JPH0983059A - Semiconductor laser - Google Patents
Semiconductor laserInfo
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- JPH0983059A JPH0983059A JP23115495A JP23115495A JPH0983059A JP H0983059 A JPH0983059 A JP H0983059A JP 23115495 A JP23115495 A JP 23115495A JP 23115495 A JP23115495 A JP 23115495A JP H0983059 A JPH0983059 A JP H0983059A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、出射ビーム半径の
大きな半導体レーザに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser having a large emission beam radius.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の半導体レーザでは、活性層の幅が
レーザ発振時に横モードが単一となる、ほぼ上限の値
(例えば、1〜3μm程度)に設定され、また、基板の
垂直及び水平方向を考慮した総合的な活性層内への光閉
じ込め係数Γが低しきい値動作が可能となるよう、ある
程度強め(例えば、0.1〜0.2)に設定されていた。この
ため、出射ビーム半径は1μm程度と小さく、ビームは
出射端より急激に広がってしまっていた。2. Description of the Related Art In a conventional semiconductor laser, the width of an active layer is set to an almost upper limit value (for example, about 1 to 3 μm) so that a single transverse mode is generated during laser oscillation, and the vertical and horizontal directions of a substrate are set. The total optical confinement factor Γ in the active layer considering the direction was set to be somewhat strong (for example, 0.1 to 0.2) so that the low threshold operation is possible. For this reason, the radius of the emitted beam was as small as about 1 μm, and the beam spread rapidly from the emission end.
【0003】このような半導体レーザを、光ファイバの
ようなスポットサイズの大きな光導波路に直接突き合わ
せて光結合を行うと、結合損失が極めて大きくなる。例
えば、シングルモード光ファイバに直接突き合わせて光
結合を行うと、結合損失が約10dBにもなるという問題
があった。When such a semiconductor laser is directly butted against an optical waveguide having a large spot size such as an optical fiber to perform optical coupling, coupling loss becomes extremely large. For example, when the optical coupling is performed by directly abutting against the single mode optical fiber, there is a problem that the coupling loss becomes about 10 dB.
【0004】そこで、一般的には、半導体レーザと光フ
ァイバとの間に少なくとも1個のレンズもしくは光のス
ポットサイズを変換する光結合デバイスを挿入して結合
損失を低減していた。Therefore, generally, at least one lens or an optical coupling device for converting the spot size of light is inserted between the semiconductor laser and the optical fiber to reduce the coupling loss.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ
を用いた場合、光ファイバの軸ずれに伴う結合損失の増
大も急峻であり、軸合わせを極めて高い精度で行わなけ
ればならないという問題があった。また、光のスポット
サイズを変換する光結合デバイスを半導体レーザととも
に集積化し、スポットサイズの大きな光ビームが得られ
る素子の開発も進められているが、これらの素子では集
積化に伴って製造工程が増加し、コストアップや歩留ま
りの低下を引き起こすという問題があった。However, when a lens is used, there is a problem in that the coupling loss increases sharply with the misalignment of the optical fiber, and the axis alignment must be performed with extremely high accuracy. In addition, an optical coupling device that converts the spot size of light is integrated with a semiconductor laser to develop an element that can obtain a light beam with a large spot size. However, there is a problem in that the cost increases and the yield decreases.
【0006】本発明の目的は、光ファイバのようなスポ
ットサイズの大きな光導波路に対し直接突き合わせによ
り低損失な光結合を可能とし、しかも低コストで歩留ま
り良く製造し得る半導体レーザを提供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor laser which enables low loss optical coupling by direct butting to an optical waveguide having a large spot size such as an optical fiber, and which can be manufactured at a low cost and a high yield. is there.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、図1に示すよ
うに、電流注入によって発光する等幅のストライプ状の
半導体活性層1と、該半導体活性層1を取り囲むように
構成されたクラッド層2とを有し、前記クラッド層2の
屈折率が半導体活性層1よりも小さい半導体レーザにお
いて、活性層1内への光の閉じ込め係数Γを0.002〜0.0
5程度に設定することにより、スポットサイズが、出射
光と光結合する光導波路に対して低損失で結合するよう
に拡大されていることを特徴とする。According to the present invention, as shown in FIG. 1, a semiconductor active layer 1 having a uniform width and emitting light by current injection, and a clad formed so as to surround the semiconductor active layer 1. A layer 2 and the cladding layer 2 has a refractive index smaller than that of the semiconductor active layer 1, a light confinement coefficient Γ in the active layer 1 is 0.002 to 0.0
It is characterized in that the spot size is enlarged by setting to about 5 so that the spot size is coupled with low loss to the optical waveguide optically coupled with the emitted light.
【0008】図2は計算により求めた分散シフトファイ
バに対する結合損失とレーザの光閉じ込め係数Γとの関
係を示すものである。従来の半導体レーザでは、一般に
Γが0.1以上であり、結合損失は5dB以上となるが、
本発明ではΓを0.002〜0.05程度に設定することによ
り、3dB以下の結合損失を実現できる。このようなΓ
を達成するためには、以下のような構成をとれば良い。FIG. 2 shows the relationship between the coupling loss for the dispersion-shifted fiber and the optical confinement coefficient Γ of the laser obtained by calculation. In the conventional semiconductor laser, Γ is generally 0.1 or more, and the coupling loss is 5 dB or more.
In the present invention, by setting Γ to about 0.002 to 0.05, a coupling loss of 3 dB or less can be realized. Such Γ
In order to achieve the above, the following configuration may be adopted.
【0009】構成(1) 活性層1に均一組成の半導体を用いる場合には、主に活
性層を狭幅または薄層化することにより、Γを0.002〜
0.05程度に設定できる。また、クラッド層2の屈折率を
活性層1のそれに近くなるように材料を選択することも
有効である。但し、屈折率が近くなる材料を選ぶと、一
般的にキャリアの閉じ込めも弱くなり、発振しきい値や
効率の低下が著しくなるので、それを小さく抑えるため
副次的に用いるものとする。Structure (1) When a semiconductor having a uniform composition is used for the active layer 1, Γ is 0.002 to 0.002 by mainly narrowing or narrowing the active layer.
It can be set to about 0.05. It is also effective to select the material so that the refractive index of the cladding layer 2 is close to that of the active layer 1. However, when a material having a refractive index close to that of the carrier is selected, the confinement of carriers is generally weakened and the oscillation threshold and efficiency are significantly lowered.
【0010】構成(2) 活性層1に多重量子井戸層または多重量子井戸層及びそ
の両側にセパレートコンファインメントヘテロ構造を形
成するSCH層を用いる場合には、それらの層を狭幅ま
たは薄層化することにより、Γを0.002〜0.05程度に設
定できる。また、この場合、多重量子井戸の障壁層また
はSCH層に、ワイドギャップでかつ屈折率をクラッド
層のそれに近づけた材料を用いることにより、等価的な
活性層の屈折率を均一組成のそれより小さくでき、多重
量子井戸層またはその両側のSCH層の幅もしくは厚さ
が比較的大きくてもΓを0.002〜0.05程度に設定でき
る。Structure (2) When an active layer 1 is a multiple quantum well layer or multiple quantum well layers and SCH layers forming separate confirmation heterostructures on both sides thereof, these layers are made narrower or thinner. By doing so, Γ can be set to about 0.002 to 0.05. Further, in this case, a material having a wide gap and a refractive index close to that of the cladding layer is used for the barrier layer or the SCH layer of the multiple quantum well so that the equivalent active layer has a smaller refractive index than that of the uniform composition. Even if the width or thickness of the multiple quantum well layer or the SCH layers on both sides thereof is relatively large, Γ can be set to about 0.002 to 0.05.
【0011】このような構成(1)または(2)を用い
ることにより、光のスポットサイズがレーザキャビティ
内で一様に拡大され、光ファイバのようなスポットサイ
ズの大きな光導波路に対し直接突き合わせにより低損失
な光結合が可能になる。また、従来のようなレーザと光
結合デバイスを集積した素子に比べ、集積化のためのプ
ロセスが不要となり、それによる歩留まり向上も相乗し
て、素子の低コスト化に極めて有効である。さらにま
た、従来のレーザとテーパ導波路を有する光結合デバイ
スを集積した素子のように集積化に伴う電気的損失の発
生もなく、また、テーパ導波路の集積化による結合損の
発生及びテーパ部での光のモード変化に伴う放射光成分
の発生による光学的損失の増大もなく、効率が向上す
る。By using the configuration (1) or (2) as described above, the spot size of light is uniformly expanded in the laser cavity, and the optical waveguide having a large spot size such as an optical fiber is directly abutted. Optical coupling with low loss becomes possible. Further, as compared with the conventional device in which a laser and an optical coupling device are integrated, a process for integration is not necessary, and the yield improvement due to the process is synergistically achieved, which is extremely effective in reducing the cost of the device. Furthermore, unlike the element in which the conventional laser and the optical coupling device having the tapered waveguide are integrated, there is no occurrence of electrical loss due to the integration, and the integration of the tapered waveguide causes the generation of the coupling loss and the tapered portion. The efficiency is improved without increasing the optical loss due to the generation of the radiated light component due to the mode change of the light in the above.
【0012】[0012]
(第1の形態)図3は本発明の第1の実施の形態を示す
もので、図中、21はn−InP基板、22はn−In
Pクラッド層、23はInGaAsP(λ=1.3μm組
成)活性層、24はp−InPクラッド層、25はp+
−InGaAsPキャップ層、26はp−InP埋め込
み層、27はn−InP埋め込み層、28及び29はそ
れぞれn電極及びp電極である。(First Embodiment) FIG. 3 shows a first embodiment of the present invention, in which 21 is an n-InP substrate and 22 is an n-In.
P clad layer, 23 InGaAsP (λ = 1.3 μm composition) active layer, 24 p-InP clad layer, 25 p +
-InGaAsP cap layer, 26 is a p-InP buried layer, 27 is an n-InP buried layer, and 28 and 29 are an n-electrode and a p-electrode, respectively.
【0013】活性層23は幅1.0μm、厚さ0.04μmで
ある。従来構造の活性層幅1.5μm、厚さ0.1μmの素子
では光の閉じ込め係数Γが0.1以上あり、出射端のビー
ム半径は約1μmであったが、図3のように活性層幅を
狭め、また、厚さを薄くすることにより、Γは0.006程
度に小さくなり、その結果、ビーム半径は約2.5μmに
広がり、分散シフトファイバとの直接突き合わせにより
−2.0dBの結合効率が得られた。The active layer 23 has a width of 1.0 μm and a thickness of 0.04 μm. In an element with an active layer width of 1.5 μm and a thickness of 0.1 μm of the conventional structure, the light confinement coefficient Γ was 0.1 or more, and the beam radius at the exit end was about 1 μm, but the active layer width was narrowed as shown in FIG. Further, by reducing the thickness, Γ was reduced to about 0.006, and as a result, the beam radius was expanded to about 2.5 μm, and a coupling efficiency of −2.0 dB was obtained by direct butting with the dispersion shift fiber.
【0014】また、ファイバとレーザとの軸ずれに対す
る許容度である結合トレランスも1dBの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のX,Y方向に対し±2μ
mと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10dBの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも1dBの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のX,Y方向に対し±0.4μmし
か得られない。Also, the coupling tolerance, which is the tolerance for the axis deviation between the fiber and the laser, is within the coupling efficiency deterioration range of 1 dB, and is ± 2 μ in the X and Y directions in the abutting plane.
A large value of m was obtained. It should be noted that with the conventional structure, only a coupling efficiency of about -10 dB can be obtained, and the coupling tolerance with the fiber using the lens is a coupling efficiency deterioration range of 1 dB, and only ± 0.4 μm in the X and Y directions in the butt plane. I can't get it.
【0015】また、発振スペクトルは通常のファブリペ
ローレーザと同様であった。なお、発振しきい値は、従
来構造のキャビティ長500μmのもので約9mAであっ
たが、本形態のように光の閉じ込めを弱くしても発振し
きい値は17mA程度であった。また、レーザに受動型の
光結合デバイスを集積した素子に比べると、光結合デバ
イス部製作のためのプロセスが不要となり、それによる
歩留まり向上も相乗して、低コスト化を図れる。The oscillation spectrum was similar to that of a normal Fabry-Perot laser. The oscillation threshold value was about 9 mA for the conventional structure having a cavity length of 500 μm, but even if the optical confinement was weakened as in the present embodiment, the oscillation threshold value was about 17 mA. Further, as compared with an element in which a passive type optical coupling device is integrated with a laser, a process for manufacturing the optical coupling device section is not necessary, and the yield improvement due to it is synergistically achieved, and the cost can be reduced.
【0016】ここでは基板がn形InPの場合を示して
いるが、p形InPでも良く、その場合、図3におい
て、22はp−InPクラッド層、23はInGaAs
P(λ=1.3μm組成)活性層、24はn−InPクラ
ッド層、25はn+−InGaAsPキャップ層、26
はn−InP埋め込み層、27はp−InP埋め込み
層、28及び29はそれぞれp電極及びn電極となる。Although the substrate is n-type InP here, it may be p-type InP. In that case, in FIG. 3, 22 is a p-InP cladding layer and 23 is InGaAs.
P (λ = 1.3 μm composition) active layer, 24 n-InP clad layer, 25 n + -InGaAsP cap layer, 26
Is an n-InP buried layer, 27 is a p-InP buried layer, and 28 and 29 are a p-electrode and an n-electrode, respectively.
【0017】また、ここでは活性層がInGaAsP
(λ=1.3μm組成)の場合について示しているが、I
nGaAsP(λ=1.55μm組成)等の他の組成でも良
い。また、InGaAsP/InP系以外のInGaA
lAs/InGaAsP系やAlGaAs/GaAs系
等の材料系や、歪を内在するような材料系でも同様の効
果が得られる。また、本例はファブリペローレーザの例
であるが、本発明は分布帰還形(DFB)レーザや分布
反射形(DBR)レーザ等の他の種類のレーザにも適用
できることは言うまでもない。Further, here, the active layer is InGaAsP.
(Λ = 1.3 μm composition) is shown.
Other compositions such as nGaAsP (λ = 1.55 μm composition) may be used. InGaA other than InGaAsP / InP system
Similar effects can be obtained with a material system such as 1As / InGaAsP system or AlGaAs / GaAs system, or a material system having a strain therein. Although this example is an example of a Fabry-Perot laser, it goes without saying that the present invention can be applied to other types of lasers such as a distributed feedback (DFB) laser and a distributed reflection (DBR) laser.
【0018】(第2の形態)図4は本発明の第2の実施
の形態を示すもので、図中、31はn−InP基板、3
2はn−InPクラッド層、33はInGaAsP(λ
=1.3μm組成)活性層、34はp−InPクラッド
層、35はp+−InGaAsPキャップ層、36は半
絶縁性InP埋め込み層、37及び38はそれぞれn電
極及びp電極である。(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, in which 31 is an n-InP substrate, 3
2 is an n-InP clad layer, 33 is InGaAsP (λ
= 1.3 μm composition) active layer, 34 p-InP cladding layer, 35 p + -InGaAsP cap layer, 36 semi-insulating InP buried layer, 37 and 38 n-electrode and p-electrode, respectively.
【0019】活性層33は幅1.0μm、厚さ0.04μmで
ある。従来構造の活性層幅1.5μm、厚さ0.1μmの素子
では光の閉じ込め係数Γが0.1以上あり、出射端のビー
ム半径は約1μmであったが、図4のように活性層幅を
狭め、また、厚さを薄くすることにより、Γは0.006程
度に小さくなり、その結果、ビーム半径は約2.5μmに
広がり、分散シフトファイバとの直接突き合わせにより
−2.0dBの結合効率が得られた。The active layer 33 has a width of 1.0 μm and a thickness of 0.04 μm. In the conventional structure with an active layer width of 1.5 μm and a thickness of 0.1 μm, the light confinement coefficient Γ was 0.1 or more, and the beam radius at the exit end was about 1 μm, but the active layer width was narrowed as shown in FIG. Further, by reducing the thickness, Γ was reduced to about 0.006, and as a result, the beam radius was expanded to about 2.5 μm, and a coupling efficiency of −2.0 dB was obtained by direct butting with the dispersion shift fiber.
【0020】また、ファイバとレーザとの軸ずれに対す
る許容度である結合トレランスも1dBの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のX,Y方向に対し±2μ
mと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10dBの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも1dBの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のX,Y方向に対し±0.4μmし
か得られない。Also, the coupling tolerance, which is the tolerance for the axis deviation between the fiber and the laser, is within the coupling efficiency deterioration range of 1 dB, and is ± 2 μ in the X and Y directions in the abutting plane.
A large value of m was obtained. It should be noted that with the conventional structure, only a coupling efficiency of about -10 dB can be obtained, and the coupling tolerance with the fiber using the lens is a coupling efficiency deterioration range of 1 dB, and only ± 0.4 μm in the X and Y directions in the butt plane. I can't get it.
【0021】また、発振スペクトルは通常のファブリペ
ローレーザと同様であった。なお、発振しきい値は、従
来構造のキャビティ長500μmのもので約8mAであっ
たが、本形態のように光の閉じ込めを弱くしても発振し
きい値は15mA程度であった。また、レーザに受動型の
光結合デバイスを集積した素子に比べると、光結合デバ
イス部製作のためのプロセスが不要となり、それによる
歩留まり向上も相乗して、低コスト化を図れる。The oscillation spectrum was similar to that of a normal Fabry-Perot laser. The oscillation threshold value was about 8 mA for the conventional structure having a cavity length of 500 μm, but the oscillation threshold value was about 15 mA even if the optical confinement was weakened as in the present embodiment. Further, as compared with an element in which a passive type optical coupling device is integrated with a laser, a process for manufacturing the optical coupling device section is not necessary, and the yield improvement due to it is synergistically achieved, and the cost can be reduced.
【0022】ここでは基板がn形InPの場合を示して
いるが、p形InPでも良く、その場合、図4におい
て、32はp−InPクラッド層、33はInGaAs
P(λ=1.3μm組成)活性層、34はn−InPクラ
ッド層、35はn+−InGaAsPキャップ層、36
は半絶縁性InP埋め込み層、37及び38はそれぞれ
p電極及びn電極となる。Although the substrate is made of n-type InP here, it may be made of p-type InP. In that case, in FIG. 4, 32 is a p-InP clad layer and 33 is InGaAs.
P (λ = 1.3 μm composition) active layer, 34 n-InP clad layer, 35 n + -InGaAsP cap layer, 36
Is a semi-insulating InP buried layer, and 37 and 38 are a p-electrode and an n-electrode, respectively.
【0023】また、ここでは活性層がInGaAsP
(λ=1.3μm組成)の場合について示しているが、I
nGaAsP(λ=1.55μm組成)等の他の組成でも良
い。また、InGaAsP/InP系以外のInGaA
lAs/InGaAsP系やAlGaAs/GaAs系
等の材料系や、歪を内在するような材料系でも同様の効
果が得られる。また、本例はファブリペローレーザの例
であるが、本発明は分布帰還形(DFB)レーザや分布
反射形(DBR)レーザ等の他の種類のレーザにも適用
できることは言うまでもない。The active layer is InGaAsP here.
(Λ = 1.3 μm composition) is shown.
Other compositions such as nGaAsP (λ = 1.55 μm composition) may be used. InGaA other than InGaAsP / InP system
Similar effects can be obtained with a material system such as 1As / InGaAsP system or AlGaAs / GaAs system, or a material system having a strain therein. Although this example is an example of a Fabry-Perot laser, it goes without saying that the present invention can be applied to other types of lasers such as a distributed feedback (DFB) laser and a distributed reflection (DBR) laser.
【0024】(第3の形態)図5は本発明の第3の実施
の形態を示すもので、図中、41はn−InP基板、4
2はn−InPクラッド層、43は7層の6nmのIn
GaAsP井戸及び6層の10nmのInGaAsP(λ
=1.1μm組成)障壁よりなる多重量子井戸活性層(λ
PL=1.3μm)、44a,44bは10nmのInGaA
sP(λ=1.1μm組成)セパレートコンファインメン
トヘテロ(SCH)層、45はp−InPクラッド層、
46はp+−InGaAsPキャップ層、47はp−I
nP埋め込み層、48はn−InP埋め込み層、49及
び50はそれぞれn電極及びp電極である。(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. In the drawing, 41 is an n-InP substrate, 4
2 is an n-InP clad layer, 43 is 7 layers of 6 nm In
GaAsP well and 6 layers of 10 nm InGaAsP (λ
= 1.1 μm composition) Multiple quantum well active layer (λ
PL = 1.3 μm), 44a and 44b are 10 nm InGaA
sP (λ = 1.1 μm composition) separate confinement hetero (SCH) layer, 45 is p-InP clad layer,
46 is p + -InGaAsP cap layer, 47 is p-I
An nP buried layer, 48 is an n-InP buried layer, and 49 and 50 are an n electrode and a p electrode, respectively.
【0025】多重量子井戸活性層43及びSCH層44
a,44bは0.7μm幅である。また、その片端面には
高反射膜を形成してある。従来構造の活性層幅が一様に
1.5μmでSCH層厚が100nmの素子では光の閉じ込め
係数Γが0.15あり、出射端のビーム半径は約1μmであ
ったが、活性層幅を狭め、SCH層厚を薄くすることに
より、Γは0.03と小さくなり、その結果、ビーム半径は
約2μmに広がり、分散シフトファイバの直接突き合わ
せにより−3dB以上の結合効率が得られた。Multiple quantum well active layer 43 and SCH layer 44
The widths of a and 44b are 0.7 μm. Further, a high reflection film is formed on one end surface thereof. Uniform active layer width of conventional structure
In the element with 1.5 μm and SCH layer thickness of 100 nm, the light confinement coefficient Γ was 0.15 and the beam radius at the exit end was about 1 μm. However, by narrowing the active layer width and thinning the SCH layer, As a result, the beam radius was expanded to about 2 μm, and the coupling efficiency of −3 dB or more was obtained by direct butting of the dispersion shift fiber.
【0026】また、ファイバとレーザとの軸ずれに対す
る許容度である結合トレランスも1dBの結合効率劣化
範囲として、突き合わせ面内のX,Y方向に対し±2μ
mと大きな値が得られた。なお、従来構造のものでは約
−10dBの結合効率しか得られず、レンズを用いたファ
イバとの結合トレランスも1dBの結合効率劣化範囲と
して、突き合わせ面内のX,Y方向に対し±0.4μmし
か得られない。Also, the coupling tolerance, which is the tolerance for the axis deviation between the fiber and the laser, is within the coupling efficiency deterioration range of 1 dB, and is ± 2 μ in the X and Y directions in the butt plane.
A large value of m was obtained. It should be noted that with the conventional structure, only a coupling efficiency of about -10 dB can be obtained, and the coupling tolerance with the fiber using the lens is a coupling efficiency deterioration range of 1 dB, and only ± 0.4 μm in the X and Y directions in the butt plane. I can't get it.
【0027】また、発振しきい値は、従来構造のキャビ
ティ長500μm、片端面に高反射膜を形成したもので約
6mAであったが、本形態のように光の閉じ込めを弱く
しても発振しきい値は9mA程度であった。また、素子
の効率も0.4W/A以上が得られ、レーザに受動型の光
結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化に伴う
電気的損失及び光学的損失の増大がないため、20%以上
効率の大きな素子が得られた。また、効率はキャビティ
長を短くすることで向上し、キャビティ長300μmでは
効率0.5W/A以上が得られた。The oscillation threshold is about 6 mA when the cavity length of the conventional structure is 500 μm and the high reflection film is formed on one end face, but it oscillates even if the light confinement is weakened as in this embodiment. The threshold value was about 9 mA. In addition, the efficiency of the device is 0.4 W / A or more, and compared with the device in which the passive optical coupling device is integrated in the laser, there is no increase in electrical loss and optical loss due to integration, so it is 20%. As a result, a highly efficient device was obtained. Further, the efficiency was improved by shortening the cavity length, and at a cavity length of 300 μm, an efficiency of 0.5 W / A or higher was obtained.
【0028】また、発振スペクトルは通常のファブリペ
ローレーザと同様であった。また、レーザに受動型の光
結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化のため
のプロセスが不要となり、それによる歩留まり向上も相
乗して、低コスト化を図れる。The oscillation spectrum was similar to that of a normal Fabry-Perot laser. Further, as compared with an element in which a passive type optical coupling device is integrated with a laser, a process for integration is not required, and the yield improvement due to it is synergistically achieved, and the cost can be reduced.
【0029】ここでは基板がn形InPの場合を示して
いるが、p形InPでも良く、その場合、図5におい
て、42はp−InPクラッド層、43は7層のInG
aAsP井戸及び6層のInGaAsP(λ=1.1μm
組成)障壁よりなる多重量子井戸活性層(λPL=1.3μ
m)、44a,44bはInGaAsP(λ=1.1μm
組成)セパレートコンファインメントヘテロ(SCH)
層、45はn−InPクラッド層、46はn+−InG
aAsPキャップ層、47はn−InP埋め込み層、4
8はp−InP埋め込み層、49及び50はそれぞれp
電極及びn電極となる。Although the substrate is n-type InP here, it may be p-type InP. In that case, in FIG. 5, 42 is a p-InP clad layer and 43 is a 7-layer InG.
aAsP well and 6 layers of InGaAsP (λ = 1.1 μm
Multiple quantum well active layer (λ PL = 1.3μ)
m), 44a and 44b are InGaAsP (λ = 1.1 μm)
Composition) Separate Confinement Hetero (SCH)
Layer, 45 is an n-InP clad layer, 46 is n + -InG
aAsP cap layer, 47 is n-InP buried layer, 4
8 is a p-InP buried layer, and 49 and 50 are p-type.
It becomes an electrode and an n-electrode.
【0030】また、ここでは活性層がInGaAsP多
重量子井戸活性層(λPL=1.3μm)で井戸数7層の場
合について示しているが、井戸数は8層程度以下であれ
ば良く、井戸数に合わせてSCH層厚とそれらの幅を調
整して光のスポットサイズが光結合する光導波路と低損
失で結合するように拡大すれば良い。例えば、井戸数4
層で活性層部分の幅を1.0μmにした時、SCH層厚を4
0nmにすれば、Γは0.03程度に小さくなり、その結
果、光のスポットサイズが光ファイバと結合損失3dB
以下で結合するように拡大できる。また、井戸数7層、
SCH層厚を70nmにした時、活性層部分の幅を0.4μ
mにすれば、Γは0.03程度に小さくなり、その結果、光
のスポットサイズが光ファイバと結合損失3dB以下で
結合するように拡大できる。Further, here, the case where the active layer is an InGaAsP multiple quantum well active layer (λ PL = 1.3 μm) and the number of wells is 7 is shown, but the number of wells may be about 8 or less. The thickness of the SCH layer and the widths thereof may be adjusted in accordance with the above, and the spot size of light may be enlarged so as to couple with the optical waveguide that is optically coupled with low loss. For example, the number of wells is 4
When the width of the active layer is 1.0 μm, the SCH layer thickness is 4
When it is set to 0 nm, Γ becomes as small as 0.03, and as a result, the spot size of light is 3 dB and the coupling loss with the optical fiber.
The following can be expanded to combine. Also, 7 wells,
When the SCH layer thickness is 70nm, the width of the active layer is 0.4μ
When m is set, Γ is reduced to about 0.03, and as a result, the spot size of light can be expanded so as to be coupled with the optical fiber with a coupling loss of 3 dB or less.
【0031】また、ここでは活性層がInGaAsP多
重量子井戸活性層(λPL=1.3μm)の場合について示
しているが、InGaAsP(λPL=1.55μm)等の他
の構成や、歪量子井戸構造、歪補償量子井戸構造等でも
良い。Although the active layer is an InGaAsP multiple quantum well active layer (λ PL = 1.3 μm) here, other configurations such as InGaAsP (λ PL = 1.55 μm) and a strained quantum well structure are shown. Alternatively, a strain compensation quantum well structure or the like may be used.
【0032】また、ここではInGaAsP障壁層及び
SCH層の組成はλ=1.1μmを用いているが、λ=1.0
5μmにすることによりSCH層を含む多重量子井戸活
性層の等価的屈折率が小さくなり、結合損失2.5dB以
下で結合するようになる。SCH層はInGaAsPか
らInPへの傾斜組成層(GRIN−SCH)であって
も良いことは言うまでもない。また、InGaAsP/
InP系以外のInGaAlAs/InGaAsP系や
AlGaAs/GaAs系等の材料系や、歪を内在する
ような材料系でも同様の効果が得られる。Although the composition of the InGaAsP barrier layer and the SCH layer is λ = 1.1 μm here, λ = 1.0
By setting the thickness to 5 μm, the equivalent refractive index of the multiple quantum well active layer including the SCH layer becomes small, and the coupling occurs at a coupling loss of 2.5 dB or less. It goes without saying that the SCH layer may be a gradient composition layer (GRIN-SCH) from InGaAsP to InP. Also, InGaAsP /
Similar effects can be obtained with a material system other than the InP system, such as InGaAlAs / InGaAsP system, AlGaAs / GaAs system, or the like, or a material system having a strain therein.
【0033】また、本例はpn埋め込み構造の例である
が、半絶縁性の埋め込み構造であっても良い。また、本
例はファブリペローレーザの例であるが、本発明は分布
帰還形(DFB)レーザや分布反射形(DBR)レーザ
等の他の種類のレーザにも適用できることは言うまでも
ない。Further, although this example is an example of the pn buried structure, it may be a semi-insulating buried structure. Although this example is an example of a Fabry-Perot laser, it goes without saying that the present invention can be applied to other types of lasers such as a distributed feedback (DFB) laser and a distributed reflection (DBR) laser.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性層の幅が一定である導波型の半導体レーザにおいて、
主に活性層を狭幅または薄層化して活性層内への光の閉
じ込め係数を0.002〜0.05程度に設定することにより、
光のスポットサイズがレーザキャビティ内で一様に拡大
され、これによって光ファイバのようなスポットサイズ
の大きな光導波路に対し直接突き合わせにより低損失な
光結合が可能になる。また、SCH層を含む量子井戸レ
ーザでは、量子井戸部分に加えてSCH層も狭幅または
薄層化して活性層内への光の閉じ込め係数を0.002〜0.0
5程度に設定することにより、光のスポットサイズがレ
ーザキャビティ内で一様に拡大され、これによって光フ
ァイバのようなスポットサイズの大きな光導波路に対し
直接突き合わせにより低損失な光結合が可能になる。As described above, according to the present invention, in the waveguide type semiconductor laser in which the width of the active layer is constant,
Mainly by narrowing or thinning the active layer and setting the light confinement coefficient in the active layer to about 0.002 to 0.05,
The spot size of the light is uniformly expanded in the laser cavity, which enables low loss optical coupling by direct abutment with a large spot size optical waveguide such as an optical fiber. In addition, in the quantum well laser including the SCH layer, the SCH layer is narrowed or thinned in addition to the quantum well portion so that the confinement coefficient of light in the active layer is 0.002 to 0.0.
By setting it to about 5, the spot size of the light is uniformly expanded in the laser cavity, which enables low loss optical coupling by direct abutting against an optical waveguide with a large spot size such as an optical fiber. .
【0035】また、スポットサイズの拡大に伴い、ファ
イバとレーザとの軸ずれに対する許容度も従来のレーザ
とレンズを用いた組み合わせに比べて大きく改善され
る。また、従来のようなレーザと光結合デバイスを集積
した素子に比べ、集積化のためのプロセスが不要とな
り、それによる歩留まり向上も相乗して、素子の低コス
ト化に極めて有効である。さらにまた、従来のレーザと
光結合デバイスを集積した素子に比べると、集積化に伴
う電気的損失及び光学的損失の増大がないため、効率を
向上させることができる。Further, as the spot size is enlarged, the tolerance for the axis deviation between the fiber and the laser is greatly improved as compared with the conventional combination using the laser and the lens. Further, as compared with the conventional device in which a laser and an optical coupling device are integrated, a process for integration is not necessary, and the yield improvement due to the process is synergistically achieved, which is extremely effective in reducing the cost of the device. Furthermore, as compared with the conventional element in which a laser and an optical coupling device are integrated, there is no increase in electrical loss and optical loss due to integration, so that efficiency can be improved.
【図1】本発明の半導体レーザの構造を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser of the present invention.
【図2】分散シフトファイバに対する結合損失と光閉じ
込め係数Γとの関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a coupling loss for a dispersion-shifted fiber and an optical confinement coefficient Γ.
【図3】本発明の半導体レーザの第1の実施の形態を示
す断面図FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of a semiconductor laser of the present invention.
【図4】本発明の半導体レーザの第2の実施の形態を示
す断面図FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の半導体レーザの第3の実施の形態を示
す断面図FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of a semiconductor laser according to the present invention.
21,31,41…n−InP基板、22,32,42
…n−InPクラッド層、23,33…InGaAsP
(λ=1.3μm組成)活性層、24,34,45…p−
InPクラッド層、25,35,46…p+−InGa
AsPキャップ層、26,47…p−InP埋め込み
層、27,48…n−InP埋め込み層、28,37,
49…n電極、29,38,50…p電極、36…半絶
縁性InP埋め込み層、43…多重量子井戸活性層(λ
PL=1.3μm)、44a,44b…InGaAsP(λ
=1.1μm組成)セパレートコンファインメントヘテロ
(SCH)層。21, 31, 41 ... n-InP substrate, 22, 32, 42
... n-InP clad layer, 23, 33 ... InGaAsP
(Λ = 1.3 μm composition) Active layer, 24, 34, 45 ... P-
InP clad layer, 25, 35, 46 ... P + -InGa
AsP cap layer, 26, 47 ... p-InP buried layer, 27, 48 ... n-InP buried layer, 28, 37,
49 ... N-electrode, 29, 38, 50 ... P-electrode, 36 ... Semi-insulating InP buried layer, 43 ... Multiple quantum well active layer (λ
PL = 1.3 μm), 44a, 44b ... InGaAsP (λ
= 1.1 μm composition) Separate Confinement Hetero (SCH) layer.
Claims (5)
レーザにおいて、 前記活性層内への光の閉じ込め係数を0.002〜0.05程度
に設定することを特徴とする半導体レーザ。1. A waveguide type semiconductor laser having a constant width of an active layer, wherein a confinement coefficient of light in the active layer is set to about 0.002 to 0.05.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein an active layer having a uniform composition is used as the active layer.
とを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a multiple quantum well layer is used as the active layer.
側に形成されたセパレートコンファインメントヘテロ層
を用いたことを特徴とする請求項1記載の半導体レー
ザ。4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a multiple quantum well layer and a separate confirmation hetero layer formed on both sides of the multiple quantum well layer are used as the active layer.
り該活性層内への光の閉じ込め係数を0.002〜0.05程度
に設定するようになしたことを特徴とする請求項1乃至
4いずれか記載の半導体レーザ。5. The confinement coefficient of light in the active layer is set to about 0.002 to 0.05 by narrowing or thinning the active layer. Or the described semiconductor laser.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23115495A JPH0983059A (en) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23115495A JPH0983059A (en) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | Semiconductor laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0983059A true JPH0983059A (en) | 1997-03-28 |
Family
ID=16919151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23115495A Pending JPH0983059A (en) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0983059A (en) |
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-
1995
- 1995-09-08 JP JP23115495A patent/JPH0983059A/en active Pending
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