JPH10223976A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JPH10223976A
JPH10223976A JP2861097A JP2861097A JPH10223976A JP H10223976 A JPH10223976 A JP H10223976A JP 2861097 A JP2861097 A JP 2861097A JP 2861097 A JP2861097 A JP 2861097A JP H10223976 A JPH10223976 A JP H10223976A
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JP
Japan
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diffraction
laser
region
semiconductor laser
diffraction grating
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JP2861097A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Sugano
浩 菅野
Shigeo Hayashi
茂生 林
Teru Nishitani
輝 西谷
Takao Toda
隆夫 任田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the laser light emitting efficiency of a electron beam pumping semiconductor laser used in the field of communication, sensor, display, etc., to narrow the lasing wave band of the laser, and to reduce the number of laser oscillation modes of the laser. SOLUTION: A semiconductor laser has a diffracting area 13 in which a diffraction grating 12 having the optical distance period corresponding to a half or integer multiple of the wavelength of the oscillated light of the laser is formed perpendicularly to the winding direction of light above, below, or in part of or the entire area of a semiconductor optical waveguide layer 9, and emits laser light having a narrow wavelength band when at least part of the area 13 is irradiated with an electron beam.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は通信、センサ、ディ
スプレイなどの分野で用いられる、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 used in the fields of communication, sensors, displays and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザは、その励起方法によっ
て、電流注入型レーザ、電子線励起レーザ、光励起レー
ザの3つの型に分類することができる。このうち電子線
励起レーザは、すべての直接遷移型の半導体をその材料
とすることが可能で、短波長領域、特に電流注入型レー
ザの形成が困難な波長領域のレーザ光を発することがで
きるという点で、応用上有利である。
2. Description of the Related Art Semiconductor lasers can be classified into three types, a current injection type laser, an electron beam pumped laser, and an optically pumped laser, according to the pumping method. Among them, the electron beam pumped laser can use all direct transition type semiconductors as its material, and can emit laser light in a short wavelength region, particularly in a wavelength region where it is difficult to form a current injection type laser. In this respect, it is advantageous in application.

【0003】そこで以下では上記した電子線励起レーザ
について図面を参照しながら説明する。図8は、電子線
を励起源とする従来の半導体レーザを示す構成図であ
る。図8において、電子銃1より発せられた電子線2
は、光共振器3上へ照射される。この光共振器3上での
電子線の照射領域の形状、面積などは電子レンズ4によ
り決定される。基板5上には上記の光共振器3が形成さ
れ、共振器の両端には劈開により反射面6、7が形成さ
れる。一般的に、共振器中には活性層8を内部に含む光
導波路9が形成される。キャビティ長10は300〜1
000μm程度である。基板5の材料として、GaA
s、GaSb、InP、サファイアなどが用いられる。
活性層8の材料として、ZnS、CdSなどのIIb−
VI族化合物半導体、AlAs、GaPなどのIIIb
−V族化合物半導体、あるいはMgS、MnSなどのカ
ルコゲナイド化合物、もしくはこれらの混晶などが主に
用いられる。電子線2の照射により励起された活性層8
よりレーザ光11が発せられる。
Therefore, the above-mentioned electron beam pumped laser will be described below with reference to the drawings. FIG. 8 is a configuration diagram showing a conventional semiconductor laser using an electron beam as an excitation source. In FIG. 8, an electron beam 2 emitted from an electron gun 1 is shown.
Is irradiated onto the optical resonator 3. The shape, area, and the like of the electron beam irradiation area on the optical resonator 3 are determined by the electron lens 4. The above-described optical resonator 3 is formed on the substrate 5, and reflection surfaces 6 and 7 are formed at both ends of the resonator by cleavage. Generally, an optical waveguide 9 including an active layer 8 therein is formed in the resonator. Cavity length 10 is 300-1
It is about 000 μm. GaAs as a material of the substrate 5
s, GaSb, InP, sapphire, or the like is used.
As a material of the active layer 8, IIb- such as ZnS and CdS is used.
IIIb of group VI compound semiconductor, AlAs, GaP, etc.
A group V compound semiconductor, a chalcogenide compound such as MgS or MnS, or a mixed crystal thereof is mainly used. Active layer 8 excited by irradiation with electron beam 2
Laser light 11 is emitted.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来の電子線励起半導体レーザにおいては、発光効率が
低い、多モードのレーザ発振が起こってレーザ発振が広
い波長領域で起こるというような問題があり、広波長帯
域でのレーザ発振は、通信、センサ等の分野での電子線
励起半導体レーザの応用を制限するものであった。
However, the above-mentioned conventional electron beam pumped semiconductor lasers have problems such as low luminous efficiency, multimode laser oscillation, and laser oscillation in a wide wavelength range. Laser oscillation in a wide wavelength band has limited the application of electron beam pumped semiconductor lasers in fields such as communication and sensors.

【0005】そこで本発明は上記問題点に鑑み、電子線
励起半導体レーザにおいて、発光効率の向上を第1の目
的とし、また、レーザ発振波長幅の狭帯域化、レーザ発
振のモード数の低減を第2の目的とするものである。
In view of the above problems, the present invention has as its first object to improve the luminous efficiency of an electron beam pumped semiconductor laser, and to reduce the laser oscillation wavelength width and reduce the number of laser oscillation modes. This is the second purpose.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、上記目的
を達成するため、光導波路の一部、全域の上部、下部、
または内部のいずれかに、レーザ発振光の波長の2分の
1、または上記長さの整数倍に相当する光学距離の周期
で、回折格子が光の導波方向に対して垂直に形成されて
いる回折領域を有し、上記回折領域の少なくとも一部に
電子線を照射することによってレーザ光を発することを
特徴とする半導体レーザである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical waveguide comprising: a part of an optical waveguide;
Alternatively, a diffraction grating is formed perpendicular to the light guiding direction at one half of the wavelength of the laser oscillation light or at a period of an optical distance corresponding to an integral multiple of the above-mentioned length. A semiconductor laser having a diffraction region that emits a laser beam by irradiating at least a part of the diffraction region with an electron beam.

【0007】この構成を採用することにより、レーザの
高効率化、レーザ発振波長幅の狭帯域化が可能となる。
By employing this configuration, it is possible to increase the efficiency of the laser and to narrow the wavelength band of the laser oscillation.

【0008】なお、本発明においては、レーザ発振光の
波長の2分の1に相当する光学距離の周期で、回折領域
内の回折格子を形成することが、単一モードでのレーザ
発振の確率向上という点で、より好ましい。
In the present invention, forming the diffraction grating in the diffraction region at a period of an optical distance corresponding to one half of the wavelength of the laser oscillation light has a probability of laser oscillation in a single mode. It is more preferable in terms of improvement.

【0009】第2の発明は、上記目的を達成するため、
光導波路の一部、または全域の上部、下部、または内部
のいずれかに、レーザ発振光の波長の2分の1に相当す
る光学距離の周期で、回折格子が形成されている回折領
域を有し、上記回折領域の少なくとも一部に電子線を照
射することによってレーザ光を発する半導体レーザで、
光の導波方向に対して垂直に形成された、レーザ発振光
の波長の2分の1の整数倍に相当する光学距離隔てた反
射面を有し、少なくとも一方の上記反射面を高反射化す
ることを特徴とするものである。
[0009] A second invention is to achieve the above object,
A diffraction region in which a diffraction grating is formed at a period of an optical distance corresponding to a half of the wavelength of the laser oscillation light is provided in a part of the optical waveguide, or an upper part, a lower part, or an inside of the whole area. A semiconductor laser that emits laser light by irradiating at least a part of the diffraction region with an electron beam,
A reflecting surface formed perpendicular to the light guiding direction and separated by an optical distance corresponding to an integral multiple of one half of the wavelength of the laser oscillation light, and at least one of the reflecting surfaces is made highly reflective; It is characterized by doing.

【0010】この構成を採用することにより、レーザ発
振波長幅の狭帯域化、単一モードでのレーザ発振の確率
向上が可能となる。
By employing this configuration, it is possible to narrow the wavelength band of laser oscillation and improve the probability of laser oscillation in a single mode.

【0011】第3の発明は、上記目的を達成するため、
光導波路の一部、または全域の上部、下部、または内部
のいずれかに、レーザ発振光の波長の2分の1に相当す
る光学距離の周期で、回折格子が形成されている回折領
域を有し、上記周期が微小量異なる位相シフト領域が回
折領域内に形成されていることを特徴とする電子線励起
半導体レーザである。
[0011] A third aspect of the present invention is to achieve the above object.
A diffraction region in which a diffraction grating is formed at a period of an optical distance corresponding to a half of the wavelength of the laser oscillation light is provided in a part of the optical waveguide, or an upper part, a lower part, or an inside of the whole area. An electron beam pumped semiconductor laser characterized in that the phase shift regions having the periods slightly different by a small amount are formed in the diffraction region.

【0012】この構成を採用することにより、レーザ発
振波長幅の狭帯域化、単一モードでのレーザ発振の確率
向上が可能となる。
By employing this configuration, it is possible to narrow the wavelength band of laser oscillation and improve the probability of laser oscillation in a single mode.

【0013】なお、本発明においては、回折領域内に導
入される全位相シフト量が、レーザ発振光の波長の4分
の1の奇数倍に相当する回折格子を形成することが、単
一モードでのレーザ発振の確率向上という点で、より好
ましい。
In the present invention, the formation of a diffraction grating in which the total phase shift introduced into the diffraction region corresponds to an odd multiple of a quarter of the wavelength of the laser oscillation light is a single mode. It is more preferable from the viewpoint of improving the probability of laser oscillation.

【0014】また、光導波路の両端面に無反射コート層
を形成することが、単一モードでのレーザ発振の確率向
上という点で、より好ましい。
It is more preferable to form an anti-reflection coating layer on both end faces of the optical waveguide from the viewpoint of improving the probability of laser oscillation in a single mode.

【0015】第4の発明は、上記目的を達成するため、
光導波路の一部、または全域の上部、下部、または内部
のいずれかに、レーザ発振光の波長の2分の1、または
上記長さの整数倍に相当する光学距離の周期の回折格子
が、光の導波方向に対して垂直に形成されている少なく
とも2種類以上の回折領域を有し、少なくとも一部に電
子線を照射する活性回折領域に形成された回折格子と、
電子線を照射しない受動回折領域に形成された回折格子
の回折効率が異なることを特徴とする半導体レーザであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in order to achieve the above object,
A diffraction grating having a period of an optical distance corresponding to one half of the wavelength of the laser oscillation light or an integral multiple of the above-mentioned length is provided on a part of the optical waveguide or on the upper part, the lower part, or the inside of the whole area, A diffraction grating having at least two or more types of diffraction regions formed perpendicular to the light waveguide direction, and formed in an active diffraction region that irradiates at least a part with an electron beam,
A semiconductor laser characterized in that diffraction efficiencies of diffraction gratings formed in a passive diffraction region not irradiated with an electron beam are different.

【0016】この構成を採用することにより、レーザの
高効率化、レーザ発振波長幅の狭帯域化、単一モードで
のレーザ発振の確率向上が可能となる。
By adopting this configuration, it is possible to increase the efficiency of the laser, narrow the bandwidth of the laser oscillation wavelength, and improve the probability of laser oscillation in a single mode.

【0017】なお、本発明においては、形成する回折格
子の周期が、レーザ発振光の波長の2分の1に相当する
光学距離であることが、単一モードでのレーザ発振の確
率向上という点ではより好ましい。また、活性回折領域
部に形成した回折格子よりも回折効率が高い回折格子を
受動回折領域に形成することが、単一モードでのレーザ
発振の確率向上という点ではより好ましい。また、活性
回折領域に形成する回折格子の接する媒質が、受動回折
領域に形成する回折格子の接する媒質と比較して、導波
路材料との屈折率比が小さい材料であることも、単一モ
ードでのレーザ発振の確率向上という点ではより好まし
い。
In the present invention, the period of the diffraction grating to be formed is an optical distance corresponding to one half of the wavelength of the laser oscillation light, in that the probability of laser oscillation in a single mode is improved. Is more preferable. Further, it is more preferable to form a diffraction grating having higher diffraction efficiency in the passive diffraction region than a diffraction grating formed in the active diffraction region in terms of improving the probability of laser oscillation in a single mode. Also, the medium in contact with the diffraction grating formed in the active diffraction region is a material having a smaller refractive index ratio to the waveguide material than the medium in contact with the diffraction grating formed in the passive diffraction region. It is more preferable from the viewpoint of improving the probability of laser oscillation in the above.

【0018】第5の発明は、上記目的を達成するため、
光導波路の一部分の上部、下部、または内部のいずれか
に、レーザ発振光の波長の2分の1の整数倍に相当する
光学距離の周期で、回折格子が形成されている回折領域
を有し、上記回折領域以外の領域に電子線を照射するこ
とによってレーザ光を発する半導体レーザである。
According to a fifth aspect, in order to achieve the above object,
A diffraction region in which a diffraction grating is formed at a period of an optical distance corresponding to an integral multiple of a half of the wavelength of the laser oscillation light at an upper part, a lower part, or an inside of a part of the optical waveguide. And a semiconductor laser that emits laser light by irradiating an area other than the diffraction area with an electron beam.

【0019】この構成を採用することにより、レーザの
高効率化、レーザ発振波長幅の狭帯域化が可能となる。
By employing this configuration, it is possible to increase the efficiency of the laser and to narrow the wavelength band of the laser oscillation.

【0020】第6の発明は、上記目的を達成するため、
光導波路の上部、下部、または内部のいずれかに、レー
ザ発振光の波長の2分の1の整数倍に相当する光学距離
の周期で、同心円状、または同心円弧状に回折格子が形
成されている回折領域を有することを特徴とする、電子
線を励起源とする半導体レーザである。
According to a sixth aspect of the present invention, to achieve the above object,
A diffraction grating is formed concentrically or concentrically with a period of an optical distance corresponding to an integral multiple of one half of the wavelength of the laser oscillation light at any of the upper, lower and inner portions of the optical waveguide. A semiconductor laser having a diffraction region and using an electron beam as an excitation source.

【0021】この構成を採用することにより、レーザ発
振波長幅の狭帯域化が可能となる。さらに、励起電子線
を走査することにより出射するレーザ光を放射状に走査
できるという有利な効果が得られる。
By employing this configuration, the laser oscillation wavelength width can be narrowed. Further, there is an advantageous effect that the laser beam emitted by scanning the excitation electron beam can be scanned radially.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る半導体レーザについて、図面を参照しながら説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor laser according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】(実施の形態1)まず最初に本発明実施の
形態1における半導体レーザについて図1及び図2を参
照しながら説明する。図1は本実施の形態における半導
体レーザの概略図を示したものであり、特に図1(a)
は斜視図、図1(b)は側面図を示している。
(Embodiment 1) First, a semiconductor laser according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram of a semiconductor laser according to the present embodiment, and in particular, FIG.
1 is a perspective view, and FIG. 1B is a side view.

【0024】図1(a)に示すように、本実施形態にお
ける半導体レーザは、半導体光導波路9の一部、全域の
上部、下部、または内部のいずれかに、レーザ発振光の
波長の2分の1の整数倍の光学距離の周期で、回折格子
12がレーザ発振光11の導波方向に対して垂直に形成
されている回折領域13を有し、回折領域の少なくとも
一部を電子線で励起する構成を有する電子線励起半導体
レーザである。
As shown in FIG. 1A, the semiconductor laser according to the present embodiment is arranged such that a part of the semiconductor optical waveguide 9, the upper part, the lower part, or the inside of the whole area thereof has a wavelength of two minutes of the laser oscillation light. The diffraction grating 12 has a diffraction region 13 formed perpendicular to the waveguide direction of the laser oscillation light 11 at a period of an optical distance that is an integral multiple of 1 and at least a part of the diffraction region is an electron beam. This is an electron beam pumped semiconductor laser having a configuration for pumping.

【0025】詳細に説明すると、基板5上に構成された
半導体光導波路9の一部、もしくは全域に、回折領域1
3が形成されている。回折領域の内部には周期Λ(Λ=
λ/2n)の回折格子12が形成されている。但し、こ
こでλは所望のレーザ発振波長、nは光導波路の屈折率
である。そして回折領域13のレーザ出射側には反射面
6を形成した。なお、図1においては、光導波路のレー
ザ非出射側端面に反射面7が形成されているが、これは
必ずしも必要とするものではない。
More specifically, the diffraction region 1 is partially or entirely formed on the semiconductor optical waveguide 9 formed on the substrate 5.
3 are formed. The period Λ (Λ =
(λ / 2n) diffraction grating 12 is formed. Here, λ is a desired laser oscillation wavelength, and n is a refractive index of the optical waveguide. The reflection surface 6 was formed on the laser emission side of the diffraction region 13. In FIG. 1, the reflection surface 7 is formed on the end surface of the optical waveguide on the laser non-emission side, but this is not always necessary.

【0026】基板5の材料としては、従来と同様にGa
As、GaSb、InP、サファイアなどの材料を主に
用い、光導波路9の材料としても、従来と同様に、Zn
S、CdSなどのIIb−VI族化合物半導体、AlA
s、GaPなどのIIIb−V族化合物半導体、あるい
はMgS、MnSなどのカルコゲナイド化合物、もしく
はこれらの混晶などの材料を主に用いる。
The material of the substrate 5 is Ga
Materials such as As, GaSb, InP, and sapphire are mainly used, and the material of the optical waveguide 9 is Zn
IIb-VI group compound semiconductors such as S and CdS, AlA
Materials such as IIIb-V group compound semiconductors such as s and GaP, chalcogenide compounds such as MgS and MnS, or mixed crystals thereof are mainly used.

【0027】次に以下では、本実施形態の素子構造につ
いて図1(a)及び(b)を参照しながら詳細に説明す
る。
Next, the device structure of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0028】基板5としてGaAsを用いた。次に基板
5上にクラッド層14としてZn0. 6Mg0.40.6Se
0.4を、光導波路9Zn0.95Mg0.050.1Se0.9を、
再びクラッド層14としてZn0.6Mg0.40.6Se0.4
を分子ビームエピタキシャル成長法により形成した。ク
ラッド層14の膜厚はどちらも0.3μm、光導波路9
の膜厚は0.3μmした。
GaAs was used as the substrate 5. Zn 0. 6 as a cladding layer 14 on the substrate 5 Next Mg 0.4 S 0.6 Se
0.4 , the optical waveguide 9 Zn 0.95 Mg 0.05 S 0.1 Se 0.9 ,
Again as the cladding layer 14, Zn 0.6 Mg 0.4 S 0.6 Se 0.4
Was formed by a molecular beam epitaxial growth method. Each of the cladding layers 14 has a thickness of 0.3 μm,
Was 0.3 μm in thickness.

【0029】一方反射面6、7は劈開により形成した。
反射面間距離16は350μmであった。劈開後、Ga
イオンの選択集束ビーム注入により形成する一定周期の
利得変調構造により、劈開面に平行に回折格子を形成し
た。Gaイオンの加速電圧を130kV、イオン電流を
10pA、イオンビームの直径を30nm、イオンの注
入線量を1cmあたり3×106とする条件で、Gaイ
オンを注入した。イオンビームの注入により、注入領域
では結晶性が悪くなり、キャリアの寿命短縮が起こり、
光学利得の周期的な変調が得られる。
On the other hand, the reflecting surfaces 6 and 7 were formed by cleavage.
The distance 16 between the reflecting surfaces was 350 μm. After cleavage, Ga
A diffraction grating was formed parallel to the cleavage plane by a constant-frequency gain modulation structure formed by selective focused beam injection of ions. Ga ions were implanted under the conditions that the acceleration voltage of Ga ions was 130 kV, the ion current was 10 pA, the diameter of the ion beam was 30 nm, and the ion implantation dose was 3 × 10 6 per cm. Due to the ion beam implantation, the crystallinity is deteriorated in the implantation region, the life of carriers is shortened,
A periodic modulation of the optical gain is obtained.

【0030】回折格子の周期17を、92、184、2
76nmとした3種類の半導体レーザ1−1〜3(試料
番号)を作製した。また、回折領域形成以外はレーザ1
−1〜3と同構造をとるレーザ1−4(試料番号)を、
本発明の効果確認のために作製した。
The period 17 of the diffraction grating is set to 92, 184, 2
Three types of semiconductor lasers 1-1 to 3 (sample numbers) having a wavelength of 76 nm were produced. Laser 1 is used except for the formation of the diffraction region.
Laser 1-4 (sample number) having the same structure as -1 to 3
It was prepared for confirming the effect of the present invention.

【0031】以上4種類の半導体レーザを加速電圧15
kV、電子線径50μmの電子線で励起し、レーザ光の
発振を得た。発振波長、発振波長幅、発振閾値、出力効
率等の特性は下記の表に示すようになった。
The above four types of semiconductor lasers are accelerated at an acceleration voltage of 15
Excitation was performed with an electron beam having an electron beam diameter of 50 μm at kV, and laser light oscillation was obtained. The characteristics such as the oscillation wavelength, oscillation wavelength width, oscillation threshold value, and output efficiency are as shown in the following table.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】上記の(表1)に示すように、本実施形態
の採用によりレーザ発振波長幅が狭くなっているが、こ
れは、周期的な利得変調構造による、狭波長帯域の光に
対する選択的な利得向上に起因する。なお、利得の選択
性を向上させることで単一モード発振確率が向上するた
め、導入する回折格子の周期は、短い方が好ましく、導
波路中でのレーザ発振光の波長の2分の1の周期の回折
格子を導入することが特に好ましい。
As shown in the above (Table 1), the laser oscillation wavelength width is narrowed by adopting the present embodiment, but this is because of the selective gain for the light in the narrow wavelength band by the periodic gain modulation structure. Due to a significant gain improvement. Since the single-mode oscillation probability is improved by improving the selectivity of the gain, the period of the diffraction grating to be introduced is preferably short, and the period of the diffraction grating to be introduced is one half of the wavelength of the laser oscillation light in the waveguide. It is particularly preferred to introduce a periodic grating.

【0034】また、(表1)に示すように、本実施形態
によりレーザ発振の閾電流値が軽減され、出力効率が向
上しているが、これは分布帰還型の構造を採用すること
による、従来の電子線励起半導体レーザにおけるキャビ
ティ間の非励起領域における損失の軽減と、特定波長に
対する実効反射率の波長選択性の向上に起因する。結晶
の劈開技術によりキャビティ長の値が決定されていた従
来の電子線励起レーザでは、電子線による励起領域がキ
ャビティ長のわずかな領域を占めるにとどまり、非励起
領域の吸収の影響が、レーザ発振の閾電流値の上昇、発
光効率の低下につながっていたが、本実施の形態により
この課題は解決された。
As shown in (Table 1), the threshold current value of laser oscillation is reduced and the output efficiency is improved by the present embodiment. This is because the distributed feedback structure is adopted. This is because the loss in the non-excitation region between the cavities in the conventional electron beam pumped semiconductor laser is reduced, and the wavelength selectivity of the effective reflectance for a specific wavelength is improved. In conventional electron beam pumped lasers, in which the cavity length is determined by the crystal cleavage technology, the region excited by the electron beam occupies only a small area of the cavity length, and the effect of absorption in the non-excited region is affected by laser oscillation. This led to an increase in the threshold current value and a decrease in the luminous efficiency. However, this embodiment has solved this problem.

【0035】なお、光導波路9の構造としては、図2
(a)に示すように、Zn0.95Mg0. 050.1Se0.9
子井戸15を含む、Zn0.93Mg0.070.14Se0.86
波路層11を、クラッド層14により膜厚方向に挟む多
重量子井戸構造を採用した場合も、本実施形態と同様の
効果が得られた。以下この構成のウェハをウェハ1とす
る。また、図2(b)に示すウェハ構造のように、光導
波路9の上部にクラッド層を形成しない場合も、本実施
形態と同様の効果が得られた。
The structure of the optical waveguide 9 is shown in FIG.
As shown in (a), Zn 0.95 Mg 0. containing 05 S 0.1 Se 0.9 quantum well 15, the Zn 0.93 Mg 0.07 S 0.14 Se 0.86 waveguide layer 11, a multiple quantum well sandwiched thickness direction by the cladding layer 14 When the structure is adopted, the same effect as that of the present embodiment is obtained. Hereinafter, the wafer having this configuration is referred to as a wafer 1. Further, even when the cladding layer is not formed on the optical waveguide 9 as in the wafer structure shown in FIG.

【0036】以上のように、本実施の形態によれば、高
効率のレーザ発振の高効率化、レーザ発振波長幅の狭帯
域化という有利な効果が得られる。
As described above, according to the present embodiment, the advantageous effects of increasing the efficiency of high-efficiency laser oscillation and narrowing the laser oscillation wavelength width can be obtained.

【0037】(実施の形態2)次に本発明実施の形態2
における半導体レーザについて図3を参照しながら説明
する。
(Embodiment 2) Next, Embodiment 2 of the present invention.
Will be described with reference to FIG.

【0038】図3(a)は本発明実施の形態2における
半導体レーザの斜視図を、図3(b)は本実施の形態の
半導体レーザの側面図を示したものである。図3(a)
に示すように、本実施形態における電子線励起半導体レ
ーザでは、光導波路の上部、下部、または内部のいずれ
かに、レーザ発振光の波長の2分の1の光学距離の周期
で、回折格子が光の導波方向に対して垂直に形成されて
いる回折領域を有し、光導波路の両端面には、レーザ発
振光の波長の2分の1の整数倍に相当する光学距離隔て
た反射面6、7が形成されており、少なくとも一方の反
射面は高反射化されている。
FIG. 3A is a perspective view of a semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a side view of the semiconductor laser of the present embodiment. FIG. 3 (a)
As shown in the figure, in the electron beam pumped semiconductor laser according to the present embodiment, the diffraction grating is provided at any one of the upper part, the lower part, and the inside of the optical waveguide at a period of an optical distance of half the wavelength of the laser oscillation light. It has a diffraction region formed perpendicularly to the light guiding direction, and has a reflection surface on both end surfaces of the optical waveguide separated by an optical distance corresponding to an integral multiple of half the wavelength of the laser oscillation light. 6 and 7 are formed, and at least one of the reflection surfaces is highly reflective.

【0039】基板5及び光導波路9の材料としては、実
施の形態1で示したように、従来と同様の材料を用い
る。
As the material of the substrate 5 and the optical waveguide 9, as described in the first embodiment, the same material as the conventional one is used.

【0040】以下では、本実施形態の半導体レーザのウ
ェハ構造について、図2(b)を参照しながら、本実施
形態の素子構造について図3(a)及び(b)を参照し
ながら詳細に説明する。
In the following, the wafer structure of the semiconductor laser of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 2B and the device structure of the present embodiment with reference to FIGS. 3A and 3B. I do.

【0041】基板5としてGaAsを用いた。次に基板
5上にクラッド層14としてZn0. 74Mg0.260.33
0.67を、更に導波路9としてZn0.95Mg0.050.1
Se0 .9を、分子ビームエピタキシャル成長法により形
成した。クラッド層14の膜厚は1μm、導波路9の膜
厚は0.5μmとした。以下、この構成のウェハをウェ
ハ2とする。
GaAs was used as the substrate 5. Then Zn 0. 74 as a cladding layer 14 on the substrate 5 Mg 0.26 S 0.33 S
e 0.67 and Zn 0.95 Mg 0.05 S 0.1
The Se 0 .9, was formed by molecular beam epitaxial growth method. The thickness of the cladding layer 14 was 1 μm, and the thickness of the waveguide 9 was 0.5 μm. Hereinafter, the wafer having this configuration is referred to as a wafer 2.

【0042】ウェハ2を結晶面で劈開し、平行な反射面
6、7を得た。反射面間距離16を350μmに設定し
た。導波路表面に、一定周期の回折格子12を、劈開面
に平行に形成した。
The wafer 2 was cleaved at the crystal plane, and parallel reflection surfaces 6 and 7 were obtained. The distance 16 between the reflecting surfaces was set to 350 μm. A diffraction grating 12 having a constant period was formed on the waveguide surface in parallel with the cleavage plane.

【0043】本実施形態では、電子線露光と浸式エッチ
ングの方法を用いて凹凸形状を形成することにより、回
折格子を構成した。レジストを導波路上部にスピンコー
トし、電子線露光により回折パターンをレジスト上に転
写した。レジストパターンを現像した後、Br2のエチ
レングリコール溶液により浸式エッチングして回折格子
を形成した。
In the present embodiment, the diffraction grating is formed by forming an uneven shape using the method of electron beam exposure and immersion etching. A resist was spin-coated on the waveguide, and the diffraction pattern was transferred onto the resist by electron beam exposure. After developing the resist pattern, a diffraction grating was formed by immersion etching with an ethylene glycol solution of Br 2 .

【0044】一定周期92nm、深さ30nmの設定
で、反射面間に一様に回折格子を形成したレーザ2−1
(試料番号)を作製した。さらに、膜厚77.5nmの
SiO 2、膜厚45nmのTiO2を交互に数対、光の導
波方向を厚さ方向として蒸着することにより、高反射コ
ート層19をレーザ2−1のレーザ非出射側反射面に設
けたレーザ2−2〜4(試料番号)を作製した。ここ
で、レーザ2−2〜4では高反射コート層19の効果を
確認するため、誘電体膜対数を変化させて、高反射コー
ト層の反射率を変化させて作製した。
Setting of a constant period of 92 nm and a depth of 30 nm
And a laser 2-1 having a diffraction grating formed uniformly between the reflection surfaces.
(Sample No.) was prepared. Furthermore, a film thickness of 77.5 nm
SiO Two, 45 nm thick TiOTwoA few pairs alternately, light guide
By vapor deposition with the wave direction as the thickness direction, high reflection
The gate layer 19 is provided on the laser non-emitting side reflection surface of the laser 2-1.
Girder lasers 2-2 to 4 (sample numbers) were produced. here
Then, with the lasers 2-2 to -4, the effect of the high reflection coating layer 19 is
To confirm, we changed the number of dielectric
It was manufactured by changing the reflectance of the layer.

【0045】以上の半導体レーザを、加速電圧15k
V、電子線径50μmの電子線で励起し、レーザ光の発
振を得た。素子構造、発振波長幅、発振閾値、出力効
率、複数個のレーザを作製した場合の単一モード発振確
率等の発振特性は下記の表に示すようになった。
The above-mentioned semiconductor laser is supplied with an acceleration voltage of 15 k
V, excitation with an electron beam having an electron beam diameter of 50 μm was performed, and laser light oscillation was obtained. The oscillation characteristics such as the element structure, oscillation wavelength width, oscillation threshold value, output efficiency, and single mode oscillation probability when a plurality of lasers are manufactured are as shown in the following table.

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】レーザ2−1及びレーザ2−2〜4の発振
波長幅の違いから、回折領域両端に設けた反射面の高反
射化により、単一モード発振確率が上昇することが分か
る。これは、周期的な凹凸形状の形成や、不純物ドーピ
ングなどによる周期的な屈折率変調構造形成により回折
格子を構成する場合、反射面が存在しない条件では、2
つの縮退した最大利得モードの利得が同程度になり2モ
ード発振となるが、回折格子により決定される回折波の
位相が、回折領域両端に設けた高反射率の反射面からの
反射波で乱されることにより、モードの縮退が解けるこ
とに起因する。
From the difference between the oscillation wavelength widths of the laser 2-1 and the lasers 2-2 to -4, it can be seen that the single mode oscillation probability is increased by increasing the reflection of the reflection surfaces provided at both ends of the diffraction region. This is because when a diffraction grating is formed by the formation of a periodic uneven shape or the formation of a periodic refractive index modulation structure by impurity doping, etc.
Although the gains of the two degenerate maximum gain modes become almost the same, two-mode oscillation occurs. However, the phase of the diffracted wave determined by the diffraction grating is disturbed by the reflected waves from the high-reflectance reflecting surfaces provided at both ends of the diffraction region. This causes the mode to be degenerated.

【0048】また、レーザ2−2〜4の発振特性比較よ
り、レーザ非出射側反射面を高反射化することにより、
発光効率の向上という有利な効果が得られることが分か
る。これは、端面反射率の非対称性による、低反射率端
面側でのレーザ光の取り出し効率の上昇に起因する。
From the comparison of the oscillation characteristics of the lasers 2-2 to -4, by making the reflection surface on the laser non-emission side highly reflective,
It can be seen that an advantageous effect of improving luminous efficiency can be obtained. This is due to an increase in laser light extraction efficiency on the low-reflectance end face side due to the asymmetry of the end face reflectivity.

【0049】以上のように、本実施形態によれば、単一
モードのレーザ発振確率の向上が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to improve the single mode laser oscillation probability.

【0050】(実施の形態3)次に本発明実施の形態3
における半導体レーザについて図4を参照しながら説明
する。図4は本発明実施の形態3における半導体レーザ
の側面図を示したものである。
(Embodiment 3) Next, Embodiment 3 of the present invention.
Will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a side view of a semiconductor laser according to the third embodiment of the present invention.

【0051】図4に示すように、本実施形態における電
子線励起半導体レーザでは、半導体光導波路に形成され
た回折領域13の上部、下部、または内部のいずれか
に、レーザ発振光の波長の2分の1の光学距離の周期の
回折格子が、光の導波方向に対して垂直に形成され、周
期が微小量異なる位相シフト領域20が回折領域内に一
部設けられている。
As shown in FIG. 4, in the electron-beam-pumped semiconductor laser according to the present embodiment, the wavelength of the laser oscillation light is set at the upper, lower, or inside of the diffraction region 13 formed in the semiconductor optical waveguide. A diffraction grating having a period of one-half optical distance is formed perpendicular to the light waveguide direction, and a phase shift region 20 whose period is slightly different from that of the diffraction grating is partially provided in the diffraction region.

【0052】基板5及び光導波路9の材料としては、実
施の形態1で示したように、従来と同様の材料を用い
る。
As the material of the substrate 5 and the optical waveguide 9, as described in the first embodiment, the same material as the conventional one is used.

【0053】以下では、上記の図4に示す半導体レーザ
の具体的な素子構造について、詳細に説明する。
Hereinafter, a specific element structure of the semiconductor laser shown in FIG. 4 will be described in detail.

【0054】本実施形態では、実施の形態2で用いたウ
ェハ2をウェハとして採用した。劈開により回折領域の
両端面を形成した。ここで端面間距離16を350μm
に設定した。一定周期92nm、深さ30nmの回折格
子を、実施の形態2と同様に、導波路上に形成した。こ
こで一ヶ所のみ回折格子周期を変化させた位相シフト領
域20を、両反射面間の中央に設けた。一定周期92n
mからの位相シフト量を−46nm、−23nm、+2
3nm、+46nmとした、レーザ3−1、2、3、4
(試料番号)をそれぞれ作製した。また、全位相シフト
量を+46nmとし、23nm周期の回折格子を2周期
含む位相シフト領域を設けること以外は、レーザ3−1
〜4と同構造のレーザ3−5(試料番号)を作製した。
また、レーザ3−4のレーザ出射側端面に誘電体多層膜
を蒸着し、無反射化したレーザ3−6(試料番号)を作
製した。また、レーザ3−4の回折領域のレーザ出射
側、及び非出射側の両端面に誘電体多層膜を蒸着し、無
反射化したレーザ3−7(試料番号)を作製した。ま
た、位相シフト領域を設けないこと以外は、レーザ3−
1〜4と同構造をとるレーザ3−8(試料番号)を、実
施形態の効果確認のために作製した。
In this embodiment, the wafer 2 used in the second embodiment is used as a wafer. Both end faces of the diffraction region were formed by cleavage. Here, the distance 16 between the end faces is set to 350 μm.
Set to. A diffraction grating having a constant period of 92 nm and a depth of 30 nm was formed on the waveguide as in the second embodiment. Here, a phase shift region 20 in which the diffraction grating period was changed only at one location was provided at the center between the two reflection surfaces. Constant period 92n
The phase shift amount from m is −46 nm, −23 nm, +2
Lasers 3-1, 2, 3, 4 with 3 nm and +46 nm
(Sample No.) were prepared. In addition, except that the total phase shift amount is set to +46 nm and the phase shift region including two diffraction gratings with a period of 23 nm is provided, the laser 3-1 is used.
Lasers 3-5 (sample numbers) having the same structures as in Nos. 4 to 4 were produced.
In addition, a dielectric multilayer film was deposited on the laser emission side end face of the laser 3-4, and a non-reflective laser 3-6 (sample number) was produced. In addition, a laser 3-7 (sample number) was prepared by depositing a dielectric multilayer film on both end surfaces on the laser emission side and on the non-emission side of the diffraction region of the laser 3-4 to make it non-reflective. In addition, except that the phase shift area is not provided,
Lasers 3-8 (sample numbers) having the same structure as 1-4 were produced for confirming the effects of the embodiment.

【0055】以上8種類の半導体レーザを、加速電圧1
5kV、電子線径50μmの電子線で励起し、レーザ光
の発振を得た。位相シフト領域の回折格子間距離、無反
射コート層の有無、出力効率、複数個の素子を作製した
場合の、単一モード発振の確率等、発振特性は下記の表
に示すようになった。
The above eight types of semiconductor lasers were set to an acceleration voltage of 1
It was excited by an electron beam having an electron beam diameter of 5 μm and an electron beam diameter of 50 μm, and laser light oscillation was obtained. The oscillation characteristics such as the distance between the diffraction gratings in the phase shift region, the presence or absence of a non-reflection coating layer, the output efficiency, and the probability of single mode oscillation when a plurality of elements were manufactured were as shown in the following table.

【0056】[0056]

【表3】 [Table 3]

【0057】レーザ3−8とレーザ3−1〜4の発振特
性の違いから、本実施形態の採用により、単一モード発
振確率が上昇することが分かる。これは、屈折率変調構
造により回折格子を形成した場合、2つの縮退した最大
利得モードの利得が同程度になり2モード発振となる
が、回折波の位相を決定する回折格子の位相を一部で変
化させたことにより、モードの縮退が解けたことに起因
する。
From the difference in oscillation characteristics between the laser 3-8 and the lasers 3-1 to -4, it can be seen that the single mode oscillation probability is increased by employing this embodiment. This is because, when a diffraction grating is formed by a refractive index modulation structure, the gains of the two degenerate maximum gain modes become almost the same, resulting in two-mode oscillation. However, the phase of the diffraction grating that determines the phase of the diffracted wave is partially changed. Is caused by the fact that the mode has been degenerated.

【0058】なお、レーザ3−1〜4の単一モード発振
確率特性より、回折領域中のレーザ発振光波長の4分の
1または4分の3に相当する位相シフトを導入すること
が好ましい。また、レーザ3−4とレーザ3−5の単一
モード発振確率特性より、位相シフト領域内に存在する
回折格子は、1回周期である必要はない。なお、レーザ
3−6とレーザ3−4の出力効率比較より、回折領域の
レーザ出射側に反射面を設け、さらに低反射化すること
が好ましい。
From the single mode oscillation probability characteristics of the lasers 3-1 to -4, it is preferable to introduce a phase shift corresponding to one quarter or three quarters of the laser oscillation light wavelength in the diffraction region. Further, from the single mode oscillation probability characteristics of the laser 3-4 and the laser 3-5, the diffraction grating existing in the phase shift region does not need to have a single period. From the comparison of the output efficiencies of the laser 3-6 and the laser 3-4, it is preferable to provide a reflection surface on the laser emission side of the diffraction region to further reduce the reflection.

【0059】なお、レーザ3−7とレーザ3−4の単一
モード発振確率特性より、回折領域の両端面を無反射化
することにより、高い確率で単一モード発振が得られ、
より好ましい。これは、位相シフト領域を設けた屈折率
変調構造により決定される、単一モードの回折波の位相
を乱す、端面からの反射波の影響が除去されることによ
る。
From the single mode oscillation probability characteristics of the lasers 3-7 and 3-4, by making both end faces of the diffraction region non-reflective, single mode oscillation can be obtained with high probability.
More preferred. This is because the influence of the reflected wave from the end face, which disturbs the phase of the single mode diffracted wave and is determined by the refractive index modulation structure provided with the phase shift region, is removed.

【0060】以上のように、本実施形態の採用により、
単一モードレーザ発振確率の向上が可能となる。
As described above, by adopting this embodiment,
The single mode laser oscillation probability can be improved.

【0061】(実施の形態4)次に本発明実施の形態4
における半導体レーザについて図5を参照しながら説明
する。
(Embodiment 4) Next, Embodiment 4 of the present invention.
Will be described with reference to FIG.

【0062】図5(a)及び(b)は本発明実施の形態
4における半導体レーザの側面図を示したものである。
本実施形態における電子線励起半導体レーザでは、半導
体光導波路9の一部に形成された活性回折領域21の上
部、下部、または内部のいずれかに、レーザ発振光の波
長の2分の1の整数倍の光学距離の周期の回折格子が形
成されており、活性回折領域の前後少なくとも一方に受
動回折領域22を有し、受動回折領域の上部、または下
部には、レーザ発振光の波長の2分の1の整数倍の光学
距離の周期ので、活性回折領域とは異なる回折効率の回
折格子が形成されている。
FIGS. 5A and 5B are side views of a semiconductor laser according to the fourth embodiment of the present invention.
In the electron beam pumped semiconductor laser according to the present embodiment, an integer equal to one half of the wavelength of the laser oscillation light is provided in any of the upper, lower, and inner portions of the active diffraction region 21 formed in a part of the semiconductor optical waveguide 9. A diffraction grating having a period of twice the optical distance is formed, and a passive diffraction region 22 is provided at least before or after the active diffraction region. Since the period of the optical distance is an integer multiple of 1, a diffraction grating having a diffraction efficiency different from that of the active diffraction region is formed.

【0063】基板5及び光導波路9の材料としては、実
施の形態1で示したように、従来と同様の材料を用い
る。
As the material of the substrate 5 and the optical waveguide 9, as described in the first embodiment, the same material as the conventional one is used.

【0064】以下では、上記の図5に示す半導体レーザ
の具体的な素子構造について、詳細に説明する。
Hereinafter, a specific element structure of the semiconductor laser shown in FIG. 5 will be described in detail.

【0065】実施の形態2で用いたウェハ2をウェハと
して採用した。劈開により光導波路9の両端に反射面を
形成した。面間距離16を500μmに設定した。一定
周期92nmの回折格子を、実施の形態2と同様に、導
波路上に形成した。ここで、レーザ4−1(試料番号)
として、レーザ出射側の活性回折領域21には深さ30
nmの回折格子を、活性領域のレーザ非出射側に設けた
受動領域22には深さ50nmの回折格子を形成した半
導体レーザを作製した。ここで活性回折領域長23を2
00μm、受動回折領域長24を300μmに設定し
た。レーザ4−1の側面図を図5(a)に示す。また、
深さ30nmの回折格子を劈開面間に一様に形成し、さ
らに、領域長200μmのレーザ出射側の活性回折領域
21上を、活性層よりも低屈折率の媒質25により覆っ
た、レーザ4−2(試料番号)を作製した。本実施例で
は活性層よりも低屈折率の物質としてSiO2ガラスを
用い、厚さ45nm蒸着した。励起時のチャージアップ
を防ぐため、SiO2ガラス上には導電性物質26であ
る、Agを20nm蒸着した。レーザ4−2の側面図を
図5(b)に示す。また、活性領域と受動領域に、一定
深さ50nmの回折格子を一定周期92nmで一様に形
成したレーザ4−3(試料番号)を、実施形態の効果確
認のために作製した。
The wafer 2 used in the second embodiment was used as a wafer. Reflection surfaces were formed at both ends of the optical waveguide 9 by cleavage. The inter-plane distance 16 was set to 500 μm. A diffraction grating having a constant period of 92 nm was formed on the waveguide as in the second embodiment. Here, laser 4-1 (sample number)
In the active diffraction region 21 on the laser emission side, a depth of 30
A semiconductor laser was manufactured in which a diffraction grating having a depth of 50 nm was formed on a passive region 22 provided with a diffraction grating having a thickness of 50 nm on the laser non-emitting side of the active region. Here, the active diffraction region length 23 is set to 2
The length of the passive diffraction region 24 was set to 300 μm. FIG. 5A shows a side view of the laser 4-1. Also,
A laser 4 having a diffraction grating having a depth of 30 nm formed uniformly between the cleavage planes and further covering the active diffraction region 21 on the laser emission side with a region length of 200 μm with a medium 25 having a lower refractive index than the active layer. -2 (sample number). In this embodiment, SiO 2 glass was used as a material having a lower refractive index than the active layer, and was deposited to a thickness of 45 nm. In order to prevent charge-up at the time of excitation, 20 nm of Ag, which is the conductive substance 26, was deposited on the SiO 2 glass. FIG. 5B shows a side view of the laser 4-2. In addition, a laser 4-3 (sample number) in which a diffraction grating having a constant depth of 50 nm was uniformly formed in the active region and the passive region at a constant period of 92 nm was produced for confirming the effect of the embodiment.

【0066】以上3種類の半導体レーザを、加速電圧1
5kV、電子線径50μmの電子線で励起し、レーザ光
の発振を得た。出力効率、複数個のレーザを作製した場
合の、単一モード発振の確率等の発振特性は下記の表に
示すようになった。
The above three types of semiconductor lasers were set to an acceleration voltage of 1
It was excited by an electron beam having an electron beam diameter of 5 μm and an electron beam diameter of 50 μm, and laser light oscillation was obtained. The oscillation characteristics such as the output efficiency and the probability of single mode oscillation when a plurality of lasers are manufactured are as shown in the following table.

【0067】[0067]

【表4】 [Table 4]

【0068】上記の(表4)に示すように、レーザ4−
1及び4−2の発振特性をレーザ4−3の発振特性と比
較すると、本実施形態の採用により安定した単一モード
でのレーザ発振が得られることが分かる。これは、活性
回折領域21の屈折率変調構造により、レーザ発振波長
幅に選択性が存在するうえに、受動回折領域22が、強
い波長選択性をもつ光学反射鏡として機能していること
に起因する。ここで、受動回折領域22を高反射率の反
射鏡として機能させるために、活性回折領域21よりも
深い回折格子を設けることが有効であることがレーザ4
−1の特性より分かる。同様に、活性回折領域21に設
けた回折格子の深さを実質的に浅くすることによって
も、受動回折領域22を高反射率の反射鏡として機能さ
せることが可能であることがレーザ4−2の特性より分
かる。また、活性導波路領域のレーザ非出射側端面への
高反射膜形成により単一モードでのレーザ発振を得る実
施形態2の方法と比較して、本実施形態は、ウェハ単位
の作製プロセスが適用できるという優位点を有する。ま
た、活性導波路領域内に位相シフト領域を設けることに
より、単一モード発振を得る実施形態3の方法と比較し
て、本実施形態は光出力効率の向上という優位点を有す
る。
As shown in Table 4 above, the laser 4-
Comparing the oscillation characteristics of the lasers 1 and 4-2 with the oscillation characteristics of the laser 4-3, it can be seen that the adoption of the present embodiment enables stable laser oscillation in a single mode. This is because the refractive index modulation structure of the active diffraction region 21 has selectivity in the laser oscillation wavelength width, and the passive diffraction region 22 functions as an optical reflector having strong wavelength selectivity. I do. Here, it is effective to provide a diffraction grating deeper than the active diffraction region 21 in order to make the passive diffraction region 22 function as a reflecting mirror having a high reflectance.
It can be seen from the characteristic of -1. Similarly, by making the depth of the diffraction grating provided in the active diffraction region 21 substantially shallow, it is possible to make the passive diffraction region 22 function as a high-reflectance reflecting mirror by using the laser 4-2. It can be seen from the characteristics of Further, in comparison with the method of Embodiment 2 in which laser oscillation in a single mode is obtained by forming a high-reflection film on the end face of the active waveguide region on the laser non-emission side, the present embodiment applies a wafer-by-wafer fabrication process. It has the advantage of being able to. Further, as compared with the method of the third embodiment in which a single mode oscillation is obtained by providing a phase shift region in the active waveguide region, the present embodiment has an advantage that the light output efficiency is improved.

【0069】以上のように、本実施形態の採用により、
レーザの高効率化、単一モードでのレーザ発振の確率向
上が可能となる。
As described above, by adopting this embodiment,
It is possible to increase the efficiency of the laser and improve the probability of laser oscillation in a single mode.

【0070】(実施の形態5)次に本発明実施の形態5
における半導体レーザについて図6を参照しながら説明
する。
(Embodiment 5) Next, Embodiment 5 of the present invention.
Will be described with reference to FIG.

【0071】図6(a)は本発明実施の形態5における
半導体レーザの斜視図を、図6(b)は本実施形態の半
導体レーザの側面図を示したものである。本実施形態に
おける電子線励起半導体レーザでは、光導波路の一部
に、電子線により励起される活性導波路領域27を有
し、活性領域の前後少なくとも一方に受動回折領域22
を有し、受動領域の光導波路の上部、下部、または内部
に、レーザ発振光の波長の2分の1の整数倍の光学距離
の周期の回折格子が形成されている。
FIG. 6A is a perspective view of a semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a side view of the semiconductor laser of the present embodiment. In the electron beam pumped semiconductor laser according to the present embodiment, an active waveguide region 27 that is excited by an electron beam is provided in a part of the optical waveguide, and the passive diffraction region 22 is provided at least one of before and after the active region.
And a diffraction grating having a period having an optical distance equal to an integral multiple of half the wavelength of the laser oscillation light is formed above, below, or inside the optical waveguide in the passive region.

【0072】基板5及び光導波路9の材料としては、実
施の形態1で示したように、従来と同様の材料を用い
る。
As the material of the substrate 5 and the optical waveguide 9, as described in the first embodiment, the same material as that of the related art is used.

【0073】以下では、上記の図6に示す半導体レーザ
の具体的な素子構造について詳細に説明する。
Hereinafter, a specific element structure of the semiconductor laser shown in FIG. 6 will be described in detail.

【0074】製造する際に、実施の形態2で用いたウェ
ハ2をウェハとして採用した。劈開により光導波路の両
端に500μmの面間距離16で反射面を形成した。こ
こで、受動回折領域22は活性導波路領域27のレーザ
光非出射側に設けた。活性導波路領域長28を200μ
m、受動回折領域長24を300μmとし、深さ30n
m、一定周期の回折格子を、レーザ光の導波軸に垂直
に、受動回折領域22上に形成した。回折格子の周期を
92nmとしたレーザ5−1(試料番号)および、周期
を184nmとしたレーザ5−2(試料番号)を形成し
た。また、発明の効果を確認するため、300μmの面
間距離16でウェハを劈開しただけのレーザ5−3(試
料番号)を作製した。
At the time of manufacturing, the wafer 2 used in the second embodiment was used as a wafer. By the cleavage, reflection surfaces were formed at both ends of the optical waveguide at an inter-surface distance of 500 μm 16. Here, the passive diffraction region 22 is provided on the non-laser light emission side of the active waveguide region 27. The active waveguide region length 28 is 200 μ
m, the passive diffraction region length 24 is 300 μm, and the depth is 30 n.
m, a diffraction grating having a constant period was formed on the passive diffraction region 22 perpendicular to the waveguide axis of the laser beam. Laser 5-1 (sample number) having a period of the diffraction grating of 92 nm and laser 5-2 (sample number) having a period of 184 nm were formed. Further, in order to confirm the effect of the present invention, a laser 5-3 (sample number) in which only the wafer was cleaved at a plane distance 16 of 300 μm was prepared.

【0075】以上3種類の半導体レーザを、加速電圧1
5kV、電子線径50μmの電子線で励起し、レーザ光
の発振を得た。回折格子の周期、発振波長幅、発振閾
値、出力効率、複数個のレーザを作製した場合の、単一
モード発振の確率等の発振特性は下記の表に示すように
なった。
The above three types of semiconductor lasers are supplied with an acceleration voltage of 1
It was excited by an electron beam having an electron beam diameter of 5 μm and an electron beam diameter of 50 μm, and laser light oscillation was obtained. The oscillation characteristics such as the period of the diffraction grating, the oscillation wavelength width, the oscillation threshold, the output efficiency, and the probability of single mode oscillation when a plurality of lasers are manufactured are as shown in the following table.

【0076】[0076]

【表5】 [Table 5]

【0077】上記の(表5)に示すように、レーザ5−
1及び5−2と5−3の発振特性の違いから、本実施形
態の採用により、レーザ発振波長の幅が狭くなっている
ことが分かるが、これは、受動領域22が強い波長選択
性を有する光学反射鏡として機能していることに起因す
る。この結果、レーザ発振閾値の低減という有利な効果
も得られる。なお、レーザ発振モード数の低減のために
は、受動領域22の波長選択性を高めることが必要であ
り、受動領域22に設ける回折格子は、レーザ発振波長
の2分の1の光学距離に相当する周期であることが好ま
しい。
As shown in Table 5 above, the laser 5
From the difference in the oscillation characteristics between 1 and 5-2 and 5-3, it can be seen that the width of the laser oscillation wavelength is narrowed by adopting the present embodiment. This is because the passive region 22 has strong wavelength selectivity. This is because it functions as an optical reflecting mirror. As a result, an advantageous effect of reducing the laser oscillation threshold can be obtained. In order to reduce the number of laser oscillation modes, it is necessary to increase the wavelength selectivity of the passive region 22, and the diffraction grating provided in the passive region 22 corresponds to an optical distance of one half of the laser oscillation wavelength. It is preferable that the cycle be performed.

【0078】また、本実施形態の半導体レーザでは、レ
ーザ発振波長を決定する回折格子は、活性領域12と別
の領域に設ける構成となっているため、電子線照射によ
って発生する熱の影響を受けにくく、安定な同一波長で
のレーザ発振が可能であるという有利な効果が得られ
る。
In the semiconductor laser according to the present embodiment, the diffraction grating for determining the laser oscillation wavelength is provided in a region different from the active region 12, so that it is affected by heat generated by electron beam irradiation. It is difficult to obtain the advantageous effect that stable laser oscillation at the same wavelength is possible.

【0079】以上のように本実施形態の採用により、レ
ーザ発振波長幅の狭帯域化が可能となる。
As described above, by employing the present embodiment, it is possible to narrow the laser oscillation wavelength width.

【0080】(実施の形態6)次に本発明実施の形態6
における半導体レーザについて図7を参照しながら説明
する。
(Embodiment 6) Next, Embodiment 6 of the present invention.
Will be described with reference to FIG.

【0081】図7は本発明実施の形態6における半導体
レーザの上面構造図を示したものである。本実施形態に
おける電子線励起半導体レーザは、実施の形態5の半導
体レーザの受動回折領域に形成される回折格子が、同心
円状、または同心円弧状に形成されていることを特徴と
するものである。
FIG. 7 is a top structural view of a semiconductor laser according to the sixth embodiment of the present invention. The electron beam pumped semiconductor laser according to the present embodiment is characterized in that the diffraction grating formed in the passive diffraction region of the semiconductor laser according to the fifth embodiment is formed in a concentric or concentric arc shape.

【0082】基板5及び活性層8の材料としては、実施
の形態1で示したように、従来と同様の材料を用いる。
As the material of the substrate 5 and the active layer 8, as described in the first embodiment, the same material as that of the related art is used.

【0083】以下では、上記の図7に示す半導体レーザ
の具体的な素子構造について詳細に説明する。
Hereinafter, a specific element structure of the semiconductor laser shown in FIG. 7 will be described in detail.

【0084】曲率をもつレーザ出射面6は反応性イオン
エッチング法により形成した。以下に、反応性イオンエ
ッチング法工程について具体的に述べる。
The laser emitting surface 6 having a curvature was formed by a reactive ion etching method. Hereinafter, the reactive ion etching process will be specifically described.

【0085】導波路表面にレジストをスピンコートし、
電子ビーム露光によりパターンを転写する。現像を行
い、レジストパターンを形成した後、金属を真空蒸着す
る。レジスト上の金属を溶媒により除去した後、反応性
イオンエッチングによりレーザ出射面6を形成する。
A resist is spin-coated on the waveguide surface,
The pattern is transferred by electron beam exposure. After developing and forming a resist pattern, metal is vacuum deposited. After removing the metal on the resist with a solvent, the laser emitting surface 6 is formed by reactive ion etching.

【0086】レーザ出射面の曲率半径29を700μm
に、活性導波路領域長28を200μmに、受動回折領
域長24を300μmに設定した。受動領域の光導波路
表面に、一定周期92nm深さ50nmの回折格子を、
レーザ出射面と同心円弧状に形成したレーザ6−1を作
製した。レーザ6−1では回折格子形成角度30は15
0度とした。
The radius of curvature 29 of the laser emission surface is set to 700 μm.
The active waveguide region length 28 was set to 200 μm, and the passive diffraction region length 24 was set to 300 μm. A diffraction grating having a constant period of 92 nm and a depth of 50 nm is formed on the surface of the optical waveguide in the passive region.
A laser 6-1 formed concentrically with the laser emission surface was produced. In the laser 6-1, the diffraction grating forming angle 30 is 15
0 degrees.

【0087】レーザ6−1を、加速電圧15kV、電子
線径50μmの電子線2で励起し、2モードでのレーザ
光の発振を得た。レーザ発振モード数の低減は、実施形
態4及び5と同様に、受動回折領域に形成された回折格
子が、強い波長選択性をもつ光学反射鏡としてはたらく
ことに起因する。また、従来の半導体レーザ装置ではキ
ャビティ構造が曲率をもつ場合、反射コート層による一
様な高反射化を行うことが困難であり、出力効率が上が
らないという課題があったが、本実施形態では高反射鏡
として作用する受動回折領域の形成により、上記課題も
同時に解決される。なお、同心円状及び、同心円弧状形
状の回折格子形成は、実施の形態1〜4の半導体レーザ
にも適用可能なのは云うまでもない。
The laser 6-1 was excited by the electron beam 2 having an acceleration voltage of 15 kV and an electron beam diameter of 50 μm, and laser light was emitted in two modes. The reduction in the number of laser oscillation modes is caused by the fact that the diffraction grating formed in the passive diffraction region acts as an optical reflecting mirror having strong wavelength selectivity, as in the fourth and fifth embodiments. Further, in the conventional semiconductor laser device, when the cavity structure has a curvature, it is difficult to perform a uniform high reflection by the reflection coating layer, and there is a problem that the output efficiency is not improved. The above-mentioned problem is solved at the same time by forming a passive diffraction region acting as a high reflection mirror. It goes without saying that the formation of the concentric and concentric arc diffraction gratings can be applied to the semiconductor lasers of the first to fourth embodiments.

【0088】また、励起電子線の照射位置を走査するこ
とによりレーザ光11の出射方向を、扇状に走査するこ
とが可能となった。本実施形態で得られた放射円状に走
査可能なレーザ光は、電極の形成を必要とする電流注入
型の半導体レーザでは実現困難であり、励起電子線を容
易に走査することが可能な電子線励起の方法により、特
に実現されうる形態である。
Further, by scanning the irradiation position of the excitation electron beam, the emission direction of the laser beam 11 can be scanned in a fan shape. The laser beam that can be scanned in a circular shape obtained in the present embodiment is difficult to realize with a current injection type semiconductor laser that requires the formation of an electrode, and is capable of easily scanning an excitation electron beam. This is a mode that can be particularly realized by the method of line excitation.

【0089】以上のように、本実施形態によれば、狭波
長帯域で発振するレーザ光を放射状に走査することが可
能となる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to scan a laser beam oscillating in a narrow wavelength band radially.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上のように本発明によればレーザ発光
効率の向上、及びレーザ発振波長幅の狭帯域化、レーザ
発振モード数の低減という有利な効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the advantageous effects of improving the laser emission efficiency, narrowing the laser oscillation wavelength width, and reducing the number of laser oscillation modes can be obtained.

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

【図1】(a)本発明実施の形態1における半導体レー
ザの斜視図 (b)本発明実施の形態1における半導体レーザの側面
FIG. 1A is a perspective view of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a side view of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図2】(a)本発明の実施の形態で用いた多重量子井
戸構造の断面図 (b)本発明の実施の形態で用いたウェハの断面図
FIG. 2A is a cross-sectional view of a multiple quantum well structure used in an embodiment of the present invention. FIG. 2B is a cross-sectional view of a wafer used in an embodiment of the present invention.

【図3】(a)本発明実施の形態2における半導体レー
ザの斜視図 (b)本発明実施の形態2における半導体レーザの側面
3A is a perspective view of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3B is a side view of the semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明実施の形態3における半導体レーザの側
面図
FIG. 4 is a side view of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.

【図5】(a)本発明実施の形態5における半導体レー
ザの側面図 (b)本発明実施の形態5における半導体レーザの側面
5A is a side view of a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 5B is a side view of the semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention.

【図6】(a)本発明実施の形態5における半導体レー
ザの斜視図 (b)本発明実施の形態5における半導体レーザの側面
6A is a perspective view of a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a side view of the semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明実施の形態6における半導体レーザの上
面構造図
FIG. 7 is a top structural view of a semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】従来の電子線励起半導体レーザの構造図FIG. 8 is a structural diagram of a conventional electron beam pumped semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子銃 2 電子線 3 光共振器 4 電子レンズ 5 基板 6 反射面 7 反射面 8 活性層 9 半導体光導波路 10 キャビティ長 11 レーザ光 12 回折格子 13 回折領域 14 クラッド層 15 量子井戸 16 反射面間距離 17 利得変調の周期 18 屈折率変調の周期 19 高反射コート層 20 位相シフト領域 21 活性回折領域 22 受動回折領域 23 活性回折領域長 24 受動回折領域長 25 活性層よりも低屈折率の媒質 26 導電性物質 27 活性導波路領域 28 活性導波路領域長 29 レーザ出射面の曲率半径 30 回折格子形成角度 REFERENCE SIGNS LIST 1 electron gun 2 electron beam 3 optical resonator 4 electron lens 5 substrate 6 reflecting surface 7 reflecting surface 8 active layer 9 semiconductor optical waveguide 10 cavity length 11 laser beam 12 diffraction grating 13 diffraction region 14 cladding layer 15 quantum well 16 between reflection surfaces Distance 17 Period of gain modulation 18 Period of refractive index modulation 19 High reflection coating layer 20 Phase shift region 21 Active diffraction region 22 Passive diffraction region 23 Active diffraction region length 24 Passive diffraction region length 25 Medium having lower refractive index than active layer 26 Conductive substance 27 Active waveguide region 28 Active waveguide region length 29 Radius of curvature of laser emitting surface 30 Diffraction grating formation angle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 任田 隆夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takao Nita 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】上下媒質よりも光学的屈折率が大きい光導
波路と、前記光導波路の一部、全域の上部、下部、また
は内部のいずれかに、レーザ発振光の波長の2分の1、
またはこの長さの整数倍に相当する光学距離の周期の回
折格子が光の導波方向に対して垂直に形成されている回
折領域とを有し、前記回折領域内の前記光導波路の少な
くとも一部に電子線を照射することによってレーザ光を
発する半導体レーザ。
1. An optical waveguide having an optical refractive index larger than that of an upper and lower medium, and a part of the optical waveguide, an upper part, a lower part, or an inside of the whole area, a half of a wavelength of laser oscillation light,
Or a diffraction region in which a diffraction grating having a period of an optical distance corresponding to an integral multiple of this length is formed perpendicular to the light guiding direction, and at least one of the optical waveguides in the diffraction region. A semiconductor laser that emits laser light by irradiating a part with an electron beam.
【請求項2】光導波路に、光の導波方向に対して垂直に
形成され、レーザ発振光の波長の2分の1の整数倍に相
当する光学距離隔てた反射面を有し、少なくとも一方の
前記反射面に高反射コート層が形成されたことを特徴と
する請求項1に記載の半導体レーザ。
2. An optical waveguide having a reflecting surface formed perpendicular to a light guiding direction and separated by an optical distance corresponding to an integral multiple of half the wavelength of laser oscillation light, and at least one reflecting surface. 2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a high reflection coating layer is formed on said reflection surface.
【請求項3】レーザ発振光の波長の2分の1に相当する
光学距離の周期で形成された回折格子を有し、前記周期
が微小量異なる位相シフト領域を、前記回折領域の少な
くとも一ヶ所に設けたことを特徴とする請求項1に記載
の半導体レーザ。
3. A diffraction grating formed with a period of an optical distance corresponding to one half of the wavelength of the laser oscillation light, wherein at least one of the diffraction regions has a phase shift region in which the period is slightly different. 2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser is provided.
【請求項4】位相シフト領域内に導入された回折格子の
一定周期からの全位相シフト量が、レーザ発振光の波長
の長さの4分の1の奇数倍に相当する光学距離であるこ
とを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ。
4. The total phase shift amount of a diffraction grating introduced into a phase shift region from a predetermined period is an optical distance corresponding to an odd multiple of a quarter of the wavelength of laser oscillation light. 4. The semiconductor laser according to claim 3, wherein:
【請求項5】光導波路の両端面に無反射コート層を形成
したことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザ。
5. The semiconductor laser according to claim 4, wherein anti-reflection coating layers are formed on both end faces of the optical waveguide.
【請求項6】上下媒質よりも光学的屈折率が大きい光導
波路と、前記光導波路の一部、全域の上部、下部、また
は内部のいずれかに、レーザ発振光の波長の2分の1、
またはこの長さの整数倍に相当する光学距離の周期の回
折格子が、光の導波方向に対して垂直に形成されている
少なくとも2種類以上の回折領域とを有し、少なくとも
一部に電子線を照射する活性回折領域に形成された回折
格子と、電子線を照射しない受動回折領域に形成された
回折格子の回折効率が異なることを特徴とする半導体レ
ーザ。
6. An optical waveguide having an optical refractive index larger than that of the upper and lower media, and a part of the optical waveguide, an upper part, a lower part, or an inside of the whole area, a half of a wavelength of laser oscillation light,
Alternatively, a diffraction grating having a period of an optical distance corresponding to an integral multiple of this length has at least two or more types of diffraction regions formed perpendicular to the light guiding direction, and at least a part of the diffraction regions. A semiconductor laser characterized in that a diffraction grating formed in an active diffraction region irradiated with an electron beam and a diffraction grating formed in a passive diffraction region irradiated with no electron beam have different diffraction efficiencies.
【請求項7】受動回折領域の回折効率が、活性回折領域
の回折効率よりも高いことを特徴とする請求項6に記載
の半導体レーザ。
7. The semiconductor laser according to claim 6, wherein the diffraction efficiency of the passive diffraction region is higher than the diffraction efficiency of the active diffraction region.
【請求項8】活性回折領域に導入した回折格子の接する
媒質が、受動活性領域に導入する回折格子の接する媒質
と比較して、導波路材料との屈折率比が小さい材料であ
ることを特徴とする請求項7に記載の半導体レーザ。
8. A medium in which a diffraction grating introduced into an active diffraction region is in contact with a medium in contact with a diffraction grating introduced into a passive active region is a material having a smaller refractive index ratio with respect to a waveguide material. The semiconductor laser according to claim 7, wherein
【請求項9】上下媒質よりも光学的屈折率が大きい光導
波路と、前記光導波路の一部分の上部、下部、または内
部のいずれかに、レーザ発振光の波長の2分の1、また
はこの長さの整数倍に相当する光学距離の周期の回折格
子が光の導波方向に対して垂直に形成されている回折領
域とを有し、前記回折領域以外の領域に電子線を照射す
ることによってレーザ光を発する半導体レーザ。
9. An optical waveguide having an optical refractive index larger than that of the upper and lower media, and a half of the wavelength of the laser oscillation light or a length of one half of the wavelength of the laser oscillation light, which is provided at an upper part, a lower part, or inside a part of the optical waveguide. A diffraction grating having a period of an optical distance corresponding to an integral multiple of the diffraction region has a diffraction region formed perpendicular to the light waveguide direction, and irradiating an electron beam to a region other than the diffraction region. A semiconductor laser that emits laser light.
【請求項10】回折格子を周期的な利得変調構造、また
は周期的な屈折率変調構造により形成することを特徴と
する請求項1から9いずれかに記載の半導体レーザ。
10. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the diffraction grating is formed by a periodic gain modulation structure or a periodic refractive index modulation structure.
【請求項11】回折格子が同心円状、または同心円弧状
に形成されることを特徴とする請求項1から10いずれ
かに記載の半導体レーザ。
11. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the diffraction grating is formed in a concentric shape or a concentric arc shape.
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