JPH0671116B2 - Semiconductor laser - The - Google Patents

Semiconductor laser - The

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JPH0671116B2 JP61175965A JP17596586A JPH0671116B2 JP H0671116 B2 JPH0671116 B2 JP H0671116B2 JP 61175965 A JP61175965 A JP 61175965A JP 17596586 A JP17596586 A JP 17596586A JP H0671116 B2 JPH0671116 B2 JP H0671116B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体レーザに関し、特に量子井戸型半導体レーザの発振波長の短波長化及び性能の向上に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION [Field of the Industrial] This invention relates to a semiconductor laser and, more particularly, to improvement of the short wavelength and the performance of the oscillation wavelength of the quantum well type semiconductor laser.

〔従来の技術〕 [Prior art]

半導体レーザにおいて、できるだけ短かい波長で発振させることは応用上非常に重要である。 In the semiconductor laser, it is the very on applications important to oscillate with as short a wavelength.

第4図は例えば、イワムラや、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス 第24巻,12号,1985 Figure 4, for example, Iwamura and, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 24, No. 12, 1985
年12月,pp.L911〜L913(Japanese Journal of Applied December, pp.L911~L913 (Japanese Journal of Applied
Physics vol.24No.12,Dec 1985,pp.L911〜L913)に示された従来の短波長半導体レーザを示す模式図であり、 Physics vol.24No.12, Dec 1985, is a schematic diagram showing a conventional short wavelength semiconductor laser shown in pp.L911~L913),
図において、11はn型電極、12はn + −GaAs基板、13はn In the figure, 11 is n-type electrode, 12 is n + -GaAs substrate 13 is n
−AlGaAsクラッド層、14はn−AlGaAsクラッド層、15は -AlGaAs cladding layer, 14 is the n-AlGaAs cladding layer, 15
AlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層、16はp−AlGaAs Active layer of AlGaAs / AlGaAs multiple quantum well, 16 p-AlGaAs
クラッド層、17はp−AlGaAsクラッド層、18はp + −GaAs Cladding layer, 17 p-AlGaAs cladding layer, 18 p + -GaAs
コンタクト層、19はp型電極である。 Contact layer, 19 is a p-type electrode.

ここで、n−AlGaAsクラッド層14はn−AlGaAsクラッド Here, the n-AlGaAs cladding layer 14 is the n-AlGaAs cladding
13とAlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層との中間のAl 13 and intermediate Al in the active layer of AlGaAs / AlGaAs multiple quantum well
組成比を有し、p−AlGaAsクラッド層16はp−AlGaAsクラッド層17とAlGaAs/AlGaAs多重量子井戸の活性層との中間のAl組成比を有しており、これによってSCH構造を形成している。 It has a composition ratio, the p-AlGaAs cladding layer 16 has an intermediate Al composition ratio between the active layer of the p-AlGaAs cladding layer 17 and the AlGaAs / AlGaAs multiple quantum well, thereby forming a SCH structure there.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described. 活性層の利得スペクトルは第5図の実線で示される。 Gain spectrum of the active layer is indicated by a solid line in Figure 5. ここで、n=1,2,3はそれぞれ最低、第2,第3の量子準位に対応するピークである。 Here, n = 1, 2, 3 respectively the minimum, second, a peak corresponding to the third quantum level.
共振器損失は各波長で同じであるため、通常の注入電流レベルにおいてはn=1に対応するピークが一番利得が大きく、この量子準位に相当する波長でレーザ発振が起きる。 Since the resonator loss is the same for each wavelength, large best gain peak corresponding to n = 1 in the normal injection current level, laser oscillation occurs at a wavelength corresponding to the quantum level.

〔発明が解決しようとする問題点〕 [Problems to be Solved by the Invention]

従来の半導体レーザは以上のように構成されているので、高い量子準位での発振ができず、短波長を発振させるには量子井戸層を非常に薄くする、あるいはAlの組成比を高くする必要がある。 Since conventional semiconductor laser is constructed as described above, can not oscillate at a high quantum level, very thin quantum well layer is to oscillate the short wavelength, or to increase the composition ratio of Al There is a need. しかしながら、この層厚制御は難しく、この方法による短波長化には限界があり、またAlの組成比が高くなると端面の酸化が起こり易く半導体レーザの寿命が短かくなるなどの問題点があった。 However, the layer thickness control is difficult, the shorter wavelength by this method is limited, also has a problem such as occurs easily semiconductor laser lifetime oxidation of the end faces when the composition ratio increases the Al becomes shorter .

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、高い量子準位で発振ができ、さらに同一活性層において波長の異なる複数のレーザ発振が可能な半導体レーザを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, it is oscillating at a higher quantum level, aims to further obtain a semiconductor laser capable of a plurality of laser oscillation of different wavelengths in the same active layer to.

〔問題点を解決するための手段〕 [Means for Solving the Problems]

この発明に係る半導体レーザは、量子井戸構造の活性層と、該活性層をはさんで配置された上クラッド層及び下クラッド層と、上記上クラッド層側に共振器長方向に相互に分離して設けられた、上記活性層に対し電流を注入するため2つの電流注入用電極及び上記活性層に逆バイアスを印加するための1つの内部損失変調用電極とを備え、上記内部損失変調用電極により逆バイアスを印加したとき生じるエキシトン吸収スペクトルの波長シフトを用いて共振器内部損失を変化させ、種々の量子準位による発振を可能としたものである。 The semiconductor laser according to the invention separates the active layer of a quantum well structure, and the cladding layer and lower cladding layer after being placed across the active layer, to each other in the resonator length direction to the upper cladding layer side It provided Te, and a single internal loss modulation electrode for applying a reverse bias to inject two current electrodes and the active layer for injecting the current to the active layer, the internal loss modulation electrode changing the resonator internal loss using the wavelength shift of the exciton absorption spectrum caused when a reverse bias is applied by, it is obtained by allowing the oscillation due to various quantum levels.

〔作用〕 [Action]

この発明においては、上記内部損失変調用電極からの電圧印加に伴う吸収端(エトキシトンによる吸収ピーク) In the present invention, the absorption edge due to the voltage application from the internal loss modulation electrode (absorption peak by ethoxy tons)
のシフトが低次の量子準位間遷移ほど大きいから、低い量子準位での発振波長に対する共振器内部損失が高まり、低い量子準位での発振が抑えられ、高い量子準位での短波長発振が行なわれる。 Short wavelength in the shift from large to transition between a low-order quantum level, increased intracavity loss for the oscillation wavelength of a low quantum level, is suppressed oscillation at low quantum level, high quantum level oscillation is performed. さらに、本発明では、電流注入用の電極を相互に独立して2つ設けているので、2 Furthermore, in the present invention, since the provided two independently Electrodes each other, 2
つの電流注入用電極からの注入電流をそれぞれ独立に制御でき、その発振の制御性を向上できる。 One of the current injected from the current injection electrode, respectively can be controlled independently, thereby improving the controllability of the oscillation.

〔実施例〕 〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。 A description is given of a first embodiment of the present invention. 第1 First
図は本発明の基本的な動作を説明するための図であり、 Figure is a diagram for explaining the basic operation of the present invention,
図において1は下部電極、2はn型GaAs基板、3は下部n型AlGaAsクラッド層、4はGaAs量子井戸活性層、5は上部p型AlGaAsクラッド層、6はp + −GaAsコンタクト層、7は電流注入のための電極、8は損失変調のための電極、9は電流注入部AとBを電気的に分離する絶縁領域である。 1 the lower electrode in FIG, 2 is an n-type GaAs substrate, a lower n-type AlGaAs cladding layer 3, GaAs quantum well active layer 4, 5 is an upper p-type AlGaAs cladding layer, 6 p + -GaAs contact layer, 7 electrodes for current injection, 8 electrodes for loss modulation, 9 an insulating region for electrically isolating the current injection unit a and B.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described. 第2図(a)に利得スペクトルを示す。 Shows the gain spectrum to the second view (a). n=1,2,3,…はそれぞれ電子と正孔の第1, n = 1, 2, 3, ... are first of electrons and holes, respectively,
第2,第3量子準位間の遷移に対応する利得ピークである。 Second, a gain peak corresponding to the transition between the third quantum level. 図ではn=1の利得が共振器損失とつりあいn=1 FIG gain of n = 1 in are balanced and cavity loss n = 1
に対応する遷移の発振が起こる場合を示す。 It shows a case that occurs the oscillation of the corresponding transitions to. 第2図(b)にこの場合の発振スペクトルを示す。 In FIG. 2 (b) shows the oscillation spectrum in this case. 次に損失変調部に逆バイアスを印加し、エキシトンピークを第2図(c)に示す様にn=1の発振波長までシフトさせる(実線は印加電圧ゼロの時の吸収スペクトル,破線は逆バイアス印加時の吸収スペクトルである。 Then applying a reverse bias to the loss modulation portion, the absorption spectrum at the shifted causing (solid line application voltage zero to the oscillation wavelength of n = 1 as shown the Ekishitonpiku in FIG. 2 (c), the broken line reverse bias it is an absorption spectrum of the time of application.

また、吸収スペクトルのエキシトンピーク(n=1,2,3, In addition, Ekishitonpiku of the absorption spectrum (n = 1,2,3,
…)は、それぞれに対応するレーザ発振波長に比べて高エネルギー側に20〜30meVシフトしていることが知られている。 ...), it is known that 20~30meV shifted to a higher energy side as compared to the lasing wavelength corresponding to each. これにより、n=1に対応するレーザ発振波長に対して共振器内部損失が誘起され、このレーザ発振は抑制される。 Thus, the intracavity loss to the lasing wavelength corresponding to n = 1 is induced, the laser oscillation is suppressed. 結果として、n=1の量子準位から誘導放出によるポピュレーションの消費がなくなり、キャリアはn=2の量子準位を占める様になる。 As a result, there is no consumption of population by stimulated emission from the quantum level n = 1, the carrier is as shown occupy the quantum level of n = 2. 第2図(c)に示す様にn=2に対応するエキシトンピークのシフトは小さいので、これに対応するレーザ発振には逆バイアス印加による共振器内部損失はほとんど影響しない。 The shift of Ekishitonpiku corresponding to n = 2 as shown in FIG. 2 (c) is small, the resonator internal loss due to the reverse bias applied to the laser oscillation corresponding to this little effect. 従って、この遷移に対応するレーザ発振が起こる。 Therefore, the laser oscillation occurs for this transition. 第2図(d)にこの場合の発振スペクトルを示す。 Second Figure (d) shows the oscillation spectrum in this case. このように、逆バイアスを印加しないときはn=1の量子準位に対応するレーザ発振を行ない、逆バイアスを印加した時はn=2の量子準位に対応するレーザ発振を行なう。 Thus, when not applying a reverse bias performs laser oscillation corresponding to the quantum level n = 1, the case of applying a reverse bias performs laser oscillation corresponding to the quantum level of n = 2.

以上のように、量子井戸構造の活性層をもつ半導体レーザにおいて、利得電流が注入される層と同一の層構造に対して逆バイアスを印加する電極を設ければ、この電極からの印加電圧の制御によって内部損失を発振波長に応じて選択的に高め、高い量子準位での発振をさせることが可能となり、またこの制御により発振波長のスイッチを容易に行なうことができる。 As described above, in the semiconductor laser having an active layer of a quantum well structure, by providing the electrodes for applying a reverse bias for the same layer structure and layer gain current is injected, the voltage applied from the electrode selectively enhanced in accordance with internal loss in the oscillation wavelength by the control, it is possible to cause the oscillation at a high quantum level and can easily be switched oscillation wavelength by the control.

第3図は本発明の一実施例による半導体レーザの構造を示す図であり、図において、第1図と同一符号は同一又は相当部分である。 Figure 3 is a diagram showing a structure of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. In the figure, FIG. 1 and the same reference numerals designate the same or corresponding parts. 本実施例の動作は、第1図を用いて説明した本発明の基本的な動作と同じであり、内部損失変調用電極8からの電圧印加によって種々の量子準位による発振を可能とできる。 Operation of this embodiment is the same as the basic operation of the present invention described with reference to FIG. 1, it allows the oscillation due to various quantum level by applying a voltage from the internal loss modulation electrode 8. さらに、本実施例では、電流注入用の電極7を相互に独立して2つ設けているので、 Further, in this embodiment, since the provided two independently electrode 7 for current injection to each other,
2つの電流注入用電極7からの注入電流をそれぞれ独立に制御でき、その発振の制御性を向上できる。 The injection current from the two current injection electrode 7, respectively can be controlled independently, thereby improving the controllability of the oscillation.

また、本発明による半導体レーザにおいては、光伝播の損失を大きくするとともに注入されたキャリアがエネルギー緩和されにくくして高次の量子準位の占有率が高められるようにするために、量子井戸活性層の層厚は300 In the semiconductor laser according to the present invention, in order to be injected carriers are not easily being energy relaxation higher quantum level of occupancy is increased with increasing the loss of light propagation, the quantum well active the thickness of the layer is 300
Å以下、横とじこめによる光導波路のストライプ巾は3 Å below, stripe width of the optical waveguide by the lateral confinement is 3
ミクロン以下にすることが望ましい。 Micron is preferably less than.

また、活性層は量子井戸層が複数個ある多重量子井戸構造でも、単一井戸構造でもよい。 The active layer in the multiple quantum well structure there are a plurality of quantum well layers may be a single well structure.

また、横方向閉じ込めにはリッジ導波路、BH(Buried H The ridge waveguide in the lateral confinement, BH (Buried H
eterostructure),CSP(Channeled Substrate Plane eterostructure), CSP (Channeled Substrate Plane
r),一般的な不純物拡散による超格子無秩序化のうちのいずれも適用できる。 r), it can either be applied among the superlattice disordering by common impurity diffused.

また、上記実施例ではn=1とn=2のレーザ発振について説明したが、さらに高次の量子化準位に対応するレーザ発振についても適用できる。 In the above embodiment has been described lasing n = 1 and n = 2, can also be applied to laser oscillation and further corresponding to the quantization level of the higher order.

〔発明の効果〕 〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、量子井戸構造の活性層と、該活性層をはさんで配置された上クラッド層及び下クラッド層と、上記上クラッド層側に共振器長方向に相互に分離して設けられた、上記活性層に対し電流を注入するため2つの電流注入用電極及び上記活性層に逆バイアスを印加するための1つの内部損失変調用電極とを備えた構成としたから、上記内部損失変調用電極により逆バイアスを印加したとき生じるエキシトン吸収スペクトルの波長シフトを用いて共振器内部損失を変化させ、 As described above, according to the present invention, interact with the active layer of a quantum well structure, and the cladding layer and lower cladding layer after being placed across the active layer, the resonator length direction to the upper cladding layer side provided in separate, and a configuration in which a single internal loss modulation electrode for applying a reverse bias to inject two current electrodes and the active layer for injecting the current to the active layer from changing the resonator internal loss using the wavelength shift of the exciton absorption spectrum caused when a reverse bias is applied by the internal loss modulation electrode,
種々の量子準位による発振を可能とでき、これにより、 Can allow oscillation with various quantum levels, thereby,
複数のレーザ発振光を外部信号により制御でき、また複数のレーザ発振光の超高速スイッチングが可能となり、 A plurality of laser oscillation light can be controlled by an external signal, also enables ultrafast switching of a plurality of laser oscillation light,
大容量情報伝送及び光情報記録用光源として高性能なものが得られるという効果がある。 There is an effect that of high performance is obtained as large-capacity information transmission and an optical information recording light source. さらに、本発明では、 In addition, in the present invention,
電流注入用の電極を相互に独立して2つ設けているので、2つの電流注入用電極からの注入電流をそれぞれ独立に制御でき、その発振の制御性を向上できる効果がある。 Since independently Electrodes another are provided two, the injection current from the two current injection electrode can be controlled independently, the effect capable of improving the controllability of the oscillation.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図はこの発明の基本的な動作を説明するための図、 Figure 1 is a diagram for explaining the basic operation of the present invention,
第2図(a)〜(d)はこの発明の原理を示すための図、第3図はこの発明の実施例による半導体レーザを示す模式図、第4図は従来の半導体レーザを示す模式図、 Figure 2 (a) ~ (d) are views for illustrating the principles of the present invention, FIG. 3 is a schematic view showing a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention, schematic view Fig. 4 showing a conventional semiconductor laser ,
第5図は従来の半導体レーザにおける利得及び共振器損失の波長依存性を示す図である。 Figure 5 is a graph showing the wavelength dependence of the gain and resonator loss in the conventional semiconductor laser. 1は下部電極、2は第1の導電型の基板、3は第1の導電型のクラッド層、4は量子井戸活性層、5は第2の導電型のクラッド層、6は第2の導電型のコンタクト層、 1 the lower electrode, the first conductivity type of the substrate 2, a first conductivity type cladding layer 3, the quantum well active layer 4, the second conductivity type cladding layer 5, the second conductive 6 type contact layer,
7は電流注入用上部電極、8は内部損失変調用電極、9 7 for current injection upper electrode, 8 is the internal loss modulation electrode, 9
は絶縁領域、11はn型電極、12はn + −GaAs基板、13はn The insulating region 11 is n-type electrode, 12 is n + -GaAs substrate 13 is n
−AlGaAsクラッド層、14はn−AlGaAs第2クラッド層、 -AlGaAs cladding layer, 14 n-AlGaAs second cladding layer,
15は多重量子井戸活性層、16はp−AlGaAs第2クラッド層、17はp−AlGaAsクラッド層、18はp + −GaAsコンタクト層、19はp型電極である。 15 multi-quantum well active layer, 16 p-AlGaAs second cladding layer 17 is the p-AlGaAs cladding layer, 18 p + -GaAs contact layer 19 is a p-type electrode. なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。 Note figure designate the same or corresponding parts.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】量子井戸構造の活性層と、 該活性層をはさんで配置された上クラッド層及び下クラッド層と、 上記上クラッド層側に共振器長方向に相互に分離して設けられた、上記活性層に対し電流を注入するため2つの電流注入用電極及び上記活性層に逆バイアスを印加するための1つの内部損失変調用電極とを備え、 上記内部損失変調用電極により逆バイアスを印加したとき生じるエキシトン吸収スペクトルの波長シフトを用いて共振器内部損失を変化させ、種々の量子準位による発振を可能としたことを特徴とする半導体レーザ。 And 1. A active layer of a quantum well structure, and the cladding layer and lower cladding layer after being placed across the active layer, provided separately from each other in the resonator length direction to the upper cladding layer side and, a single internal loss modulation electrode for applying a reverse bias to inject two current electrodes and the active layer for injecting the current to the active layer, reverse biased by the internal loss modulation electrode changing the resonator internal loss using exciton wavelength shift of the absorption spectrum caused upon application of a semiconductor laser, characterized in that allowed the oscillation due to various quantum levels.
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