated with the increase in the number of quantum wells. It suppresses the increase. In the above embodiment, the stripe direction is tilted 5 degrees with respect to the vertical direction of the end face to make the reflectance 10 −4 or less. However, it is effective with a multilayer dielectric coat and a window structure of the end face in the stripe direction of a normal semiconductor laser. Reflectance of 1
Even if it is 0-4 or less, the same effect is obtained. According to the present invention, the quantum efficiency can be expected to be 20% or more, which is close to that of a semiconductor laser, and a stable SLD with a maximum output of 50 mW or more can be realized.

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

【図1】本発明の実施例1に係る光半導体素子の概略斜
視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical semiconductor device according to a first embodiment of the invention.

【図2】本発明の実施例2に係る光半導体素子の概略斜
視図。
FIG. 2 is a schematic perspective view of an optical semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3に係る光半導体素子の概略斜
視図。
FIG. 3 is a schematic perspective view of an optical semiconductor device according to a third embodiment of the invention.

【図4】本発明の実施例4に係る光半導体素子のバンド
ダイヤフラム図。
FIG. 4 is a band diaphragm diagram of an optical semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来の高出力スーパールミネッセントダイオー
ドの概略斜視図。
FIG. 5 is a schematic perspective view of a conventional high-power superluminescent diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,31…GaAs基板、 12,14,32,34…
クラッド層、13,33…多重量子井戸活性層、 15,
35…キャップ層、16,17,36,37…電流ブロック層、
18,39…p側電極、19,38…n側電極、
21,22…光出力導波路層、42…Ga+ イオン注入領
域。
11, 31, ... GaAs substrate, 12, 14, 32, 34 ...
Cladding layer, 13, 33 ... Multiple quantum well active layer, 15,
35 ... Cap layer, 16, 17, 36, 37 ... Current blocking layer,
18, 39 ... P-side electrode, 19, 38 ... N-side electrode,
21, 22 ... Optical output waveguide layer, 42 ... Ga + Ion implantation area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、第1クラッド層、量子井戸活
性層を順次介してメサ状第2クラッド層を設け、この第
2クラッド層を電流ブロック層で埋め込んでなる屈折率
差導波型ダブルヘテロ接合の光半導体素子において、 前記量子井戸活性層の単位量子当りの光閉じ込め係数を
0.05以下とするとともに、活性層全体の光閉じ込め
係数を0.3以上0.6以下とし、かつ端面の反射率を
10-4以下にしたことを特徴とする光半導体素子。
1. A refractive index difference waveguide type structure in which a mesa-shaped second cladding layer is provided on a substrate through a first cladding layer and a quantum well active layer in this order, and the second cladding layer is embedded with a current blocking layer. In a double heterojunction optical semiconductor device, the optical confinement coefficient per unit quantum of the quantum well active layer is 0.05 or less, and the optical confinement coefficient of the entire active layer is 0.3 or more and 0.6 or less, and An optical semiconductor device having a reflectance of 10 −4 or less on an end face.
JP2436093A 1993-02-12 1993-02-12 Optical semiconductor element Withdrawn JPH06237011A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2436093A JPH06237011A (en) 1993-02-12 1993-02-12 Optical semiconductor element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2436093A JPH06237011A (en) 1993-02-12 1993-02-12 Optical semiconductor element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06237011A true JPH06237011A (en) 1994-08-23

Family

ID=12136036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2436093A Withdrawn JPH06237011A (en) 1993-02-12 1993-02-12 Optical semiconductor element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06237011A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005074047A1 (en) * 2004-01-28 2005-08-11 Anritsu Corporation Optical semiconductor device and its manufacturing method
WO2008117527A1 (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Kyushu University, National University Corporation High-intensity light-emitting diode
JP2010141039A (en) * 2008-12-10 2010-06-24 Hamamatsu Photonics Kk Super-luminescent diode
JP2010192601A (en) * 2009-02-17 2010-09-02 Anritsu Corp Semiconductor light emitting element and optical pulse tester using same
WO2012123997A1 (en) * 2011-03-17 2012-09-20 パナソニック株式会社 Semiconductor light emitting element and light emitting device using same
US9653641B2 (en) 2014-12-24 2017-05-16 Seiko Epson Corporation Light emitting device and projector
CN113937620A (en) * 2021-09-02 2022-01-14 华中科技大学 High-power single transverse mode semiconductor laser and control method thereof

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005074047A1 (en) * 2004-01-28 2005-08-11 Anritsu Corporation Optical semiconductor device and its manufacturing method
JPWO2005074047A1 (en) * 2004-01-28 2008-01-10 アンリツ株式会社 Optical semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2008117527A1 (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Kyushu University, National University Corporation High-intensity light-emitting diode
JPWO2008117527A1 (en) * 2007-03-23 2010-07-15 国立大学法人九州大学 High brightness light emitting diode
US8295663B2 (en) 2007-03-23 2012-10-23 Kyushu University, National University Corporation Super-luminescent light emitting diode
JP5616629B2 (en) * 2007-03-23 2014-10-29 国立大学法人九州大学 High brightness light emitting diode
JP2010141039A (en) * 2008-12-10 2010-06-24 Hamamatsu Photonics Kk Super-luminescent diode
JP2010192601A (en) * 2009-02-17 2010-09-02 Anritsu Corp Semiconductor light emitting element and optical pulse tester using same
WO2012123997A1 (en) * 2011-03-17 2012-09-20 パナソニック株式会社 Semiconductor light emitting element and light emitting device using same
US9653641B2 (en) 2014-12-24 2017-05-16 Seiko Epson Corporation Light emitting device and projector
CN113937620A (en) * 2021-09-02 2022-01-14 华中科技大学 High-power single transverse mode semiconductor laser and control method thereof
CN113937620B (en) * 2021-09-02 2023-02-10 华中科技大学 High-power single transverse mode semiconductor laser and control method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6175582B1 (en) Semiconductor laser device
US6167073A (en) High power laterally antiguided semiconductor light source with reduced transverse optical confinement
US20060268396A1 (en) Semiconductor laser device and optical fiber amplifier
US6714574B2 (en) Monolithically integrated optically-pumped edge-emitting semiconductor laser
US7602828B2 (en) Semiconductor laser diode with narrow lateral beam divergence
JP4233366B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device having a vertical emitter capable of optical pumping
WO2018168430A1 (en) Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and laser light source system for welding
Ueno et al. Novel window-structure AlGaInP visible-light laser diodes with non-absorbing facets fabricated by utilizing GaInP natural superlattice disordering
Qiu et al. Design and fabrication of low beam divergence and high kink-free power lasers
JPH06237011A (en) Optical semiconductor element
US5223722A (en) Superluminescent diode
US20190372309A1 (en) Large optical cavity (loc) laser diode having quantum well offset and efficient single mode laser emission along fast axis
US7646797B1 (en) Use of current channeling in multiple node laser systems and methods thereof
Nishida et al. Short wavelength limitation in high power AlGaInP laser diodes
US5406575A (en) Semiconductor heterostructure laser
US6493132B1 (en) Monolithic optically pumped high power semiconductor lasers and amplifiers
CN210245533U (en) Multi-quantum well structure with different widths for widening spectral width of super-radiation light-emitting diode
JPH1084130A (en) Light emitting element
US7269195B2 (en) Laser diode with an amplification section that has a varying index of refraction
JPH06112588A (en) Optical semiconductor element
JPH10209553A (en) Semiconductor laser element
JP3572157B2 (en) Semiconductor laser device
JPH0671121B2 (en) Semiconductor laser device
JP2777434B2 (en) Semiconductor laser
RU2444101C1 (en) Injection laser

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20000509