JPH10229252A - Light pulse generator element - Google Patents

Light pulse generator element

Info

Publication number
JPH10229252A
JPH10229252A JP3392397A JP3392397A JPH10229252A JP H10229252 A JPH10229252 A JP H10229252A JP 3392397 A JP3392397 A JP 3392397A JP 3392397 A JP3392397 A JP 3392397A JP H10229252 A JPH10229252 A JP H10229252A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
region
electrode
active layer
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3392397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Ota
浩一 太田
Hirobumi Suga
博文 菅
Takenori Morita
剛徳 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP3392397A priority Critical patent/JPH10229252A/en
Publication of JPH10229252A publication Critical patent/JPH10229252A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light pulse generator element, capable of generating an ultrashort and high-peak power light pulses. SOLUTION: This element has a double-hetero structure having an nand p-type clad layers 37, 40 with non-doped active layer 38 sandwiched therebetween. A non-doped clad layer 39 is sandwiched between these layers 38, 40. A laser resonator is divided by two p-type electrodes 42, 43 in the length direction into three regions, i.e., two gain regions 31 and saturable absorptive region 32 sandwiched therebetween. An r-f modulating signal is applied to the gain regions 31 with a d-c reverse bias which is applied to an absortive region 32 for improving the response speed of the region 32, thereby generating a short-pulse width high-power ultrashort pulse.

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、半導体レーザを用
いて超短パルスを発生させる光パルス発生素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical pulse generating element for generating an ultrashort pulse using a semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】小型、軽量で直接変調が可能な半導体レ
ーザは超短パルス発生に広く用いられている。
2. Description of the Related Art Semiconductor lasers which are small, lightweight and capable of direct modulation are widely used for generating ultrashort pulses.

【0003】P.P.Vasil'evらは、半導体レーザの共振器
中に可飽和吸収領域を設け、逆バイアス電圧を印加する
ことにより、パルス幅1.65ピコ秒、ピーク出力10
Wの光パルスを得た(P.P.Vasil'ev, I.H.White, D.Bur
ns and W.Sibbett, CLEO'93,Baltimore, 1993, Paper C
ThC8)。この可飽和吸収と利得スイッチング法を併用し
た受動Qスイッチング法は、他のモード同期法等に比べ
て数十倍のピーク出力が得られるのが特徴である。
[0003] PPVasil'ev et al. Provide a saturable absorption region in the cavity of a semiconductor laser and apply a reverse bias voltage to thereby provide a pulse width of 1.65 picoseconds and a peak output of 10.
W light pulses were obtained (PPVasil'ev, IHWhite, D. Bur
ns and W. Sibbett, CLEO'93, Baltimore, 1993, Paper C
ThC8). The passive Q-switching method using the saturable absorption and the gain switching method is characterized in that a peak output several tens of times higher than that of other mode-locking methods or the like can be obtained.

【0004】図7は、この受動Qスイッチング法を用い
た半導体レーザの構造を示す斜視図、図8は図7のA−
A断面図である。まず図8により、半導体レーザの積層
構造について説明する。GaAsからなるn型基板20
の底面にn電極28を蒸着し、上面にGaAsからなる
n型バッファ層21、Al0.4Ga0.6Asからなるn型
クラッド層22、AlxGa1-xAs(x<0.4)から
なる活性層23、Al0.4Ga0.6Asからなるp型クラ
ッド層24及びGaAsからなるp型キャップ層25が
順次積層されている。このようにp型、n型若しくは中
性の活性層をp型とn型のクラッド層で挟みこんだ構造
をダブルヘテロ(DH)構造と呼ぶ。
FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser using the passive Q switching method, and FIG.
It is A sectional drawing. First, the laminated structure of the semiconductor laser will be described with reference to FIG. N-type substrate 20 made of GaAs
An n-electrode 28 is deposited on the bottom surface, and an n-type buffer layer 21 made of GaAs, an n-type cladding layer 22 made of Al 0.4 Ga 0.6 As, and Al x Ga 1 -x As (x <0.4) are formed on the top surface. An active layer 23, a p-type cladding layer 24 made of Al 0.4 Ga 0.6 As and a p-type cap layer 25 made of GaAs are sequentially laminated. Such a structure in which the p-type, n-type or neutral active layer is sandwiched between the p-type and n-type cladding layers is called a double hetero (DH) structure.

【0005】図7に示すように、p型キャップ層25に
は、共振器の長手方向に沿って、ストライプ状の突起部
10があり、突起部10は長手方向に3分割されてい
る。p型キャップ層25上には、凸字形状と凹字形状の
2つのp電極26、27が積層されており、2つのp電
極26、27は凸部と凹部を向かい合わせにして、この
部分が突起部10で組み合わさるような形で配置されて
いる。したがって、3つの突起部10のうち中央の突起
部10には、凸字形状のp電極26が、両端の突起部1
0には、凹字形状のp電極27が積層されている。2つ
のp電極26、27は接触していないため、両電極2
6、27とn電極28との間には異なる電界を印加する
ことができる。この結果、図8が示している共振器部分
は電気的に3つの領域に分割され、中心に可飽和吸収領
域11、両側に利得領域12が配置される。
As shown in FIG. 7, the p-type cap layer 25 has a stripe-shaped protrusion 10 along the longitudinal direction of the resonator, and the protrusion 10 is divided into three in the longitudinal direction. On the p-type cap layer 25, two convex and concave p-electrodes 26 and 27 are laminated, and the two p-electrodes 26 and 27 have a convex portion and a concave portion facing each other. Are arranged in such a manner as to be combined with each other at the projection 10. Therefore, a convex p-electrode 26 is provided on the central protruding portion 10 of the three protruding portions 10, and the protruding portions 1 on both ends are provided.
At 0, a concave p-electrode 27 is laminated. Since the two p electrodes 26 and 27 are not in contact, both electrodes 2
Different electric fields can be applied between 6, 27 and n-electrode 28. As a result, the resonator portion shown in FIG. 8 is electrically divided into three regions, with a saturable absorption region 11 at the center and gain regions 12 on both sides.

【0006】利得領域12に変調電流を印加すると、光
パルスが変調される。また、吸収領域11にDC逆バイ
アスを印加すると、可飽和吸収現象が強調される。この
ため、両者の併用により光パルスの高出力化、短パルス
化を実現している。
When a modulation current is applied to the gain region 12, an optical pulse is modulated. When a DC reverse bias is applied to the absorption region 11, the saturable absorption phenomenon is emphasized. Therefore, high output and short pulse of the optical pulse are realized by using both of them.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
DH構造の半導体レーザでは、光パルス幅を1ピコ秒以
下に短縮するのは困難であった。これは、以下に挙げる
理由による。吸収領域の応答速度は空乏層の厚さと残留
キャリア濃度に依存し、空乏層が厚く、残留キャリア濃
度が低いほど、応答速度は短縮され、光パルス幅を短く
できる。一方、従来のDH構造の半導体レーザでは、可
飽和吸収部への逆バイアス電圧の印加によって形成され
る空乏層の厚みは、活性層の厚さにより制限されてい
た。活性層を厚くすると、しきい値の上昇や効率の低下
を招くため、活性層の厚さは0.3μm程度が限界であ
った。従って、吸収領域の応答速度を上げることができ
ず、光パルス幅を十分に短縮できなかった。
However, it has been difficult for the conventional DH structure semiconductor laser to reduce the light pulse width to 1 picosecond or less. This is for the following reasons. The response speed of the absorption region depends on the thickness of the depletion layer and the residual carrier concentration. The thicker the depletion layer and the lower the residual carrier concentration, the shorter the response speed and the shorter the light pulse width. On the other hand, in a conventional semiconductor laser having a DH structure, the thickness of a depletion layer formed by applying a reverse bias voltage to a saturable absorber is limited by the thickness of an active layer. Thickening of the active layer causes an increase in threshold value and a decrease in efficiency. Therefore, the thickness of the active layer is limited to about 0.3 μm. Therefore, the response speed of the absorption region cannot be increased, and the light pulse width cannot be sufficiently reduced.

【0008】本発明では、超短パルスで高ピーク出力の
光パルスを発生できる光パルス発生素子を提供すること
を課題とする。
It is an object of the present invention to provide an optical pulse generating element capable of generating an optical pulse having an ultrashort pulse and a high peak output.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、活性層を第1
導電型クラッド層と第2導電型クラッド層とで挟むよう
に積層したDH構造を有する光パルス発生素子におい
て、活性層と第1導電型クラッド層との間又は活性層と
第2導電型クラッド層との間の少なくとも一方にノンド
ープクラッド層を介在させ、積層方向と直交方向にレー
ザ光共振器を構成すると共に、第1クラッド層を介して
活性層に電流を供給する電極層をレーザ光共振器の長手
方向に少なくとも二つに分割し、分割された電極層のう
ち少なくとも一つの電極層に逆方向のDCバイアスを印
加すると共に、他の少なくとも一つの電極層に順方向の
RFバイアスを印加することを特徴とする。
According to the present invention, an active layer is formed in a first layer.
In an optical pulse generating element having a DH structure laminated so as to be sandwiched between a conductive type clad layer and a second conductive type clad layer, between the active layer and the first conductive type clad layer or between the active layer and the second conductive type clad layer A non-doped cladding layer is interposed in at least one of the layers, a laser optical resonator is formed in a direction perpendicular to the laminating direction, and an electrode layer for supplying current to the active layer via the first cladding layer is formed as a laser optical resonator. , And a reverse DC bias is applied to at least one of the divided electrode layers, and a forward RF bias is applied to at least one other electrode layer. It is characterized by the following.

【0010】これによれば、活性層厚さに依存せずに空
乏層の厚さを増すことができるため、吸収領域の応答速
度を向上させることができる。また、吸収領域に逆方向
のDCバイアスを印加することで、吸収領域の応答速度
を向上させ、利得領域にRFバイアスを印加することで
立ち上がりの俊敏なパルス光を得ることができる。
According to this, since the thickness of the depletion layer can be increased without depending on the thickness of the active layer, the response speed of the absorption region can be improved. In addition, by applying a DC bias in the reverse direction to the absorption region, the response speed of the absorption region can be improved, and by applying an RF bias to the gain region, pulse light with a rapid rise can be obtained.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態を説明する。図1は、本発明の第1の実施形態
に係る光パルス発生素子の構造を示す斜視図、図2、図
3はそれぞれそのA−A線、B−B線断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an optical pulse generating element according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are sectional views taken along lines AA and BB, respectively.

【0012】まず、図2、図3を参照して、本実施形態
の積層構造を説明する。本実施形態はDH構造を有して
おり、GaAsからなるn型基板35の底面にn電極4
4が蒸着され、上面にはGaAsからなるn型バッファ
層36、Al0.4Ga0.6Asによるn型クラッド層3
7、AlxGa1-xAsからなるノンドープ活性層38、
AlyGa1-yAsからなるノンドープクラッド層39、
Al0.4Ga0.6Asからなるp型クラッド層40及びG
aAsからなるp型キャップ層41が順次、MO−CV
D法により積層されている。ここで、x<y<0.4の
関係がある。
First, a laminated structure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment has a DH structure, and an n-electrode 4 is formed on the bottom of an n-type substrate 35 made of GaAs.
4 is deposited, and an n-type buffer layer 36 of GaAs and an n-type cladding layer 3 of Al 0.4 Ga 0.6 As are formed on the upper surface.
7, a non-doped active layer 38 of Al x Ga 1-x As;
A non-doped cladding layer 39 made of Al y Ga 1-y As,
P-type cladding layer 40 of Al 0.4 Ga 0.6 As and G
The p-type cap layer 41 made of aAs is sequentially formed by MO-CV
The layers are stacked by the D method. Here, there is a relationship of x <y <0.4.

【0013】ここで、活性層38とノンドープクラッド
層39の両方の層の厚さは、厚くすると光のパルス幅を
短くできるが、同時にレーザー発振のしきい値が上昇す
るため、あまり厚くすることは好ましくない。また、活
性層38は薄いほうが光が効果的に閉じ込められ、高出
力化が図れる。したがって、活性層38厚が約0.01
〜0.3μm、ノンドープクラッド層39厚が約0.1
〜0.6μmの範囲で設定することが好ましい。また、
クラッド層37、40の厚さは、活性層39への光の閉
じ込めに十分な厚さであり、約2μmとすることが好ま
しい。n型バッファ層36、p型キャップ層41は1μ
m程度の厚さが好ましい。
Here, the thickness of both the active layer 38 and the non-doped cladding layer 39 can be shortened by increasing the thickness, but the threshold value of laser oscillation increases at the same time. Is not preferred. The thinner the active layer 38 is, the more effectively the light is confined, and a higher output can be achieved. Therefore, the thickness of the active layer 38 is about 0.01.
0.3 μm, the thickness of the non-doped cladding layer 39 is about 0.1
It is preferable to set in the range of 0.6 μm. Also,
The thickness of the cladding layers 37 and 40 is sufficient to confine light in the active layer 39, and is preferably about 2 μm. The n-type buffer layer 36 and the p-type cap layer 41
A thickness of about m is preferred.

【0014】さらに、p型キャップ層41上には図1に
示すように、共振器の全長方向に沿ってストライプ状の
突起部30が形成されている。この突起部30は長手方
向の2ヶ所でp型キャップ層41の上半分が除去され
て、三つに分割されている。図3に示すように、突起部
30の頂面部分を除くp型キャップ層41の表面には、
絶縁性のSiN膜45が堆積されている。SiN膜45
上には、凹字形状のp電極42と凸字形状のp電極43
が、突起部30で凹部と凸部を組み合わせるような形に
積層されている。したがって、3つの突起部30のう
ち、中央の突起部30には凸字形状のp電極43が、両
端の突起部30には凹字形状のp電極42が積層されて
いる。
Further, on the p-type cap layer 41, as shown in FIG. 1, a stripe-shaped protrusion 30 is formed along the entire length of the resonator. The projection 30 is divided into three parts by removing the upper half of the p-type cap layer 41 at two places in the longitudinal direction. As shown in FIG. 3, the surface of the p-type cap layer 41 except for the top surface of the protrusion 30 is
An insulating SiN film 45 is deposited. SiN film 45
Above, a concave p-electrode 42 and a convex p-electrode 43
Are stacked in such a manner as to combine the concave portion and the convex portion at the projection portion 30. Therefore, of the three projections 30, a p-type electrode 43 having a convex shape is laminated on the central projection 30 and a p-type electrode 42 having a concave shape is laminated on the projections 30 at both ends.

【0015】これらのp電極42、43は突起部30の
頂面部分でのみ、p型キャップ層41に直接接触してい
る。その他の部分では、p型キャップ層41との間に絶
縁性のSiN膜45が介在しているため、電流を注入す
る領域はストライプ状の突起部30直下の部分のみに制
限され、しきい値電流を低減すると同時に、活性層38
においてストライプ状の領域にレーザ光を閉じ込める導
波性を持たせ、発振する横モードを安定させている。p
電極42、43が接触していないため、n電極との間に
異なる電界を印加することで、半導体部分34を電気的
に分割することができる。この結果、図2に断面を示す
共振器部分でみると、両側のp電極42直下の利得領域
31が表面にp電極のない分離部33を介して真ん中の
p電極43直下の可飽和吸収領域32を挟み込む構造に
なっている。
The p-electrodes 42 and 43 are in direct contact with the p-type cap layer 41 only at the top surface of the projection 30. In other portions, since the insulating SiN film 45 is interposed between the p-type cap layer 41 and the p-type cap layer 41, the region into which current is injected is limited to only the portion directly below the stripe-shaped protrusions 30, and the threshold voltage is reduced. At the same time as reducing the current, the active layer 38
In the above, a stripe-shaped region is provided with a waveguide property for confining the laser beam, and the oscillating transverse mode is stabilized. p
Since the electrodes 42 and 43 are not in contact with each other, the semiconductor portion 34 can be electrically divided by applying different electric fields to the n-electrode. As a result, in the resonator portion whose cross section is shown in FIG. 2, the gain region 31 immediately below the p-electrode 42 on both sides is separated by the saturable absorption region immediately below the middle p-electrode 43 via the separation portion 33 having no p-electrode on the surface. 32 are sandwiched therebetween.

【0016】次に、この半導体素子の動作について説明
する。利得領域31のp電極42とn電極44間にRF
変調信号を印加し、可飽和吸収領域32のp電極43と
n電極44間にDC逆バイアスを印加する。
Next, the operation of the semiconductor device will be described. RF between the p electrode 42 and the n electrode 44 in the gain region 31
A modulation signal is applied, and a DC reverse bias is applied between the p electrode 43 and the n electrode 44 in the saturable absorption region 32.

【0017】まず、RF変調信号が印加された利得領域
32では、入力電流はパルス電流となる。入力電流が大
きくなるにつれて、活性層38には電子が次第に蓄積さ
れ、電子密度が発振しきい値を超えた時点で、光子密度
が急速に上昇してレーザ発振が起こる。これによって蓄
積された電子正孔対が急速に消費されて、発振しきい密
度を下回った時点から光子密度は急速に減少して、レー
ザ発振は停止する。これによりRF変調信号自体のパル
ス幅よりパルス幅の短いレーザ光パルスが得られる。
First, in the gain region 32 to which the RF modulation signal has been applied, the input current is a pulse current. As the input current increases, electrons are gradually accumulated in the active layer 38, and when the electron density exceeds the oscillation threshold, the photon density rapidly increases and laser oscillation occurs. As a result, the accumulated electron-hole pairs are rapidly consumed, and the photon density rapidly decreases from the point where the density falls below the oscillation threshold density, and the laser oscillation stops. Thereby, a laser light pulse having a pulse width shorter than the pulse width of the RF modulation signal itself is obtained.

【0018】この光パルスが吸収領域32を通過する
と、パルス前縁の光は吸収領域32に吸収されるが、光
出力があるしきい値を超えると吸収が急激に減少し、こ
の吸収領域32は透明化して光パルスは透過する。これ
は、光励起された電子が吸収領域32の伝導体を埋めつ
くし、遷移の行く先がなくなるためである。その後、吸
収領域32内の光励起された電子は他の領域等に遷移し
て、吸収領域32内の吸収率は再び上昇し、光パルスが
吸収される。この結果、光パルスを圧縮することにな
る。
When the light pulse passes through the absorption region 32, the light at the leading edge of the pulse is absorbed by the absorption region 32. However, when the light output exceeds a certain threshold, the absorption sharply decreases. Is transparent and the light pulse is transmitted. This is because the photoexcited electrons fill up the conductor in the absorption region 32 and there is no transition destination. Thereafter, the photoexcited electrons in the absorption region 32 transition to another region or the like, the absorptance in the absorption region 32 increases again, and the light pulse is absorbed. As a result, the light pulse is compressed.

【0019】ここで、吸収領域32にバイアス電圧をか
けていない場合には、光吸収がなくなってから復活する
までに、100ナノ秒程度の時間が必要になる。しか
し、逆バイアスを印加すると、光吸収により発生した少
数キャリアを掃き出すことができ、最短では0.1ピコ
秒程度で光吸収を回復させることができる。また、吸収
領域32では空乏層が厚く残留キャリア濃度が薄いほど
光励起された電子の遷移が早くなり、吸収回復が早くな
る。本実施形態では、ノンドープクラッド層39を形成
することにより、活性層38のみの場合に比べて空乏層
の厚さを厚くしているため、可飽和吸収領域32の応答
速度が早くなり、光パルス幅を短くできる。さらに、共
振器の全長方向に沿って見ると、2つの利得領域31で
可飽和吸収領域32を挟み込む構造になっているため、
レーザパルスが吸収領域31において正面衝突し、飽和
効果が高められる特徴がある。
Here, when no bias voltage is applied to the absorption region 32, a time of about 100 nanoseconds is required from when the light absorption is lost to when the light is restored. However, when a reverse bias is applied, minority carriers generated by light absorption can be swept out, and light absorption can be recovered in a minimum of about 0.1 picosecond. In the absorption region 32, the transition of the photoexcited electrons becomes faster and the absorption recovery becomes faster as the depletion layer is thicker and the residual carrier concentration is lower. In the present embodiment, since the thickness of the depletion layer is increased by forming the non-doped cladding layer 39 as compared with the case where only the active layer 38 is provided, the response speed of the saturable absorption region 32 is increased, and the light pulse The width can be shortened. Further, when viewed along the entire length direction of the resonator, since the saturable absorption region 32 is sandwiched between the two gain regions 31,
There is a feature that the laser pulse collides head-on in the absorption region 31 and the saturation effect is enhanced.

【0020】次に、第1の実施形態により発生させた光
パルスの特性を図4、図5により説明する。図4は発生
した光パルスのスペクトル特性線図であり、図5はこの
光パルスの高調波自己相関測定結果の図である。図4よ
り波長の半値全幅は2.6nmであり、パルス波形がSe
ch2であると仮定するとパルス幅の半値全幅は0.4ピ
コ秒に相当する。図5よりパルス幅の半値全幅は0.5
ピコ秒であることがわかる。パルスのピーク出力は30
W程度が得られた。従来例に比べるとパルス幅は約1/
3に短縮され、ピーク出力は逆に3倍に上昇しており、
ノンドープ層形成により可飽和吸収を強化する効果が確
認できた。
Next, the characteristics of the light pulse generated according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a spectrum characteristic diagram of the generated light pulse, and FIG. 5 is a diagram of a measurement result of a harmonic autocorrelation of the light pulse. From FIG. 4, the full width at half maximum of the wavelength is 2.6 nm, and the pulse waveform is Se.
full width at half maximum of the assumed and the pulse width to be ch 2 corresponds to 0.4 picoseconds. From FIG. 5, the full width at half maximum of the pulse width is 0.5.
It turns out to be picoseconds. The peak output of the pulse is 30
About W was obtained. The pulse width is about 1 /
3, the peak power has increased three times,
The effect of enhancing the saturable absorption by forming the non-doped layer was confirmed.

【0021】なお、このようにp型あるいはn型のクラ
ッド層と活性層の間にノンドープ層を設ける発明として
は、特開昭63−140590号公報に記載されている
発明が挙げられる。しかし、この公報記載の発明は、約
0.1〜0.2μmの厚さのノンドープ層を設けること
により、ドープクラッド層から活性層へのドープ不純物
の拡散を防止することを目的としたものである。本発明
はノンドープ層の厚さが約0.1〜0.6μmと上記の
発明に比べて厚い領域を含んでおり、ノンドープ層を設
けることにより、空乏層を厚くして、主として可飽和吸
収特性を向上させる効果を狙ったものである。活性層へ
のドープ不純物の拡散防止は2次的な効果であり、上記
の発明とは構成、目的、効果が異なる。
Incidentally, as an invention in which a non-doped layer is provided between a p-type or n-type cladding layer and an active layer as described above, there is an invention described in JP-A-63-140590. However, the invention described in this publication aims to prevent diffusion of doped impurities from the doped clad layer to the active layer by providing a non-doped layer having a thickness of about 0.1 to 0.2 μm. is there. The present invention includes a region in which the thickness of the non-doped layer is as thick as about 0.1 to 0.6 μm as compared with the above-described invention. By providing the non-doped layer, the depletion layer is thickened, and the saturable absorption characteristic is mainly increased. The aim is to improve the effect. Preventing diffusion of doped impurities into the active layer is a secondary effect, and differs from the above-described invention in configuration, purpose, and effect.

【0022】続いて、本発明の第2の実施形態について
説明する。図6は本実施形態の半導体素子の構造を示す
斜視図である。断面構造は基本的に図2、図3に示す第
1の実施形態の断面構造と同じであるため、ここでは断
面図を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the semiconductor device of the present embodiment. Since the cross-sectional structure is basically the same as the cross-sectional structure of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the cross-sectional view is omitted here.

【0023】図6に示すように、第2の実施形態ではp
電極側の構造が、図1に示す第1の実施形態と異なって
いるのが特徴である。具体的にみると、まず、p型キャ
ップ層41上の3つの突起部30のうち、一方の端と中
央部分の突起部30は幅が一定のストライプ状構造をし
ているが、他方の端の突起部30は端に向かって線形的
に幅が大きくなるフレア構造をしている。
As shown in FIG. 6, in the second embodiment, p
The feature is that the structure on the electrode side is different from that of the first embodiment shown in FIG. Specifically, first, of the three protrusions 30 on the p-type cap layer 41, one end and the protrusion 30 at the center have a stripe-like structure with a constant width, but the other end. Has a flare structure in which the width increases linearly toward the end.

【0024】この突起部の一部をフレア構造とすること
については、J.M.VerdiellらがMOPA(Master Oscill
ator Power Amplifier)に採用した報告(J.M.Verdiell,
K.Dzurko, D.F.Welch and D.R.Scifres,"1-W diffract
ion-limited semiconductorMOPA with a monolithicall
y integrated 5-GHz electroabsorption modurator",CL
EO'95, Baltimore, 1995, Paper CThP4)があり、突起
部をフレア構造としたことにより高出力化を実現したと
報告している。
JMV Verdiell et al. Described the MOPA (Master Oscill
ator Power Amplifier) (JMVerdiell,
K. Dzurko, DFWelch and DRScifres, "1-W diffract
ion-limited semiconductor MOPA with a monolithicall
y integrated 5-GHz electroabsorption modurator ", CL
EO'95, Baltimore, 1995, Paper CThP4), and reported that high output was achieved by using a flare structure for the projection.

【0025】さらに、p型キャップ層41の表面上に
は、鍵括弧型のp電極57、58と長方形のp電極59
が積層されている。鍵括弧型のp電極57と58は2つ
のストライプ状の突起部30をそれぞれ個別に覆うよう
に2つの対応する鍵括弧が向かい合わせた形(「」)で
配置されており、また、長方形のp電極59はフレア構
造の突起部を覆うように配置されている。3つのp電極
57、58、59は接触していないので、3つのp電極
57、58、59とn電極44の間に異なる電界を印加
することができる。これにより、突起部の下の共振器部
分は長手方向に沿って電気的に複数の領域に分割され
る。この場合は、幅の狭い一端から幅の広い一端に向か
って、第1利得領域51、分離部54、可飽和吸収領域
52、分離部54、第2利得領域53の順に並んだ構造
となる。
Further, on the surface of the p-type cap layer 41, bracket-shaped p-electrodes 57 and 58 and a rectangular p-electrode 59 are formed.
Are laminated. Bracket-shaped p-electrodes 57 and 58 are arranged in a form in which two corresponding brackets face each other ("") so as to individually cover the two stripe-shaped projections 30, and have a rectangular shape. The p-electrode 59 is arranged so as to cover the protrusion of the flare structure. Since the three p electrodes 57, 58, 59 are not in contact, different electric fields can be applied between the three p electrodes 57, 58, 59 and the n electrode 44. Thus, the resonator portion below the protrusion is electrically divided into a plurality of regions along the longitudinal direction. In this case, the structure is such that the first gain region 51, the separation unit 54, the saturable absorption region 52, the separation unit 54, and the second gain region 53 are arranged in this order from the narrow end to the wide end.

【0026】次に、第2の実施形態の動作について説明
する。第1利得領域51にRF変調信号を印加し、第2
利得領域53にDCバイアス信号を印加する。また、可
飽和吸収領域52にはDC逆バイアス信号を印加する。
第1の実施形態と同様に、可飽和吸収領域52における
可飽和吸収現象が強化され、第1利得領域51と第2利
得領域53で発生した光パルスがこの可飽和吸収領域5
2で衝突する構造となっているため、高出力で光パルス
幅の短い光パルスを得ることができる。
Next, the operation of the second embodiment will be described. The RF modulation signal is applied to the first gain region 51, and the second
A DC bias signal is applied to the gain region 53. Further, a DC reverse bias signal is applied to the saturable absorption region 52.
As in the first embodiment, the saturable absorption phenomenon in the saturable absorption region 52 is enhanced, and the light pulses generated in the first gain region 51 and the second gain region 53
2, it is possible to obtain an optical pulse with a high output and a short optical pulse width.

【0027】さらに、共振部の利得領域部が直線部(第
1利得領域51)とフレア部(第2利得領域53)の結
合した構造となっていることにより、高出力が得られ
る。一般に利得領域をフレア部とした場合、利得を得ら
れる幅が広いため、同一幅の場合に比較して多モード化
しやすいという欠点がある。しかしながら、本実施形態
の場合は、利得を得た光は共振器の両端面間、すなわち
第1利得領域51と第2利得領域53の全長間を往復す
ることにより、レーザ発振する。したがって、直線部で
ある第1利得領域51が回析スリットとして単一モード
光のみを発振させるフィルタとして働き、他モード光は
除去される。その結果、フレア部である第2利得領域5
3においても単一モード発振に寄与する光のみが利得を
得て、他のモードの光の発生は抑制され、発振に寄与し
ない。一方、第2利得領域53においては単一モード光
も回析限界まで幅が広がるため、この広がりによる面積
増加分だけ、フレア部を設けず、全体の幅を一定にした
場合よりも多くの利得を得ることができ、高出力の単一
モード光を得ることが可能になる。
Further, a high output can be obtained because the gain region portion of the resonance portion has a structure in which the linear portion (first gain region 51) and the flare portion (second gain region 53) are combined. In general, when the gain region is a flare portion, the gain can be obtained in a wide range. However, in the case of the present embodiment, laser light having gained reciprocates between both end faces of the resonator, that is, between the entire lengths of the first gain region 51 and the second gain region 53, and oscillates laser. Therefore, the first gain region 51, which is a linear portion, functions as a diffraction slit and serves as a filter for oscillating only single mode light, and other mode light is removed. As a result, the second gain region 5 which is a flare portion
Also in No. 3, only the light contributing to the single mode oscillation obtains the gain, and the generation of the light of other modes is suppressed, and does not contribute to the oscillation. On the other hand, in the second gain region 53, since the width of the single mode light also spreads to the diffraction limit, the gain is larger than that in the case where the entire width is kept constant without providing a flare portion by the area increase due to this spread. And a high-power single-mode light can be obtained.

【0028】また、第1利得領域51と第2利得領域5
3に同じRF変調信号を印加して、第1の実施形態と同
様に利得スイッチングによる光パルス発生を行うことも
可能である。
The first gain region 51 and the second gain region 5
3, the same RF modulation signal can be applied to generate an optical pulse by gain switching as in the first embodiment.

【0029】ここでは、実施形態としてp型クラッド層
とノンドープ活性層の間にノンドープクラッド層を設け
る場合について説明したが、ノンドープクラッド層はn
型クラッド層とノンドープ活性層の間に設けても良い。
また、両方のクラッド層と活性層の間の2ヶ所に設けて
も良い。
Here, the case where the non-doped cladding layer is provided between the p-type cladding layer and the non-doped active layer has been described as an embodiment.
It may be provided between the mold cladding layer and the non-doped active layer.
Further, it may be provided at two places between both the clad layers and the active layer.

【0030】また、ここではp型電極を分割して単独又
は複数の利得領域と可飽和吸収領域を設ける場合につい
て説明したが、分割する電極はn型電極であってもよ
い。
Although the case where the p-type electrode is divided to provide a single or a plurality of gain regions and a saturable absorption region is described here, the divided electrode may be an n-type electrode.

【0031】さらに、本発明ではストライプ状の突起を
設けるリッジストライプ構造の場合について説明した
が、ストライプ構造はこれに限定されるものではなく、
他のストライプ構造の場合にも適用可能である。
Further, in the present invention, the case of the ridge stripe structure provided with the stripe-shaped projections has been described, but the stripe structure is not limited to this.
The present invention can be applied to other stripe structures.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
DH構造の光パルス発生素子において、p型又はn型の
クラッド層とノンドープ活性層の間の少なくともいずれ
か一方にノンドープクラッド層を設け、さらに、一方の
電極をレーザ光共振器の長手方向に沿って複数に分割
し、そのうち利得領域となる領域の少なくとも一つの電
極にRF変調信号を印加し、可飽和吸収領域となる領域
にDC逆バイアス信号を印加している。
As described above, according to the present invention,
In the DH structure optical pulse generating element, a non-doped cladding layer is provided on at least one of the p-type or n-type cladding layer and the non-doped active layer, and one electrode is provided along the longitudinal direction of the laser optical resonator. The RF modulation signal is applied to at least one electrode of a gain region, and a DC reverse bias signal is applied to a saturable absorption region.

【0033】これにより、まず、利得領域では、立ち上
がりの俊敏な光パルスを得ることができる。さらに、吸
収領域では、空乏層厚さが増すことと、DC逆バイアス
印加の相乗効果で、吸収と透過のスイッチングの高速応
答性が向上してパルス幅の短く高出力の光パルスを得る
ことができる。また、ノンドープクラッド層には、p型
又はn型のクラッド層から活性層に不純物が拡散するの
を防止する2次的な効果もある。
As a result, first, in the gain region, an optical pulse having a rapid rise can be obtained. In addition, in the absorption region, the synergistic effect of increasing the depletion layer thickness and the application of a DC reverse bias improves the high-speed response of absorption and transmission switching, thereby obtaining a high-power optical pulse with a short pulse width. it can. The non-doped cladding layer also has a secondary effect of preventing impurities from diffusing from the p-type or n-type cladding layer into the active layer.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る構造を示す斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に係るA−A線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.

【図3】図1に係るB−B線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. 1;

【図4】図1の光パルス発生素子により発生した光パル
スのスペクトル特性線図である。
FIG. 4 is a spectrum characteristic diagram of an optical pulse generated by the optical pulse generating element of FIG. 1;

【図5】図4に係る光パルスの高調波自己相関測定結果
の図である。
FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of a harmonic autocorrelation of the optical pulse shown in FIG. 4;

【図6】本発明の第2の実施形態に係る構造斜視図であ
る。
FIG. 6 is a structural perspective view according to a second embodiment of the present invention.

【図7】従来例に係る構造斜視図である。FIG. 7 is a structural perspective view according to a conventional example.

【図8】図7に係るA−A線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line AA of FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…突起部、11…利得領域、12…可飽和吸収領
域、20…n型基板、21…n型バッファ層、22…n
型クラッド層、23…ノンドープ活性層、24…p型ク
ラッド層、25…p型キャップ層、26、27…p電
極、28…n電極、30…突起部、31…利得領域、3
2…可飽和吸収領域、33…分離部、34…半導体部
分、35…n型基板、36…n型バッファ層、37…n
型クラッド層、38…ノンドープ活性層、39…ノンド
ープクラッド層、40…p型クラッド層、41…p型キ
ャップ層、42、43…p電極、44…n電極、45…
SiN膜、51…第1利得領域、52…可飽和吸収領
域、53…第2利得領域、54…分離部、57、58、
59…p電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Protrusion part, 11 ... Gain area, 12 ... Saturable absorption area, 20 ... N-type substrate, 21 ... N-type buffer layer, 22 ... n
Type clad layer, 23 non-doped active layer, 24 p-type clad layer, 25 p-type cap layer, 26, 27 p-electrode, 28 n-electrode, 30 protrusion, 31 gain region, 3
2 saturable absorption region, 33 separation part, 34 semiconductor part, 35 n-type substrate, 36 n-type buffer layer, 37 n
Type cladding layer, 38 non-doped active layer, 39 non-doped cladding layer, 40 p-type cladding layer, 41 p-type cap layer, 42, 43 p-electrode, 44 n-electrode, 45
SiN film, 51: first gain region, 52: saturable absorption region, 53: second gain region, 54: separating portion, 57, 58,
59 ... p electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層を第1導電型クラッド層と第2導
電型クラッド層とで挟むように積層したダブルヘテロ構
造を有する光パルス発生素子において、 前記活性層と前記第1導電型クラッド層との間又は前記
活性層と前記第2導電型クラッド層との間の少なくとも
一方にノンドープクラッド層を介在させ、前記ダブルヘ
テロ構造の積層方向と直交方向にレーザ光共振器を構成
すると共に、前記第1クラッド層を介して前記活性層に
電流を供給する電極層を前記レーザ光共振器の長手方向
に少なくとも二つに分割し、分割された前記電極層のう
ち少なくとも一つの前記電極層に逆方向のDCバイアス
を印加すると共に、他の少なくとも一つの前記電極層に
順方向のRFバイアスを印加することを特徴とする光パ
ルス発生素子。
1. An optical pulse generating element having a double hetero structure in which an active layer is stacked between a first conductive type clad layer and a second conductive type clad layer, wherein the active layer and the first conductive type clad layer are provided. A non-doped cladding layer is interposed between at least one of the active layer and the second conductivity type cladding layer between the active layer and the second conductivity type cladding layer, and a laser optical resonator is formed in a direction orthogonal to a stacking direction of the double hetero structure. An electrode layer for supplying a current to the active layer through the first cladding layer is divided into at least two in the longitudinal direction of the laser optical resonator, and the at least one of the divided electrode layers is inverted to at least one of the electrode layers. An optical pulse generation element, wherein a DC bias in a direction is applied and a RF bias in a forward direction is applied to at least one other electrode layer.
JP3392397A 1997-02-18 1997-02-18 Light pulse generator element Pending JPH10229252A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3392397A JPH10229252A (en) 1997-02-18 1997-02-18 Light pulse generator element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3392397A JPH10229252A (en) 1997-02-18 1997-02-18 Light pulse generator element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10229252A true JPH10229252A (en) 1998-08-25

Family

ID=12400050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3392397A Pending JPH10229252A (en) 1997-02-18 1997-02-18 Light pulse generator element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10229252A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008851A1 (en) * 2003-07-16 2005-01-27 Hamamatsu Photonics K.K. Light pulse generating device
JP2005197511A (en) * 2004-01-08 2005-07-21 Hamamatsu Photonics Kk Optical pulse generator
JP2011018784A (en) * 2009-07-09 2011-01-27 Sony Corp Semiconductor laser element, driving method thereof, and semiconductor laser device
WO2012098965A1 (en) * 2011-01-18 2012-07-26 ソニー株式会社 Semiconductor laser element
WO2018037747A1 (en) 2016-08-25 2018-03-01 ソニー株式会社 Semiconductor laser, electronic apparatus, and drive method for semiconductor laser
US10587092B2 (en) 2016-08-23 2020-03-10 Sony Corporation Semiconductor laser, electronic apparatus, and method of driving semiconductor laser
WO2021100644A1 (en) 2019-11-18 2021-05-27 ソニー株式会社 Q-switched semiconductor light-emitting element and distance measuring device
JP2021121038A (en) * 2019-06-25 2021-08-19 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Semiconductor laser
US11594855B2 (en) 2017-11-02 2023-02-28 Sony Corporation Semiconductor laser drive circuit, method for driving semiconductor laser drive circuit, distance measuring apparatus, and electronic apparatus

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008851A1 (en) * 2003-07-16 2005-01-27 Hamamatsu Photonics K.K. Light pulse generating device
JP2005197511A (en) * 2004-01-08 2005-07-21 Hamamatsu Photonics Kk Optical pulse generator
US8989228B2 (en) 2009-07-09 2015-03-24 Sony Corporation Laser diode device, method of driving the same, and laser diode apparatus
JP2011018784A (en) * 2009-07-09 2011-01-27 Sony Corp Semiconductor laser element, driving method thereof, and semiconductor laser device
WO2012098965A1 (en) * 2011-01-18 2012-07-26 ソニー株式会社 Semiconductor laser element
US20130336349A1 (en) * 2011-01-18 2013-12-19 Sony Corporation Semiconductor laser device
JP2012151210A (en) * 2011-01-18 2012-08-09 Sony Corp Semiconductor laser device
US9048620B2 (en) * 2011-01-18 2015-06-02 Sony Corporation Semiconductor laser device
US10587092B2 (en) 2016-08-23 2020-03-10 Sony Corporation Semiconductor laser, electronic apparatus, and method of driving semiconductor laser
WO2018037747A1 (en) 2016-08-25 2018-03-01 ソニー株式会社 Semiconductor laser, electronic apparatus, and drive method for semiconductor laser
US10680406B2 (en) 2016-08-25 2020-06-09 Sony Corporation Semiconductor laser, electronic apparatus, and method of driving semiconductor laser
US11594855B2 (en) 2017-11-02 2023-02-28 Sony Corporation Semiconductor laser drive circuit, method for driving semiconductor laser drive circuit, distance measuring apparatus, and electronic apparatus
JP2021121038A (en) * 2019-06-25 2021-08-19 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Semiconductor laser
WO2021100644A1 (en) 2019-11-18 2021-05-27 ソニー株式会社 Q-switched semiconductor light-emitting element and distance measuring device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0254568B1 (en) A semiconductor laser device
US6075801A (en) Semiconductor laser with wide side of tapered light gain region
US4509173A (en) Phase-locked semiconductor laser device
JPH11163458A (en) Semiconductor laser device
EP0486128B1 (en) A semiconductor optical device and a fabricating method therefor
JP2669374B2 (en) Semiconductor laser
JPH10229252A (en) Light pulse generator element
JP2723045B2 (en) Flare structure semiconductor laser
JPH04296067A (en) Super luminescent diode
JPS58196088A (en) Semiconductor laser element
JPH08335745A (en) Semiconductor light emitting device
JP3037111B2 (en) Semiconductor lasers and composite semiconductor lasers
JP2005039099A (en) Optical pulse generation element
US4833510A (en) Semiconductor laser array with independently usable laser light emission regions formed in a single active layer
JPH0595152A (en) Semiconductor short optical pulse generator and generating method for short optical pulse
JP2000183449A (en) Semiconductor laser
JP2664668B2 (en) Semiconductor laser device
JPH067623B2 (en) Optical bistable integrated device
JP2005197511A (en) Optical pulse generator
JPH08125281A (en) Semiconductor laser
JP2526898B2 (en) Semiconductor laser and method of using the same
JP2529260B2 (en) Semiconductor laser and method of using the same
JPH0433386A (en) End surface emitting type semiconductor light emitting element and driving method therefor
JP2815936B2 (en) Broad area laser
JPH05167175A (en) Semiconductor laser array device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060606

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060613

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061031