JPH0738195A - Bistable semiconductor laser and manufacture thereof - Google Patents

Bistable semiconductor laser and manufacture thereof

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JPH0738195A
JPH0738195A JP18052193A JP18052193A JPH0738195A JP H0738195 A JPH0738195 A JP H0738195A JP 18052193 A JP18052193 A JP 18052193A JP 18052193 A JP18052193 A JP 18052193A JP H0738195 A JPH0738195 A JP H0738195A
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JP
Japan
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quantum well
layer
well layer
semiconductor laser
growth
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Application number
JP18052193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Uenohara
裕行 植之原
Akira Takahashi
亮 高橋
Yuichi Kawamura
裕一 河村
Hidetoshi Iwamura
英俊 岩村
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH0738195A publication Critical patent/JPH0738195A/en
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to perform high-speed setting and resetting and to make it possible to perform the repeating operation at several tens of gigahertz by using a multiple-quantum well layer, which is grown at the specified temperature lower than crystal growing temperature in an ordinary method, as saturable absorbing region. CONSTITUTION:A bistable laser part 10 is constituted of a p-side electrode 1 in a gain region, a p-side electrode 2 in a saturable absorbing region, a p- InGaAs cap layer 3, a p-type InP clad layer 4, an MQM waveguide layer 5 comprising an InGaAs well layer, or InGaAsP or InP barrier layer, an n-type InP clad layer 6, an n-type InP substrate 7, an n-side electrode 8 and a saturable absorbing region 9. At this time, the crystal growth of the laser part is performed at the ordinary substrate temperature. The growth of the saturable absorbing region 9 is performed at the considerably lower temperature in comparison with the laser part, i.e., 150-400 deg.C. Thus, the repeating operation of several tens of gigahertz 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、光通信・光情報システ
ムを構成すると期待される光交換・光中継器などに利用
可能な光論理・光スイッチング動作を行う双安定半導体
レーザおよびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bistable semiconductor laser which performs optical logic / optical switching operations and can be used in optical switching / optical repeaters expected to constitute optical communication / optical information systems, and a method of manufacturing the same. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】電流対光出力特性および光入出力特性に
ヒステリシスを持つ双安定半導体レーザは、高速光スイ
ッチ,光論理演算,光メモリなどの特徴を持つため光通
信・光情報システムを構成する機能デバイスとして期待
されている。
Bistable semiconductor lasers having hysteresis in current-to-optical output characteristics and optical input / output characteristics have features such as a high-speed optical switch, optical logic operation, and optical memory, and therefore function to configure optical communication / optical information system. Expected as a device.

【0003】活性層として多重量子井戸構造を有する双
安定半導体レーザ(特開昭62−296573号)の従
来の構造図(断面図)を図1に示す。図中、12は利得
領域のp側電極、13は可飽和吸収領域のp側電極、1
4はp+ −InGaAsキャップ層、15はp形InP
クラッド層、16はMQW導波路層(InGaAs井戸
層,InGaAsPまたはInP障壁層より構成され
る)、17はn形InPクラッド層、18はn形InP
基板、19はn側電極である。また、20はレンズ、2
1は外部注入光である。利得領域12と可飽和吸収領域
13の間の溝は、InGaAsキャップ層14とp形I
nPクラッド層15の一部を化学的エッチングなどの手
段で除去するか、あるいはプロトン注入やGa FIB
(Focused Ion Beam)注入による高抵
抗化により形成する。
FIG. 1 shows a conventional structural view (cross-sectional view) of a bistable semiconductor laser (Japanese Patent Laid-Open No. 62-296573) having a multiple quantum well structure as an active layer. In the figure, 12 is a p-side electrode in the gain region, 13 is a p-side electrode in the saturable absorption region, 1
4 is p + -InGaAs cap layer, 15 is p-type InP
Clad layer, 16 MQW waveguide layer (composed of InGaAs well layer, InGaAsP or InP barrier layer), 17 n-type InP clad layer, 18 n-type InP
The substrate 19 is an n-side electrode. Also, 20 is a lens, 2
Reference numeral 1 is external injection light. The groove between the gain region 12 and the saturable absorption region 13 is formed by the InGaAs cap layer 14 and the p-type I.
A part of the nP clad layer 15 is removed by means such as chemical etching, or proton implantation or Ga FIB is performed.
(Focused Ion Beam) is formed by increasing the resistance by implantation.

【0004】前記レーザの双安定レーザ部分の利得領域
への注入電流(以下、利得電流と称す)Igに対する光
出力Loutの関係を、図2に示す。双安定レーザの発
振波長は、バンドギャップ縮小効果によって、2次元励
起子吸収ピーク波長よりも長波長側に位置している。こ
こで、可飽和吸収領域または利得クエンチング領域への
印加電圧VC を、順バイアスから逆バイアスへと変化さ
せていくと、量子閉じ込めシュタルク効果によって、2
次元励起子の吸収ピーク波長が長波長側にシフトし、吸
収量が増加する。従って、可飽和吸収領域あるいは利得
クエンチング領域への印加電圧を減少させると、図に示
すように、発振閾値電流およびヒステリシス幅ともに増
加する特性を示す。この際、2次元励起子が可飽和吸収
体としての役割を果している。ここで、可飽和吸収領域
13の印加電圧VC を、双安定レーザの電流対光出力特
性が、図2の(3)のようにヒステリシスを示す値に、
設定する。同図では、メモリ動作を行わせることを目的
として、ヒステリシスを生じるように可飽和吸収領域,
利得クエンチング領域の印加電圧を設定している。
FIG. 2 shows the relationship between the light output Lout and the injection current (hereinafter referred to as gain current) Ig to the gain region of the bistable laser portion of the laser. The oscillation wavelength of the bistable laser is located on the longer wavelength side than the two-dimensional exciton absorption peak wavelength due to the bandgap reduction effect. Here, when the applied voltage V C to the saturable absorption region or the gain quenching region is changed from the forward bias to the reverse bias, the quantum confined Stark effect causes 2
The absorption peak wavelength of the three-dimensional exciton shifts to the long wavelength side, and the absorption amount increases. Therefore, when the applied voltage to the saturable absorption region or the gain quenching region is decreased, the oscillation threshold current and the hysteresis width both increase as shown in the figure. At this time, the two-dimensional excitons play a role as a saturable absorber. Here, the applied voltage V C of the saturable absorption region 13 is set to a value at which the current-optical output characteristic of the bistable laser exhibits hysteresis as shown in (3) of FIG.
Set. In the figure, for the purpose of performing a memory operation, the saturable absorption region,
The applied voltage in the gain quenching region is set.

【0005】同図の素子に外部から光を注入した場合
の、外部注入光強度に対する出力光強度の関係を、図3
に示す。利得領域のバイアス電流を図2に示すIg ′に
設定しているため、閾値入力光Lth以上のピーク強度を
持つ光パルスを入力すると、双安定レーザは入力光がな
くなった後も発振を続けるメモリ特性を表す。
FIG. 3 shows the relationship between the externally injected light intensity and the output light intensity when light is externally injected into the device shown in FIG.
Shown in. Since the bias current in the gain region is set to I g ′ shown in FIG. 2, when an optical pulse having a peak intensity equal to or higher than the threshold input light L th is input, the bistable laser oscillates even after the input light disappears. Represents a memory characteristic that continues.

【0006】ここで、一旦発振状態に移行した双安定半
導体レーザをリセットするためには、可飽和吸収領域へ
の印加電圧を減少させて、その領域の伝導帯に励起され
たキャリアを引き抜き、飽和していた吸収を回復させる
必要がある。しかし、半導体のキャリア寿命は、無バイ
アス状態においては数ナノ秒かかり、そのため、数10
ギガヘルツの繰り返し動作は困難である。逆バイアス電
圧を印加して電界によるキャリアの引き抜き効果を用い
た場合でも、双安定レーザの発振閾値電流が増加して駆
動自体が困難となるため、限界がある。従って、無バイ
アス状態でのキャリア寿命が短い材料を用いることが不
可欠である。
Here, in order to reset the bistable semiconductor laser that has once entered the oscillating state, the applied voltage to the saturable absorption region is reduced, and the carriers excited in the conduction band in that region are extracted to saturate. It is necessary to restore the absorption that was being done. However, the carrier lifetime of a semiconductor takes several nanoseconds in the non-biased state, and therefore, it is several tens of nanoseconds.
Repetitive operation of gigahertz is difficult. Even when a reverse bias voltage is applied and the carrier extraction effect by the electric field is used, there is a limit because the oscillation threshold current of the bistable laser increases and driving itself becomes difficult. Therefore, it is essential to use a material that has a short carrier life in the non-biased state.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、メモ
リ動作を行う双安定半導体レーザにおいて、高速にセッ
ト・リセットが可能であり、数10ギガヘルツの繰り返
し動作を実現する双安定半導体レーザおよびその製造方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bistable semiconductor laser which performs a memory operation, which can be set and reset at high speed, and which realizes repetitive operation of several tens of GHz, and a bistable semiconductor laser thereof. It is to provide a manufacturing method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の双安定半導体レ
ーザは、上記の課題を解決するために、まず、第1に、
活性層として多重量子井戸構造を有する双安定半導体レ
ーザにおいて、可飽和吸収領域が、通常行われている結
晶成長温度よりも低温の150℃〜400℃で成長させ
た多重量子井戸層であることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the bistable semiconductor laser of the present invention is first of all:
In a bistable semiconductor laser having a multi-quantum well structure as an active layer, the saturable absorption region is a multi-quantum well layer grown at 150 ° C. to 400 ° C. which is lower than the crystal growth temperature usually performed. It has a feature.

【0009】また、本発明のレーザでは、前記可飽和吸
収領域が、その成長後に通常の成長温度程度(例えば、
500℃)でアニールされていることを特徴としてい
る。
Further, in the laser according to the present invention, the saturable absorption region is grown to a level of a normal growth temperature (for example,
It is characterized by being annealed at 500 ° C.

【0010】さらに、本発明では、前記可飽和吸収領域
が、その成長中にp型元素またはBeがドープされたも
のであることを特徴としている。
Furthermore, the present invention is characterized in that the saturable absorption region is doped with a p-type element or Be during its growth.

【0011】一方、本発明の双安定半導体レーザの製造
方法は、まず、第1に、可飽和吸収領域に形成する多重
量子井戸層を150℃から400℃で成長させることを
特徴としている。
On the other hand, the method of manufacturing a bistable semiconductor laser of the present invention is characterized by first growing a multiple quantum well layer formed in a saturable absorption region at 150 ° C. to 400 ° C.

【0012】また、本発明の製造方法は、前記多重量子
井戸層にドーパントとしてp型元素またはBeを添加す
ることを特徴としている。
Further, the manufacturing method of the present invention is characterized in that a p-type element or Be is added as a dopant to the multiple quantum well layer.

【0013】さらに、本発明の製造方法は、前記多重量
子井戸層を形成後に、この量子井戸層のアニール処理を
行う工程を含むことを特徴としている。
Further, the manufacturing method of the present invention is characterized by including a step of annealing the quantum well layer after forming the multiple quantum well layer.

【0014】[0014]

【作用】従来、前記可飽和吸収領域を構成する量子井戸
層の成長は、周知のように、ガスソース分子線エピタキ
シー(MBE)装置で、500℃程度で行なわれてい
る。このようにして形成された量子井戸層では、励起さ
れたキャリアは、発光再結合過程が支配的となる。この
発光再結合過程によるキャリア寿命は、極めて長く、数
〜数十ナノ秒である。そのため、前記したように、かか
る量子井戸層を可飽和吸収領域とする双安定半導体レー
ザでは、数10ギガヘルツの繰返し動作は、困難であっ
た。
Conventionally, as is well known, the growth of the quantum well layer forming the saturable absorption region is performed at about 500 ° C. by a gas source molecular beam epitaxy (MBE) apparatus. In the quantum well layer thus formed, the excited carriers are dominated by the radiative recombination process. The carrier lifetime due to this radiative recombination process is extremely long and is several to several tens of nanoseconds. Therefore, as described above, it is difficult for the bistable semiconductor laser using such a quantum well layer as a saturable absorption region to repeatedly operate at several tens of gigahertz.

【0015】これに対し、本発明でのように、可飽和吸
収領域を構成する多重量子井戸層を、成長温度を下げ
て、150℃〜400℃で成長を行うと、深い準位に再
結合中心が形成されると考えられ、そのためキャリアの
寿命は100ピコ秒程度まで高速化される。この量子井
戸層の成長を150℃未満で行なうと、励起子による吸
収の波長変化が生じないと思われる。そのため、成長温
度として利用し難い。また、成長温度が400℃を越え
ると、キャリア寿命が長くなり始めるため、400℃を
越える成長温度も利用できない。また、成長中にp型ド
ーパントまたはBeを導入すると、キャリア寿命は1ピ
コ秒程度まで低減することが可能となる。また、成長後
の量子井戸層を500℃程度の温度でアニール処理を施
すと、ドープされたアクセプタが活性化し、低温成長中
に発生したキャリアを補償するため、極めて高抵抗な量
子井戸層とすることができる。よって、この量子井戸層
を上記双安定半導体レーザの可飽和領域の光非線形材料
として用いれば、極めて高速なセット・リセットが可能
で、数20ギガヘルツの繰返し動作を実現する双安定半
導体レーザの作成が可能となる。
On the other hand, as in the present invention, when the multiquantum well layer forming the saturable absorption region is grown at a temperature of 150 ° C. to 400 ° C. at a lower growth temperature, it is recombined to a deep level. It is considered that the center is formed, and therefore the carrier lifetime is accelerated to about 100 picoseconds. If the growth of this quantum well layer is performed at less than 150 ° C., it is considered that the wavelength change of absorption due to excitons does not occur. Therefore, it is difficult to use it as a growth temperature. Further, when the growth temperature exceeds 400 ° C., the carrier life begins to become long, so that the growth temperature exceeding 400 ° C. cannot be used. Further, if a p-type dopant or Be is introduced during growth, the carrier life can be reduced to about 1 picosecond. When the grown quantum well layer is annealed at a temperature of about 500 ° C., the doped acceptor is activated and the carriers generated during the low temperature growth are compensated, so that the quantum well layer has an extremely high resistance. be able to. Therefore, if this quantum well layer is used as an optical nonlinear material in the saturable region of the bistable semiconductor laser, it is possible to make a bistable semiconductor laser capable of extremely high-speed set / reset and capable of performing repetitive operation of several 20 GHz. It will be possible.

【0016】[0016]

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】本構造の双安定レーザ部の断面構造を図4
に示す。1は利得領域のp側電極、2は可飽和吸収領域
のp側電極、3はp+ −InGaAsキャップ層、4は
p形InPクラッド層、5はMQW導波路層(InGa
As井戸層,InGaAsPまたはInP障壁層より構
成される)、6はn形InPクラッド層、7はn形In
P基板、8はn側電極、9は可飽和吸収領域である。ま
た10はレンズ、11は外部注入光を表している。
The sectional structure of the bistable laser portion of this structure is shown in FIG.
Shown in. 1 is a p-side electrode in the gain region, 2 is a p-side electrode in the saturable absorption region, 3 is a p + -InGaAs cap layer, 4 is a p-type InP clad layer, and 5 is an MQW waveguide layer (InGa).
As well layer, InGaAsP or InP barrier layer), 6 is an n-type InP clad layer, and 7 is an n-type In
A P substrate, 8 is an n-side electrode, and 9 is a saturable absorption region. Further, 10 denotes a lens and 11 denotes externally injected light.

【0018】本構造の可飽和吸収領域は、同図に示すよ
うにレーザ部を形成する半導体多層膜の成長時には形成
されず、可飽和吸収領域9に相当する部分を一旦化学的
エッチングまたは反応性イオン・エッチング法(RI
E:Reactive ionetching),反応
性イオンビーム・エッチング法(RIBE:React
ive ion beam etching)などで除
去した後、分子線エピタキシー(MBE)装置により両
領域をそれぞれ成長し、その後、利得領域上に成長され
た不必要な部分の結晶を除去する、などで形成が可能で
ある。その際、レーザ部の結晶成長は、通常の基板温度
で行い、可飽和吸収領域9の成長温度はレーザ部と比較
してかなりの低温、すなわち、150℃から400℃で
行うことを特徴とする。
The saturable absorption region of this structure is not formed during the growth of the semiconductor multilayer film forming the laser portion as shown in the figure, and the portion corresponding to the saturable absorption region 9 is once chemically etched or made reactive. Ion etching method (RI
E: Reactive ion etching, reactive ion beam etching method (RIBE: React)
After removal by iv ion beam etching, etc., both regions are grown respectively by a molecular beam epitaxy (MBE) device, and then unnecessary portions of crystals grown on the gain region are removed. Is. At that time, the crystal growth of the laser portion is performed at a normal substrate temperature, and the saturable absorption region 9 is grown at a temperature considerably lower than that of the laser portion, that is, 150 ° C. to 400 ° C. .

【0019】以下、この可飽和吸収領域9の成長法およ
び得られる可飽和吸収領域の特性について説明する。
The method of growing the saturable absorption region 9 and the characteristics of the resulting saturable absorption region will be described below.

【0020】用いた装置は、周知の分子線エピタキシー
装置であり、下記の成長条件にて行なった。なお、アク
セプタとしては、Beをドープした。
The apparatus used was a well-known molecular beam epitaxy apparatus, and the growth was carried out under the following growth conditions. In addition, Be was doped as an acceptor.

【0021】 (i) III 族ソース : In,Ga,Al(メタ
ル) (ii) V族ソース : AsH3 ガス(流量2cc
m) (iii) 成長中の真空度 : 1. 3×10-5Torr (iv) 基板回転速度 : 20rpm (v) 成長速度 : 2. 6μm/h (vi) 成長温度 : 200℃ 前記のようにして、ガスソース分子線エピタキシー装置
により200℃で成長され、アクセプタとしてBeをド
ープしたInGaAs/InAlAs量子井戸層の吸収
係数の波長依存性を、図5に示す。破線は通常の成長温
度(non−dope)での吸収スペクトル、実線が低
温成長での吸収スペクトルを表している。低温成長の基
板は、通常の成長温度の基板と比較して2次元励起子が
多少ぼやけるものの、それに特徴的な階段状の形状を示
す。
(I) Group III source: In, Ga, Al (metal) (ii) Group V source: AsH 3 gas (flow rate 2 cc
m) (iii) Degree of vacuum during growth: 1.3 × 10 −5 Torr (iv) Substrate rotation speed: 20 rpm (v) Growth speed: 2.6 μm / h (vi) Growth temperature: 200 ° C. FIG. 5 shows the wavelength dependence of the absorption coefficient of an InGaAs / InAlAs quantum well layer grown at 200 ° C. by a gas source molecular beam epitaxy apparatus and doped with Be as an acceptor. The broken line shows the absorption spectrum at the normal growth temperature (non-dope), and the solid line shows the absorption spectrum at the low temperature growth. The substrate grown at a low temperature has a two-dimensional exciton which is slightly blurred as compared with a substrate grown at a normal growth temperature, but exhibits a characteristic step-like shape.

【0022】また、この量子井戸層の透過率変化を、ポ
ンプ・プローブ法により測定した例を、図6に示す。こ
の吸収回復時間は、キャリア寿命を反映しており、量子
井戸層は数ピコ秒で初期状態へ回復することを意味して
いる。
FIG. 6 shows an example in which the change in transmittance of the quantum well layer is measured by the pump probe method. This absorption recovery time reflects the carrier lifetime, meaning that the quantum well layer recovers to the initial state within a few picoseconds.

【0023】前記と同様の条件で、成長温度のみを15
0℃,200℃,300℃,400℃,600℃と変化
させ、量子井戸層を成長させた。各温度により成長させ
た量子井戸層のキャリア寿命を測定したところ、図7の
結果が得られた。図から明らかなように、成長温度が4
00℃を越えると、キャリア寿命が長くなり始めるの
で、成長温度は400℃以下が好ましい。また、150
℃近傍では、キャリア寿命の値に問題はないが、150
℃未満になると、励起子による吸収の波長変化が生じな
くなる可能性が大きいので、150℃未満での成長は避
けるべきである。
Under the same conditions as above, only the growth temperature is set to 15
The quantum well layer was grown by changing the temperature to 0 ° C, 200 ° C, 300 ° C, 400 ° C, and 600 ° C. When the carrier lifetime of the quantum well layer grown at each temperature was measured, the results shown in FIG. 7 were obtained. As is clear from the figure, the growth temperature is 4
When the temperature exceeds 00 ° C, the carrier life begins to increase, so the growth temperature is preferably 400 ° C or lower. Also, 150
There is no problem in the value of carrier life near ℃, but 150
If the temperature is lower than 0 ° C, there is a high possibility that the wavelength change of the absorption due to excitons will not occur, so that the growth below 150 ° C should be avoided.

【0024】次に、Beドープ量の変化が、キャリア寿
命に及ぼす影響について調べるために、前記と同様の条
件で、Beドープ量のみをドープ量0cm-3から約8c
-3まで4通りに変化させて量子井戸層を成長させ、そ
れぞれのキャリア寿命を測定した。その結果を図8に示
す。なお、比較のために、成長温度500℃において成
長させた量子井戸層のドープ量変化に対するキャリア寿
命の変化も図6に合わせて示した。図から明らかなよう
に、200℃での成長では、Beをドープすることによ
って、キャリア寿命が急激に短くなることがわかる。
Next, in order to investigate the influence of the change in the Be doping amount on the carrier lifetime, the Be doping amount alone is changed from 0 cm -3 to about 8 c under the same conditions as described above.
The quantum well layer was grown by changing the pattern to m -3 in four ways, and the carrier lifetime of each was measured. The result is shown in FIG. For comparison, a change in carrier lifetime with respect to a change in doping amount of the quantum well layer grown at a growth temperature of 500 ° C. is also shown in FIG. As is clear from the figure, in the growth at 200 ° C., the carrier life is drastically shortened by Be doping.

【0025】前記したように量子井戸層(可飽和吸収領
域)を低温で成長した後に通常の成長温度程度でアニー
ルすると、キャリア寿命の低減の効果を増強する。可飽
和吸収領域の低温成長時にBeなどのp型ドーパントを
導入すると、キャリア寿命の低減の効果がさらに増強さ
れる。なお、MQW構造の井戸数・障壁層圧・障壁層の
ポテンシャル高さ・材料の違いに対しても吸収の回復時
間は依存性を持つが、レーザ部と可飽和吸収領域を別々
の成長によって形成するため、独立の構造設計が可能で
あり、作成自由度が大きい。
As described above, when the quantum well layer (saturable absorption region) is grown at a low temperature and then annealed at a normal growth temperature, the effect of reducing the carrier lifetime is enhanced. When a p-type dopant such as Be is introduced during low temperature growth of the saturable absorption region, the effect of reducing the carrier life is further enhanced. Although the absorption recovery time depends on the number of wells in the MQW structure, the barrier layer pressure, the potential height of the barrier layer, and the difference in materials, the laser part and the saturable absorption region are formed by separate growth. Therefore, independent structural design is possible, and the degree of freedom of creation is large.

【0026】双安定レーザの外部注入光によるセット、
可飽和吸収領域への逆バイアス電圧印加によるリセット
動作、およびその時の利得領域・可飽和吸収領域のキャ
リア密度の時間変化を、図9に示す。可飽和吸収領域の
吸収飽和の回復が10ピコ秒より早いため、リセット用
の印加電圧をその程度に短くしてもキャリア密度が安定
状態に到達し、吸収が増加して完全にリセットさせるこ
とが可能となる。またキャリア密度の変動をなるべく小
さくするように可飽和吸収領域への印加電圧が低くなる
よう設定すれば、リセット電圧信号とセット光との間の
間隔もきわめて短くすることができ、全体として数10
ギガヘルツの高い繰り返し動作が実現できる。
Setting by external injection light of bistable laser,
FIG. 9 shows the reset operation by applying a reverse bias voltage to the saturable absorption region, and the change over time in the carrier density of the gain region and saturable absorption region at that time. Since the recovery of absorption saturation in the saturable absorption region is faster than 10 picoseconds, even if the applied voltage for resetting is shortened to that extent, the carrier density reaches a stable state, absorption is increased, and complete resetting is possible. It will be possible. Also, if the voltage applied to the saturable absorption region is set to be low so that the fluctuation of the carrier density is as small as possible, the interval between the reset voltage signal and the set light can be made extremely short, and as a whole, several tens of tens.
Repetitive operation with high gigahertz can be realized.

【0027】結晶の材料としてInGaAsP/InP
系について述べてきたが、InGaAs/In(Ga)
AlAs系,AlGaAs/GaAs系,InGaAs
/GaAs歪超格子系,InGaAs/InGaAsP
歪超格子系においても同様の効果が実現できることは言
うまでもない。
InGaAsP / InP as a crystal material
I have described the system, but InGaAs / In (Ga)
AlAs system, AlGaAs / GaAs system, InGaAs
/ GaAs strained superlattice system, InGaAs / InGaAsP
It goes without saying that the same effect can be realized even in the strained superlattice system.

【0028】また、上記実施例では、ガスソース分子線
エピタキシー法により製造を行なったが、本発明は、通
常の分子線エピタキシー法にも適用できるのはもちろん
である。
Further, in the above embodiment, the gas source molecular beam epitaxy method was used for manufacturing, but the present invention can be applied to a normal molecular beam epitaxy method.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、活性層
として多重量子井戸構造を有する双安定半導体レーザに
おいて、可飽和吸収領域を通常行われている結晶成長温
度よりも低温(150℃〜400℃)で成長することに
より形成し、また可飽和吸収領域の成長後に通常の成長
温度程度でアニールするか、あるいは可飽和吸収領域の
成長中にp型元素またはBeを導入することによって吸
収飽和の回復時間を10ピコ秒より短くすることによ
り、数10ギガヘルツの繰り返し動作を実現することが
できる。
As described above, according to the present invention, in a bistable semiconductor laser having a multiple quantum well structure as an active layer, the saturable absorption region is lower than the crystal growth temperature (150 ° C. It is formed by growth at 400 ° C. and is annealed at about the normal growth temperature after the growth of the saturable absorption region, or the absorption saturation is achieved by introducing a p-type element or Be during the growth of the saturable absorption region. By setting the recovery time of 1 to less than 10 picoseconds, it is possible to realize the repeated operation of several tens of GHz.

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

【図1】従来の双安定半導体レーザの構成を示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a conventional bistable semiconductor laser.

【図2】従来の双安定半導体レーザにおける利得電流に
対する光出力特性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing optical output characteristics with respect to gain current in a conventional bistable semiconductor laser.

【図3】従来の双安定半導体レーザにおける光入出力特
性を示したグラフである。
FIG. 3 is a graph showing light input / output characteristics of a conventional bistable semiconductor laser.

【図4】本発明の双安定半導体レーザの構成を示す断面
図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a bistable semiconductor laser of the present invention.

【図5】本発明の双安定半導体レーザの可飽和吸収領域
の吸収係数の波長依存性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the wavelength dependence of the absorption coefficient of the saturable absorption region of the bistable semiconductor laser of the present invention.

【図6】本発明の実施例を説明するためのもので、ポン
プ・プローブ法によるBeドープ低温成長量子井戸層の
可飽和吸収回復時間の測定結果を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph for explaining an example of the present invention, and is a graph showing a measurement result of a saturable absorption recovery time of a Be-doped low temperature grown quantum well layer by a pump probe method.

【図7】本発明の実施例を説明するためのもので、本発
明の双安定半導体レーザの可飽和吸収領域に用いた量子
井戸層の成長温度とその励起キャリアとの関係を示すグ
ラフである。
FIG. 7 is a graph for explaining an example of the present invention and is a graph showing a relationship between a growth temperature of a quantum well layer used in a saturable absorption region of a bistable semiconductor laser of the present invention and its excited carriers. .

【図8】本発明を説明するためのもので、本発明の双安
定半導体レーザの可飽和吸収領域に用いて量子井戸層へ
のBeドープ量と量子井戸層の励起後の初期状態への緩
和時間(キャリア寿命)との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph for explaining the present invention, and is used for the saturable absorption region of the bistable semiconductor laser of the present invention and the Be doping amount in the quantum well layer and the relaxation to the initial state after excitation of the quantum well layer. It is a graph which shows the relationship with time (carrier life).

【図9】本発明の双安定レーザの動作波形とキャリア密
度の時間変化を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an operating waveform of a bistable laser of the present invention and a change over time in carrier density.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 利得領域の電極 2 可飽和吸収領域の電極 3 p+ −InGaAsキャップ層 4 p形InPクラッド層 5 InGaAs/InP または InGaAs/I
nGaAsP MQW層 6 n形InPクラッド層 7 InP基板 8 n側電極 9 可飽和吸収領域 10 レンズ 11 外部注入光
1 electrode in gain region 2 electrode in saturable absorption region 3 p + -InGaAs cap layer 4 p-type InP clad layer 5 InGaAs / InP or InGaAs / I
nGaAsP MQW layer 6 n-type InP clad layer 7 InP substrate 8 n-side electrode 9 saturable absorption region 10 lens 11 external injection light

フロントページの続き (72)発明者 岩村 英俊 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内Front page continuation (72) Inventor Hidetoshi Iwamura 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層として多重量子井戸構造を有し、
この多重量子井戸層から可飽和吸収領域が構成されてい
る双安定半導体レーザにおいて、前記多重量子井戸層が
150℃〜400℃で成長されたものであることを特徴
とする双安定半導体レーザ。
1. An active layer having a multiple quantum well structure,
A bistable semiconductor laser in which a saturable absorption region is formed from the multiple quantum well layer, wherein the multiple quantum well layer is grown at 150 ° C to 400 ° C.
【請求項2】 前記多重量子井戸層には、ドーパントと
してp型元素またはBeが添加されていることを特徴と
する請求項1に記載の双安定半導体レーザ。
2. The bistable semiconductor laser according to claim 1, wherein a p-type element or Be is added as a dopant to the multiple quantum well layer.
【請求項3】 前記多重量子井戸層は、成長後にアニー
ル処理されていることを特徴とする請求項1または2に
記載の双安定半導体レーザ。
3. The bistable semiconductor laser according to claim 1, wherein the multiple quantum well layer is annealed after growth.
【請求項4】 半導体基板上に活性層として多重量子井
戸構造を積層させ、この多重量子井戸層を可飽和吸収領
域に形成する双安定半導体レーザの製造方法において、
前記多重量子井戸層を150℃から400℃で成長させ
ることを特徴とする双安定半導体レーザの製造方法。
4. A method of manufacturing a bistable semiconductor laser, comprising stacking a multiple quantum well structure as an active layer on a semiconductor substrate and forming the multiple quantum well layer in a saturable absorption region,
A method of manufacturing a bistable semiconductor laser, wherein the multi-quantum well layer is grown at 150 ° C to 400 ° C.
【請求項5】 前記多重量子井戸層にドーパントとして
p型元素またはBeを添加することを特徴とする請求項
4に記載の双安定半導体レーザの製造方法。
5. The method of manufacturing a bistable semiconductor laser according to claim 4, wherein a p-type element or Be is added as a dopant to the multiple quantum well layer.
【請求項6】 前記多重量子井戸層を形成後に、アニー
ル処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項4また
は5に記載の双安定半導体レーザの製造方法。
6. The method of manufacturing a bistable semiconductor laser according to claim 4, further comprising a step of performing an annealing treatment after forming the multiple quantum well layer.
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