JPH11214789A - Gain-switched semiconductor laser - Google Patents

Gain-switched semiconductor laser

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Publication number
JPH11214789A
JPH11214789A JP1256798A JP1256798A JPH11214789A JP H11214789 A JPH11214789 A JP H11214789A JP 1256798 A JP1256798 A JP 1256798A JP 1256798 A JP1256798 A JP 1256798A JP H11214789 A JPH11214789 A JP H11214789A
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JP
Japan
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quantum well
gain
semiconductor laser
well structure
layer
Prior art date
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Application number
JP1256798A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshitoku Nomura
良徳 野村
Seiji Ochi
誠司 越智
Toshiro Isu
俊郎 井須
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH11214789A publication Critical patent/JPH11214789A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a gain-switched semiconductor laser, which is directly driven by a signal current and used for converting electrical signals into ultra-short light pulses, wherein the semiconductor laser is used in an optical communication system in which light signals are transmitted through a long distance at a high speed. SOLUTION: A gain-switched semiconductor laser is a semiconductor layer where an asymmetrical double quantum well structure 1 composed of a narrow quantum well on a p-side electrode across a barrier wall and a wide quantum well on an n-side electrode is made to serve as an active region. In this case, the thickness of the quantum well and the composition of waveguide layers 2 which sandwich in the asymmetrical double quantum well structure 1 between them are properly selected, so as to enable only a lowest order sub-band to be present in the conduction band of the asymmetrical double quantum well structure 1. A composite structure where a multi-quantum well structure 7 in which a barrier layer or a barrier layer and a well layer are doped with an acceptor to be increased in confinement coefficient is arranged on a p-side electrode side and the asymmetrical double quantum well structure 1 is arranged on an n-side electrode coming into contact with the multi-quantum well structure 7 is made to serve as an active region.

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、光ファイバによる
高速長距離伝送可能な光通信システムにおいて用いられ
る半導体レーザに関するものであって、特に信号電流に
よって直接駆動され、電気信号を超短光パルス信号に変
換するために用いられる利得スイッチ半導体レーザに関
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 an optical communication system capable of high-speed and long-distance transmission over an optical fiber, and more particularly to a semiconductor laser directly driven by a signal current to convert an electric signal to an ultrashort optical pulse signal. The present invention relates to a gain-switched semiconductor laser used for conversion into a laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザを直接電流パルスによって
駆動する利得スイッチ法は構成が簡単なので作製が容易
で信頼性の高い光源となり得る。この方法では現状では
ファブリペロー共振器によりスペクトル広がりを縮小
し、さらにエルビュウムドープ・ファイバアンプにより
増幅する必要があるが、17psの時間幅と0.21n
mのスペクトル広がりをもつトランスフォームリミット
の光パルスが得られている(Nakazawa, M., Suzuki, K.
and Kimura, Y.,“Transform-limited pulse generati
on in the gigaherz region from a gain switched dis
tributed-feedbacklaser diode using spectral window
ing”,Opt. Lett.,vol.15,no.12,pp.715-717,Jun.199
0)。しかし、100Gbpsあるいはそれ以上の伝送
速度を達成するためには、一層のパルス幅の短縮とチャ
ーピングの縮小によるスペクトル巾の縮小が必要であ
る。
2. Description of the Related Art A gain switch method for directly driving a semiconductor laser by a current pulse has a simple structure, so that it can be easily manufactured and a highly reliable light source. In this method, at present, it is necessary to reduce the spectrum spread by a Fabry-Perot resonator and further amplify by an erbium-doped fiber amplifier, but the time width of 17 ps and 0.21 n
Transform-limited light pulses with a spectral spread of m have been obtained (Nakazawa, M., Suzuki, K.
and Kimura, Y., “Transform-limited pulse generati
on in the gigaherz region from a gain switched dis
tributed-feedbacklaser diode using spectral window
ing ”, Opt. Lett., vol. 15, no. 12, pp. 715-717, Jun. 199
0). However, in order to achieve a transmission rate of 100 Gbps or more, it is necessary to further reduce the pulse width and reduce the spectrum width by reducing the chirping.

【0003】利得スイッチは、半導体レーザをパルス電
流によって駆動することによって電流パルスよりも短い
光パルスを得る方法である。高い電流密度のパルスで半
導体レーザを駆動すると活性領域におけるキャリア密度
は上昇する。注入の初期には活性領域にほとんど光子は
ないので誘導放出は生じない。従って、キャリア密度は
閾値を越えて増加する。しかし、このようにして高い反
転分布が形成されると、自然発光により共振器のモード
に結合する光子が発生する。ついで、その電場により誘
導放出が急速に発生し、レーザ光が得られる。この誘導
放出によりキャリア密度は減少し、発振閾値より低下
し、発光が停止する。このようにして短い光パルスが得
られる。
The gain switch is a method of obtaining a light pulse shorter than a current pulse by driving a semiconductor laser with a pulse current. When the semiconductor laser is driven by a pulse having a high current density, the carrier density in the active region increases. Stimulated emission does not occur at the beginning of the injection because there are few photons in the active region. Therefore, the carrier density increases beyond the threshold. However, when a high population inversion is formed in this way, a photon is generated by natural light emission, which is coupled to the mode of the resonator. Next, stimulated emission is rapidly generated by the electric field, and a laser beam is obtained. Due to this stimulated emission, the carrier density decreases, becomes lower than the oscillation threshold, and emission stops. In this way, short light pulses are obtained.

【0004】Lauは、レート方程式のモデルによって
光パルスの幅は次のパラメータの積Aτpn′i、を大き
くすることによって短くできることを示している(Lau,
K.,Y.,“Gain Switching of Semiconductor Injection
Lasers”, Appl. Phys. Lett.,vol.52(4),no.25,pp.257
-259,Jan.1988.)。ここに、Aは微分利得係数、τpは光
子の寿命、n′i はピークキャリア密度とその発信閾値
との差である。Lauによって示されたこの結果は、A
やτp の値が定まっているとき高い電流密度でレーザを
駆動することにより高いn′i が得られれば短い光パル
スが得られることを意味している。
[0004] Lau, the rate width of the light pulse by the model equations show that can be shortened by increasing the, product Aτ p n 'i of the following parameters (Lau,
K., Y., “Gain Switching of Semiconductor Injection
Lasers ”, Appl. Phys. Lett., Vol. 52 (4), no. 25, pp. 257
-259, Jan. 1988.). Here, A is the differential gain coefficient, τ p is the photon lifetime, and n ′ i is the difference between the peak carrier density and its emission threshold. This result, shown by Lau, shows that A
This means that a short optical pulse can be obtained if a high n ′ i is obtained by driving the laser at a high current density when the values of τ p and τ p are determined.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】通常、電流密度は使用
する電流パルス発生装置により制限されている。このと
きどのように半導体レーザを設計すれば積Aτpn′i
高くすることが出来るであろうか。n′i は、Aやτp
と独立ではないので積Aτpn′i を最大にする方法は
必ずしも明らかではない。例えば、Aを大きくすると閾
値キャリア密度nthは低くなるが、蓄積されるキャリア
密度はそれが低い段階で光子が生成されやすくなり、早
い段階で誘導放出が発生するのでn′i を高くすること
ができないという問題がある。
Normally, the current density is limited by the current pulse generator used. In this case how will be able to increase the product Aτ p n 'i by designing the semiconductor laser. n ′ i is A or τ p
Because it is not independent of the method that maximizes the product Aτ p n 'i is not necessarily clear. For example, it becomes low threshold carrier density n th Larger A, the density of carriers accumulated it becomes photons are easily generated at a low stage, to increase the n 'i Since stimulated emission is generated at an early stage There is a problem that can not be.

【0006】本発明は上述のような課題を解決するため
になされたもので、非対称二重量子井戸構造の改良に関
するものであり、InPをベースとする材料系におい
て、 1.より顕著な利得の非線形な増大が得られる構造を開
示し、 2.また、低いキャリア密度で、閉じ込め係数を考慮し
ても高い利得を得ること、 である。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and relates to an improvement of an asymmetric double quantum well structure. 1. Disclose a structure that provides a more significant non-linear increase in gain; In addition, a high gain can be obtained at a low carrier density even when the confinement coefficient is considered.

【0007】[0007]

【表1】 [Table 1]

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の構成によ
る利得スイッチ半導体レーザは、一層の障壁層を挟んで
p電極側にある狭い量子井戸とn電極側にある広い量子
井戸からなる非対称二重量子井戸構造を活性領域とした
半導体レーザにおいて、非対称二重量子井戸の伝導帯に
おいて最低次のサブバンドだけが存在できるようにする
ことによって利得のキャリア密度依存性に高い非線形性
を持たせ、短い光パルスを発生できるようにしたもので
ある。
The gain-switched semiconductor laser according to the first aspect of the present invention has an asymmetric structure comprising a narrow quantum well on the p-electrode side and a wide quantum well on the n-electrode side with one barrier layer interposed therebetween. In a semiconductor laser with a double quantum well structure as an active region, the carrier density dependence of gain can be made highly nonlinear by allowing only the lowest order subband to exist in the conduction band of the asymmetric double quantum well. And a short light pulse can be generated.

【0009】また、本発明の第2の構成による利得スイ
ッチ半導体レーザ構成は、上記非対称二重量子井戸構造
のp電極側量子井戸に接して、障壁層あるいは障壁層と
井戸層にアクセプタをドープした多重量子井戸構造を配
置した複合構造であって、上記多重量子井戸と非対称二
重量子井戸の発光ピークエネルギーが一致するようにし
た構造を活性領域とすることによって低いキャリア密度
であっても非線形な利得のキャリア密度依存性と高い閉
じ込め係数、したがって高いモード利得の両方を、得ら
れるようにしたものである。
In the gain-switched semiconductor laser according to the second configuration of the present invention, the barrier layer or the barrier layer and the well layer are doped with an acceptor in contact with the p-electrode-side quantum well of the asymmetric double quantum well structure. A composite structure in which a multiple quantum well structure is arranged, and a structure in which the emission peak energies of the multiple quantum well and the asymmetric double quantum well coincide with each other is used as an active region. Both carrier density dependence of the gain and a high confinement factor and thus a high mode gain can be obtained.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】利得スイッチ法の従来の問題点を
改善する方法として、本発明に到る前段階の同一出願人
に係る発明である非対称二重量子井戸構造がある。非対
称二重量子井戸では、活性領域が一層の障壁層を挟んで
p電極側とn電極側にあるそれぞれ一層の量子井戸層か
らなり、p側の量子井戸層をn側の量子井戸層に比べて
狭くしたものである。このように構成されているので、
この半導体レーザでは、キャリアを注入する過程で利得
の非線形な増大が得られ短い光パルスが得られる。非対
称二重量子井戸構造はエピタキシャル成長技術によって
製作されるが、形成される量子井戸構造は材料系によっ
て質的な差が生じる。GaAsを基板とするAlxGa
1ーxAs/GaAsヘテロ接合構造とInPを基板とす
るIn1ーxGaxAsy1ーyによるヘテロ接合構造ではヘ
テロ接合におけるエネルギー不連続量の伝導帯と価電子
帯への配分が異なる。GaAs系では、伝導帯でのバン
ド不連続量が大きくそのため量子井戸で多くの電子の準
位が形成される。他方InP系では、伝導帯でのエネル
ギー不連続量が小さいので伝導帯で形成される準位の数
は少なくなる傾向がある。この違いが非対称二重量子井
戸による非線形な増大効果を発現するメカニズムにも影
響する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a method of improving the conventional problems of the gain switch method, there is an asymmetric double quantum well structure according to the same applicant in the preceding stage of the present invention. In an asymmetric double quantum well, the active region is composed of a single quantum well layer on the p-electrode side and an n-electrode side with one barrier layer interposed therebetween, and the p-side quantum well layer is compared with the n-side quantum well layer. It is narrow. With this configuration,
In this semiconductor laser, a non-linear increase in gain is obtained in the process of injecting carriers, and a short optical pulse is obtained. Although the asymmetric double quantum well structure is manufactured by an epitaxial growth technique, the quality of the formed quantum well structure varies depending on the material system. Al x Ga with GaAs as substrate
The allocation of a 1 over x As / GaAs heterojunction structure and InP to In 1 over x Ga x As y P 1 conduction band energy discontinuity amount in heterojunction heterojunction structure by chromatography y and the valence band to the substrate different. In the GaAs system, the band discontinuity in the conduction band is large, so that many electron levels are formed in the quantum well. On the other hand, in the InP system, since the amount of energy discontinuity in the conduction band is small, the number of levels formed in the conduction band tends to decrease. This difference also affects the mechanism of developing the nonlinear enhancement effect of the asymmetric double quantum well.

【0011】本発明による利得スイッチ半導体レーザ
は、一層の障壁層を挟んでp電極側にある狭い量子井戸
とn電極側にある広い量子井戸からなる非対称二重量子
井戸構造を活性領域とした半導体レーザにおいて、非対
称二重量子井戸の伝導帯において最低次のサブバンドだ
けが存在できるように量子井戸の厚さと、非対称二重量
子井戸を挟む導波路層の組成を適切に選んだものであ
る。このようにすることによってキャリアを注入する過
程において利得の非線形な増大過程が顕著になる。その
理由を以下に述べる。
The gain-switched semiconductor laser according to the present invention has a semiconductor having an asymmetric double quantum well structure comprising a narrow quantum well on the p-electrode side and a wide quantum well on the n-electrode side with one barrier layer interposed therebetween. In the laser, the thickness of the quantum well and the composition of the waveguide layer sandwiching the asymmetric double quantum well are appropriately selected so that only the lowest order subband exists in the conduction band of the asymmetric double quantum well. By doing so, a nonlinear increase process of the gain becomes remarkable in the process of injecting carriers. The reason is described below.

【0012】具体的に説明するために、表1に示すよう
なIn1ーxGaxAsy1ーy系材料のSCH(Separ
ate Confinement Heterostr
ucture)非対称二重量子井戸構造(a)および
(b)を考える。表1において、エピタキシ層はすべて
InPに格子整合する組成とする。その場合、Gaの組
成xはAsの組成yとおおよそ次の様な関係にある。x
=0.4526y/(1−0.031y)。また、As
の組成yに対してバンドギャップエネルギーは、Eg
(eV)=1.35−0.72y+0.12y2で求め
られる。またヘテロ接合界面におけるエネルギーの不連
続量は伝導帯に31%,価電子帯に69%の割合で振り
分けられる。これらの関係は次の文献に示されている。
Agrawel, G, P.and Dutta,N. K.,“Long-Waveiength Se
miconductor Lasers”, New York: VanNostrand Renhol
d,1986。以下で構造(a)では高い微分利得が得られる
ことを示す。比較のために量子井戸層と導波路層のバン
ドギャップエネルギーの差が大きく伝導帯に二つの準位
が形成される構造(b)も合わせて検討する。これらの
構造はInPの基板に格子整合するように選ばれてい
る。ここでは膜厚や組成など特殊な値を選んでいるが、
構造上本質的に重要な点は次の通りである。 1.広さの異なる二重量子井戸構造である。狭い量子井
戸はp側、広い量子井戸はn側に位置している。 2.二つの量子井戸が高い障壁で仕切られている。した
がって井戸間のキャリアの移動は共鳴トンネルによるも
のが支配的である。 3.本発明による構造(a)では、導波路層と井戸層の
バンド不連続量が小さいので電子に関しては単一の準位
しか形成されない。比較のために考察する構造(b)で
は量子井戸と導波路層のバンドギャップの差を大きくし
てあるので伝導帯で二つの準位が存在し得る。
[0012] To illustrate, an In 1 over as shown in Table 1 x Ga x As y P 1 over y based materials SCH (SEPAR
ate Definition Heterostr
Consider the asymmetric double quantum well structures (a) and (b). In Table 1, all the epitaxy layers have compositions that lattice-match with InP. In this case, the composition x of Ga is approximately as follows as the composition y of As. x
= 0.4526y / (1-0.031y). Also, As
The band gap energy for the composition y of
(EV) = obtained by the 1.35-0.72y + 0.12y 2. The energy discontinuity at the heterojunction interface is distributed to the conduction band at a rate of 31% and the valence band at a rate of 69%. These relationships are shown in the following literature.
Agrawel, G, P. and Dutta, NK, “Long-Waveiength Se
miconductor Lasers ”, New York: VanNostrand Renhol
d, 1986. Hereinafter, it is shown that a high differential gain is obtained in the structure (a). For comparison, the structure (b) in which the difference in band gap energy between the quantum well layer and the waveguide layer is large and two levels are formed in the conduction band is also considered. These structures are chosen to lattice match the InP substrate. Here, special values such as film thickness and composition are selected,
The structurally important points are as follows. 1. Double quantum well structures of different widths. The narrow quantum well is on the p-side and the wide quantum well is on the n-side. 2. The two quantum wells are separated by a high barrier. Therefore, the movement of carriers between wells is dominated by the resonance tunnel. 3. In the structure (a) according to the present invention, since the band discontinuity between the waveguide layer and the well layer is small, only a single level is formed for electrons. In the structure (b) considered for comparison, since the difference in band gap between the quantum well and the waveguide layer is increased, two levels may exist in the conduction band.

【0013】〔本発明による利得スイッチ半導体レーザ
のキャリア密度と利得の関係〕いま表1に示すような構
造の半導体レーザに準静的に順方向バイアスを印加した
場合のキャリア密度と利得係数を数値的に計算する。そ
の際、次のような仮定をおく。 1.量子井戸構造の両端にビルト-イン ポテンシャルと
印加電圧の差に相当する電圧が誘起され、その間の電場
は一定であると仮定する。 2.量子井戸構造における伝導帯の擬フェルミ準位はn
タイプのクラッド領域のフェルミ準位と一致していると
仮定する。量子井戸内で静的に最大のキャリア密度が得
られる場合を想定している。キャリアが蓄積される時間
より十分遅く、自然再結合速度よりも十分速い時間スケ
ールで考えているのでこの仮定は妥当である。価電子帯
の擬フェルミ準位は、電荷中性条件が成り立つように選
ぶ。以上の仮定のもとにバイアス電圧Vb を印加したと
きのTEモードに対する利得を次式によりもとめる。こ
の式は、kp摂動法によってバンド間遷移確率を求めて
導かれる。
[Relationship between carrier density and gain of gain-switched semiconductor laser according to the present invention] The carrier density and gain coefficient when a forward bias is quasi-statically applied to a semiconductor laser having a structure as shown in Table 1 are shown below. To calculate. At this time, the following assumptions are made. 1. It is assumed that a voltage corresponding to the difference between the built-in potential and the applied voltage is induced at both ends of the quantum well structure, and that the electric field therebetween is constant. 2. The quasi-Fermi level of the conduction band in the quantum well structure is n
Assume that it is consistent with the Fermi level of the type cladding region. It is assumed that the maximum carrier density can be obtained statically in the quantum well. This assumption is reasonable because we are considering on a time scale that is sufficiently slower than the time for carrier accumulation and faster than the spontaneous recombination rate. The quasi-Fermi level of the valence band is selected so that the neutral condition of charge is satisfied. Under the above assumption, the gain for the TE mode when the bias voltage Vb is applied is obtained by the following equation. This equation is derived by obtaining the transition probability between bands by the kp perturbation method.

【0014】[0014]

【数1】 (Equation 1)

【0015】式(1)において、Dはユニヴァーサル定
数および物質に固有な定数のみを含む定数であり構造に
依存しない。即ち、
In the formula (1), D is a constant including only a universal constant and a constant specific to a substance, and does not depend on the structure. That is,

【0016】[0016]

【数2】 (Equation 2)

【0017】である。ここに、eは単位電荷、cは光
速、ε0 は真空の誘電率、nバーは媒質の実の屈折率、
hバーはプランク定数hを2πで割ったもの、EG は量
子井戸層のバンドギャップエネルギー、Δはスプリット
オフバンドギャップエネルギーである。また、mc は伝
導帯における電子の有効質量である。さらに、式(1)
において、Lz は量子井戸の領域の厚さ、Eは光のエネ
ルギーである。v=hhとv=lhは、それぞれ重い正
孔と軽い正孔の寄与であることを表す。また、mv rは伝
導帯における電子の有効質量mc と価電子帯におけるホ
ールの有効質量mv の換算質量である。即ち、
## EQU1 ## Where e is the unit charge, c is the speed of light, ε 0 is the dielectric constant of vacuum, n bar is the actual refractive index of the medium,
h bars obtained by dividing Planck's constant h by 2 [pi, E G band gap energy of the quantum well layer, delta is the split-off band gap energy. Further, mc is the effective mass of electrons in the conduction band. Further, equation (1)
, L z is the thickness of the quantum well region, and E is the energy of light. v = hh and v = lh represent the contribution of heavy holes and light holes, respectively. Further, m v r is the reduced mass of the effective mass m v of holes in effective mass m c and valence band electrons in the conduction band. That is,

【0018】[0018]

【数3】 (Equation 3)

【0019】ここに、ψci(ψvj)は伝導帯(価電子
帯)におけるi(j)番目の準位の波動関数をあらわ
す。また、Ec,i(Ev,j)は伝導帯(価電子帯)におけ
るi(j)番目のサブエネルギーを表す。E′G は量子
井戸構造において伝導帯の底と価電子帯のトップの差、
即ち実際上のバンドギャップエネルギーである。波動関
数と準位エネルギーは次のシュレーディンガー方程式を
それぞれのバンド構造について解くことによって求めら
れる。
Here, ψ civj ) represents the wave function of the i (j) -th level in the conduction band (valence band). E c , i (E v , j ) represents the i (j) -th sub-energy in the conduction band (valence band). E ′ G is the difference between the bottom of the conduction band and the top of the valence band in the quantum well structure,
That is, the actual band gap energy. The wave function and the level energy are obtained by solving the following Schrodinger equation for each band structure.

【0020】[0020]

【数4】 (Equation 4)

【0021】ここで、ポテンシャルVは構造と印加電圧
によって決まる。式(1)におけるFermi分布関数
l は擬フェルミエネルギーFl を用いて、
Here, the potential V is determined by the structure and the applied voltage. Fermi distribution function f l in the formula (1) used quasi-Fermi energy F l,

【0022】[0022]

【数5】 (Equation 5)

【0023】と表される。kはボルツマン定数、Tは絶
対温度である。キャリア密度nは次式で求められる。
## EQU2 ## k is the Boltzmann constant and T is the absolute temperature. The carrier density n is obtained by the following equation.

【0024】[0024]

【数6】 (Equation 6)

【0025】図1、図2は構造(a)と(b)について
利得スペクトルのピークの値とそのキャリア密度による
微分(微分利得)をキャリア密度の関数として計算した結
果である。図1ではキャリア密度が1.08×1018
ー3から増すにつれて利得が急激に増大している。微分
利得は6.4×10-14 cm2 に達している。この値
は、通常の長波長半導体レーザの値2.5×10-16
2 に比べて一桁以上大きい。これに対して図2では、
キャリア密度が0.95×1018cmー3から1.7×1
18cmー3の範囲でほぼ直線的に増大し、その後,逆に
低下している.この場合微分利得は通常の長波長半導体
レーザの場合と同じオーダである。図1のように利得が
急激に変化する特性が短い光パルスを得るために期待さ
れる特性である。微分利得の値が大きいことから、構造
(a)の場合利得スイッチ動作させたときにチャーピン
グが通常のレーザに比べて小さくなることが期待でき
る。このことは、次のよく知られた関係から予測でき
る:DFB(Distributed Feedbac
k)レーザの波長の広がりは(1+α)1/2 で表される
(Koyama,F. and Suematsu, Y.,“Analysis of Dynamic
Spectral Width of Dynamic-Single-Mode (DSM) Lasers
and Related Transmission Bandwidth of Single-Mode
Fibers”, IEEE J. Quantum Electron.,vol. QE-21, n
o.4, pp. 292-297,April 1985.)。ここで、いわゆるα
パラメータは(dnバー/dn)/(dg/dn)に比
例する量である(Henry, C. H.,“Theory of the Linewi
dth of Semiconductor Lasers”,IEEE J. Quantum Elec
tron., vol. QE-18, no.2, pp.259-264, Feb. 1982.)。
ここに、nはキャリア密度でdg/dnが微分利得に相
当する。
FIG. 1 and FIG. 2 show the results of calculating the peak value of the gain spectrum and the derivative of the gain (differential gain) as a function of the carrier density for the structures (a) and (b). In FIG. 1, the carrier density is 1.08 × 10 18 c
The gain increases sharply as it increases from m -3 . The differential gain has reached 6.4 × 10 −14 cm 2 . This value is 2.5 × 10 −16 c, which is the value of a typical long wavelength semiconductor laser.
One digit or more larger than m 2 . In contrast, in FIG.
Carrier density from 0.95 × 10 18 cm -3 to 1.7 × 1
It increases almost linearly in the range of 0 18 cm -3 , and then decreases conversely. In this case, the differential gain is of the same order as in the case of a normal long wavelength semiconductor laser. As shown in FIG. 1, the characteristic in which the gain changes abruptly is a characteristic expected to obtain a short optical pulse. Since the value of the differential gain is large, it can be expected that the chirping becomes smaller than that of a normal laser when the gain switch is operated in the case of the structure (a). This can be predicted from the following well-known relationship: DFB (Distributed Feedbac)
k) The wavelength spread of the laser is represented by (1 + α) 1/2
(Koyama, F. and Suematsu, Y., “Analysis of Dynamic
Spectral Width of Dynamic-Single-Mode (DSM) Lasers
and Related Transmission Bandwidth of Single-Mode
Fibers ”, IEEE J. Quantum Electron., Vol. QE-21, n
o.4, pp. 292-297, April 1985.). Where the so-called α
The parameter is a quantity proportional to (dn bar / dn) / (dg / dn) (Henry, CH, “Theory of the Linewi
dth of Semiconductor Lasers ”, IEEE J. Quantum Elec
tron., vol. QE-18, no.2, pp.259-264, Feb. 1982.).
Here, n is the carrier density and dg / dn corresponds to the differential gain.

【0026】図1と図2における利得の変化の大きさの
違いは表1の構造(a)が伝導帯に一つの準位しか形成
されず、他方構造(b)の場合は二つの準位が形成され
ることに拠る。この点をより明確に示すために、構造
(c)を考える。この構造は表2に示すように表1
(b)とは導波路層の組成が異るだけで他の構造は同じ
である。構造(c)では、導波路層のバンド間隔が小さ
くなったために一つの準位しか伝導帯に形成されない。
また、構造(c)についてキャリア密度と利得の関係を
構造(a)、(c)と同様に計算するとやはり構造
(a)の場合と同じように通常の場合よりも一桁以上大
きい高い微分利得が得られる。
The difference between the magnitudes of the gain changes in FIGS. 1 and 2 is that the structure (a) in Table 1 has only one level formed in the conduction band and the structure (b) has two levels in the case of structure (b). Is formed. To more clearly illustrate this point, consider structure (c). This structure is shown in Table 1 as shown in Table 2.
The other structure is the same as (b) except that the composition of the waveguide layer is different. In the structure (c), only one level is formed in the conduction band because the band interval of the waveguide layer is reduced.
Further, when the relationship between the carrier density and the gain is calculated for the structure (c) in the same manner as in the structures (a) and (c), the high differential gain is larger than that in the normal case by one order of magnitude as in the case of the structure (a). Is obtained.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】構造(c)と構造(b)で利得のキャリア
密度依存性が異なる理由は、図3,図4によって直感的
に理解することができる。図4は伝導帯に一つの準位が
形成される場合(構造(c))と図3は伝導帯に二つの
準位が形成される場合(構造(b))についてバイアス
電圧Vb を変化させたときの伝導帯と価電子帯のバンド
端ならびに電子と重いホールの波動関数の変化を示す。
図4は伝導帯に第一準位のみが形成される構造(c)に
ついてバイアスを1.285V,1.290V,1.2
95Vと変えたときに電子と重いホールの第一準位の波
動関数の変化を示したものである。このバイアス電圧の
値の範囲では電子の波動関数はほとんど変化しないのに
対して重いホールの波動関数は著しく変化する。特に、
第一準位の波動関数のピーク位置が狭い量子井戸から広
い量子井戸に移動している。利得は式(1)のように、
電子とホールの重なり積分(式(2))に依存している
ので重なり積分Cijが大きく変化し利得の急激な変化が
生じるのである。これに対し図3は伝導帯に二つの準位
が形成される構造(b)についてバイアスを1.280
V,1.285V,1.290Vと変えたときに電子と
重いホールの第一準位の波動関数の変化を示したもので
ある。この場合は重いホールの波動関数は図4の構造
(c)と同様にピーク位置が狭い量子井戸から広い量子
井戸に移動している。他方、電子の二つの準位は結合し
ていて両方の井戸に広がっているので重なり積分Cij v
の大きさの変化による利得の変化は図4構造(c)のよ
うに大きくはない。
The reason why the carrier density dependence of the gain differs between the structure (c) and the structure (b) can be intuitively understood from FIGS. FIG. 4 shows the case where one level is formed in the conduction band (structure (c)) and FIG. 3 shows the case where the bias voltage Vb is changed in the case where two levels are formed in the conduction band (structure (b)). The change of the band edge of the conduction band and the valence band and the change of the wave function of the electron and the heavy hole are shown.
FIG. 4 shows a bias of 1.285 V, 1.290 V, 1.2 B for the structure (c) in which only the first level is formed in the conduction band.
This shows the change of the wave function of the first level of electrons and heavy holes when the voltage is changed to 95V. In this bias voltage range, the electron wave function hardly changes, whereas the heavy hole wave function changes significantly. Especially,
The peak position of the first-level wave function moves from a narrow quantum well to a wide quantum well. The gain is given by equation (1)
Since it depends on the overlap integral of the electron and the hole (Equation (2)), the overlap integral C ij changes greatly and a sudden change in the gain occurs. On the other hand, FIG. 3 shows that the bias is 1.280 for the structure (b) in which two levels are formed in the conduction band.
The graph shows changes in the wave functions of the first level of electrons and heavy holes when V, 1.285 V, and 1.290 V are changed. In this case, the wave function of the heavy hole moves from a quantum well having a narrow peak position to a wide quantum well as in the structure (c) of FIG. On the other hand, the two levels of the electrons are coupled and spread in both wells, so the overlap integral C ij v
The change in the gain due to the change in the magnitude is not so large as in the structure (c) of FIG.

【0029】上の議論ではホールの高次の準位について
は言及していない。それはホールの高次の準位は相対的
に利得への寄与が小さいからである。電荷中性条件を満
たすときの擬フェルミ準位のバンド端からの高さは伝導
帯の擬フェルミ準位は高く価電子帯のそれは低い。それ
は、重いホールの状態密度が電子のそれに比べて大きい
ためである。そのため利得のスペクトルピークが正にな
る程度のキャリア密度の場合を考えてみると伝導帯では
高次の準位でも擬フェルミ準位よりも低いので利得に寄
与するが価電子帯の擬フェルミ準位は最低次の準位とほ
ぼ同じ高さなのでホールの高次の準位の利得に対する寄
与は小さい。
The above discussion does not refer to higher levels of holes. This is because the higher level of the hole has a relatively small contribution to the gain. When the charge neutral condition is satisfied, the height of the quasi-Fermi level from the band edge is higher in the conduction band and lower in the valence band. This is because the state density of heavy holes is larger than that of electrons. Therefore, considering the case where the carrier density is such that the gain spectrum peak becomes positive, even in the conduction band, even higher-order levels contribute to the gain because they are lower than the pseudo-Fermi level, but the valence-band pseudo-Fermi level Is almost the same height as the lowest level, so that the contribution of the higher level of the hole to the gain is small.

【0030】同様のことは、閉じこめ層のバンド端より
高いエネルギーをもつキャリアについても言える。ここ
ではそれらの利得への寄与を無視している。ホールの実
際の井戸間の移動について言えば図4(c)の構造にお
いてVb =1.29Vの近傍で重いホールの第一準位と
第二準位が結合しており、共鳴トンネルが生じている。
それ故、ホールは共鳴トンネルの周期で狭い量子井戸か
ら広い量子井戸へ伝搬していると考えることが出来る。
第一準位と第二準位のエネルギー差ΔEから見積もられ
る共鳴トンネルの周期Δt=h/2ΔEはこの場合およ
そ4psである。重いホールの二つの状態間で共鳴トン
ネルしている状況では二つの準位のエネルギー間隔が小
さいので利得のスペクトルピークの高さに二つの状態の
状態密度が寄与する。この点も利得の急激な増大の要因
である。GaAsをベースにした材料系ではバンド不連
続量が価電子帯よりも伝導帯で大きい。このような場
合、伝導帯にも多くの準位が形成される場合がある。こ
のような場合非線形利得増大はもっぱらこのメカニズム
によっている。
The same applies to carriers having higher energy than the band edge of the confinement layer. Here, their contribution to gain is ignored. Regarding the actual movement of holes between wells, in the structure of FIG. 4C, the first level and the second level of a heavy hole are coupled near V b = 1.29 V, and a resonance tunnel occurs. ing.
Therefore, it can be considered that holes propagate from a narrow quantum well to a wide quantum well with the period of the resonance tunnel.
The resonance tunnel period Δt = h / 2ΔE estimated from the energy difference ΔE between the first level and the second level is approximately 4 ps in this case. In a situation where resonance tunneling occurs between two states of a heavy hole, the energy density of the two levels is small, so that the density of states of the two states contributes to the height of the gain spectrum peak. This point is also a factor of a sharp increase in gain. In a GaAs-based material system, the band discontinuity is larger in the conduction band than in the valence band. In such a case, many levels may be formed also in the conduction band. In such a case, the non-linear gain increase is due exclusively to this mechanism.

【0031】次に本発明による構造が非対称であること
の意味について述べる。上に述べたように急激な利得の
変化は重いホールの最低次の二つの準位が結合すること
にともなって生じる。対称な量子井戸構造について重い
ホールの二つの準位が結合する場合について考えてみる
と伝導帯では広い電場の範囲で二つ以上の準位が結合し
ているであろう。そのため構造(b)の場合と同じよう
に広いキャリア密度の範囲でほぼ直線的に利得が増大し
ていく。実際、井戸の厚さが7.5nmの量子井戸3層
からなる対称な構造について微分利得を計算すると構造
(b)とほぼ同程度のものしか得られない。
Next, the meaning that the structure according to the present invention is asymmetric will be described. As described above, a sudden change in gain is caused by the combination of the lowest two levels of heavy holes. Considering the case where two levels of heavy holes are coupled in a symmetric quantum well structure, two or more levels in a conduction band will be coupled in a wide electric field range. Therefore, the gain increases almost linearly in a wide carrier density range as in the case of the structure (b). Actually, when the differential gain is calculated for a symmetric structure composed of three quantum wells having a well thickness of 7.5 nm, only a substantially similar structure to that of the structure (b) can be obtained.

【0032】〔閉じ込め係数を考慮した利得の増大〕こ
れまで非対称二重量子井戸構造について述べてきた。上
に述べてきた利得は量子井戸の中の光子に対する利得で
ある。実際のレーザの中の導波光は量子井戸構造よりも
広がっているので量子井戸の外側の部分では光子は増幅
されない。導波光強度の空間的分布の中に利得領域が占
める割合を閉じ込め係数と云い、これをΓと書くと正味
の利得はΓg となる。通常導波光の広がりは利得領域よ
りもずっと広くΓは数%のオーダーである。従って、閉
じ込め係数Γを大きくするためには、多重量子井戸構造
を設け、利得のある層を追加すればよい。なお、上に述
べた閉じ込め係数の概念は例えばAgrawal, G. P. and D
utta, N. K.,“Long-Wavelength Semiconductor Laser
s”, New York: Van Nostrand Renhold,1986.の48ペー
ジに記載されている。
[Increase in Gain Considering Confinement Coefficient] The asymmetric double quantum well structure has been described above. The gains mentioned above are for photons in the quantum well. Since the guided light in the actual laser is wider than the quantum well structure, the photons are not amplified outside the quantum well. The ratio of the gain region to the spatial distribution of the guided light intensity is called the confinement coefficient. If this is written as Γ, the net gain is Γg. Generally, the spread of guided light is much wider than the gain region, and Γ is on the order of several percent. Therefore, in order to increase the confinement coefficient Γ, a multiple quantum well structure may be provided and a layer having a gain may be added. The concept of the confinement coefficient described above is, for example, Agrawal, GP and D
utta, NK, “Long-Wavelength Semiconductor Laser
s ", New York: Van Nostrand Renhold, 1986., page 48.

【0033】実施の形態1.図5は実施の形態1の利得
スイッチ半導体レーザの構成を示す断面図である。図に
おいて、1はキャリアが再結合して光を発生する活性領
域で、非対称二重量子井戸構造をなし、量子井戸の厚
さ、閉じ込め層の組成を選ぶことによって伝導帯には単
一の準位しか形成されない。非対称二重量子井戸とは、
一層の障壁層1bを挟んでp電極側とn電極側にあるそ
れぞれ一層の量子井戸層からなり、p側に狭い量子井戸
1cがあり、n側に広い量子井戸1aがある。2は発生
した光を閉じ込め導波する導波路層、3は導波路層2を
挟むクラッド層、4は導波する光をフィードバックする
ための回折格子であり、レーザの共振器を構成する。5
はコンタクト層、6は電極である。
Embodiment 1 FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of the gain switch semiconductor laser according to the first embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes an active region in which carriers recombine to generate light. The active region has an asymmetric double quantum well structure. By selecting the thickness of the quantum well and the composition of the confinement layer, a single band is formed in the conduction band. Only places are formed. What is an asymmetric double quantum well?
It has a single quantum well layer on the p-electrode side and the n-electrode side with one barrier layer 1b interposed therebetween, and has a narrow quantum well 1c on the p-side and a wide quantum well 1a on the n-side. Reference numeral 2 denotes a waveguide layer for confining and guiding the generated light, reference numeral 3 denotes a cladding layer sandwiching the waveguide layer 2, and reference numeral 4 denotes a diffraction grating for feeding back the guided light, and constitutes a laser resonator. 5
Is a contact layer, and 6 is an electrode.

【0034】半導体レーザの活性領域1、導波路層2、
クラッド層3などの各層は基板の上に薄膜結晶をエピタ
キシャル成長して作製する。InPを基板としてInx
Ga1 -xAsy1ーyの混晶あるいはInxAl1ーxAsの
混晶によって各層を構成する。本実施の形態1において
は光ファイバの伝送損失が最も低い波長1.55μmに
おいて利得のピークが得られるように活性領域の組成と
厚さを表1の(a)に示すようにとる。電流狭窄ならび
に導波光の横閉じ込め構造をエッチングと埋め込み成長
を行うことによって設ける。
The active region 1 of the semiconductor laser, the waveguide layer 2,
Each layer such as the cladding layer 3 is produced by epitaxially growing a thin film crystal on a substrate. Using InP as a substrate, In x
The respective layers by mixed crystal of Ga 1 -x As y P 1 over mixed crystal or In the y x Al 1 over x As. In the first embodiment, the composition and thickness of the active region are set as shown in Table 1 (a) so that a gain peak is obtained at a wavelength of 1.55 μm where the transmission loss of the optical fiber is the lowest. The current confinement and the lateral confinement structure of the guided light are provided by performing etching and burying growth.

【0035】ついで,本実施の形態による半導体レーザ
の利得スイッチ動作について説明する。本実施の形態に
よる半導体レーザは活性領域を非対称二重量子井戸構造
としている。またこの非対称二重量子井戸において伝導
帯においては一つの準位しか形成されない。このような
半導体レーザを利得スイッチ動作させると量子井戸にキ
ャリアを注入する段階では利得が低く、キャリアが十分
蓄積された段階で正孔の二つの準位が結合し、その後利
得が急激に増大する。このため通常の利得スイッチ動作
よりも短い光パルスが得られる。またこの構造では高い
微分利得が得られるのでチャーピングが小さい。
Next, the gain switching operation of the semiconductor laser according to the present embodiment will be described. In the semiconductor laser according to the present embodiment, the active region has an asymmetric double quantum well structure. In this asymmetric double quantum well, only one level is formed in the conduction band. When such a semiconductor laser is operated as a gain switch, the gain is low at the stage of injecting carriers into the quantum well, and the two levels of holes are combined at the stage of sufficient accumulation of carriers, and thereafter the gain rapidly increases. . Therefore, an optical pulse shorter than the normal gain switch operation can be obtained. Further, in this structure, a high differential gain is obtained, so that chirping is small.

【0036】実施の形態2.上記実施の形態1では、半
導体レーザの活性領域が非対称二重量子井戸構造のみか
らなる場合について述べたが、閉じ込め係数を大きくす
るためにアクセプタを障壁層あるいは障壁層と井戸層に
ドープした多重量子井戸構造をp電極側に配置し、非対
称二重量子井戸構造をn電極側に上記多重量子井戸構造
に接して配置した複合構造を活性領域とすることによっ
て低いキャリア密度で高い利得が得られ、かつ、非線形
な利得の増大も得られる。
Embodiment 2 In the first embodiment, the case where the active region of the semiconductor laser has only the asymmetric double quantum well structure has been described. However, in order to increase the confinement coefficient, the multiple quantum well in which the acceptor is doped in the barrier layer or the barrier layer and the well layer is used. A high gain can be obtained with a low carrier density by using a composite structure in which the well structure is arranged on the p-electrode side and the asymmetric double quantum well structure is arranged on the n-electrode side in contact with the multiple quantum well structure, In addition, a non-linear increase in gain is obtained.

【0037】本実施の形態2の構造はより具体的には表
3および図6に示す。非対称二重量子井戸構造は、表1
に示す構造(a)と同じであり、これに接して多重量子
井戸を配置したものである。非対称二重量子井戸と多重
量子井戸の利得ピークは一致し、1.55μmとなるよ
うに選ばれている。この構造では、注入過程でも多重量
子井戸の領域はアクセプタがドープされているのでポテ
ンシャルはほぼ一定である。非対称二重量子井戸の領域
では順方向バイアスが上昇するにつれて図1に示したよ
うに利得が変化する。電子は非対称二重量子井戸の薄い
障壁をトンネルして多重量子井戸領域に達することがで
きるので多重量子井戸でも非対称二重量子井戸とほぼ同
じ擬フェルミ準位(伝導帯)に達し、それに応じた利得
が得られる。その結果、導波光の場と利得のある領域と
の重なりが増大し閉じ込め係数も考慮した利得が高くな
る。
The structure of the second embodiment is more specifically shown in Table 3 and FIG. Table 1 shows the asymmetric double quantum well structure.
This is the same as the structure (a) shown in FIG. 1 except that a multiple quantum well is arranged in contact with the structure (a). The gain peaks of the asymmetric double quantum well and the multiple quantum well coincide with each other and are selected to be 1.55 μm. In this structure, the potential of the multiple quantum well region is almost constant even in the implantation process because the acceptor is doped. In the region of the asymmetric double quantum well, the gain changes as shown in FIG. 1 as the forward bias increases. Since electrons can tunnel through the thin barrier of the asymmetric double quantum well to reach the multiple quantum well region, the multiple quantum well reaches almost the same pseudo-Fermi level (conduction band) as the asymmetric double quantum well. Gain is obtained. As a result, the overlap between the guided light field and the gain region increases, and the gain in consideration of the confinement coefficient increases.

【0038】[0038]

【表3】 [Table 3]

【0039】表3に示した実施の形態2の積層構造では
閉じ込め係数は、12.5%となる。また、実施の形態
1の場合、即ち閉じ込め係数を最大にするために導波路
層の厚さを80nmとし、1.5μmのクラッド層で非
対称二重量子井戸を挟んだ構造では閉じ込め係数は3.
7%となる。
In the layered structure of the second embodiment shown in Table 3, the confinement coefficient is 12.5%. Further, in the case of the first embodiment, that is, in the structure in which the thickness of the waveguide layer is set to 80 nm to maximize the confinement coefficient and the asymmetric double quantum well is interposed between the cladding layers of 1.5 μm, the confinement coefficient is set to 3.
7%.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明の第1の構成に係る利得スイッチ
半導体レーザによれば、一層の障壁層を挟んでp電極側
にある狭い量子井戸とn電極側にある広い量子井戸から
なる非対称二重量子井戸構造を活性領域とした半導体レ
ーザにおいて、非対称二重量子井戸の伝導帯において最
低次のサブバンドだけが存在できるようにすることによ
って利得のキャリア密度依存性に高い非線形性を持たせ
ることができ、短い光パルスを発生させることができ
る。
According to the gain-switched semiconductor laser according to the first configuration of the present invention, an asymmetric two-layer structure comprising a narrow quantum well on the p-electrode side and a wide quantum well on the n-electrode side with one barrier layer interposed therebetween. To make the carrier density dependence of gain highly nonlinear by allowing only the lowest order subband to exist in the conduction band of an asymmetric double quantum well in a semiconductor laser with a quantum well structure as the active region. And a short light pulse can be generated.

【0041】また、本発明の第2の構成に係る利得スイ
ッチ半導体レーザによれば、非対称二重量子井戸構造の
p電極側量子井戸に接して、障壁層あるいは障壁層と井
戸層にアクセプタをドープした多重井戸構造を配置した
複合構造とし、上記多重量子井戸と非対称二重量子井戸
の発光ピークエネルギーが一致するようにした構造を活
性領域としたので低いキャリア密度であっても非線形な
利得のキャリア密度依存性と高い閉じ込め係数、したが
って高いモード利得の両方を、得られるようにしたの
で、低いキャリア密度で高い利得が得られるとともに非
線形増大も得られ、短い光パルスが得られる。
According to the gain-switched semiconductor laser according to the second configuration of the present invention, the barrier layer or the barrier layer and the well layer are doped with the acceptor in contact with the p-electrode side quantum well of the asymmetric double quantum well structure. Since the active region is a composite structure in which the multiple well structure is arranged and the emission peak energies of the multiple quantum well and the asymmetric double quantum well coincide with each other, a carrier having a non-linear gain even at a low carrier density is used. Since both the density dependence and the high confinement factor, and thus the high mode gain, are obtained, a high gain can be obtained at a low carrier density, a nonlinear increase can be obtained, and a short optical pulse can be obtained.

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

【図1】 表1に示した量子井戸構造(構造(a))の
利得係数(実線)と微分利得(点線)のキャリア密度依
存性を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the carrier density dependence of the gain coefficient (solid line) and differential gain (dotted line) of the quantum well structure (structure (a)) shown in Table 1.

【図2】 表1に示した量子井戸構造(構造(b))の
利得係数(実線)と微分利得(点線)のキャリア密度依
存性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the carrier density dependence of the gain coefficient (solid line) and differential gain (dotted line) of the quantum well structure (structure (b)) shown in Table 1.

【図3】 伝導帯に二つの準位が形成される場合(b)
についてバイアス電圧Vb を変化させたときの伝導帯と
価電子帯のバンド端ならびに電子と重いホールの波動関
数の変化を示す図である。
FIG. 3 shows a case where two levels are formed in a conduction band (b)
FIG. 6 is a diagram showing band edges of a conduction band and a valence band, and changes in wave functions of electrons and heavy holes when the bias voltage Vb is changed.

【図4】 伝導帯に一つの準位が形成される場合(c)
についてバイアス電圧Vb を変化させたときの伝導帯と
価電子帯のバンド端ならびに電子と重いホールの波動関
数の変化を示す図である。
FIG. 4 shows a case where one level is formed in a conduction band (c).
FIG. 6 is a diagram showing band edges of a conduction band and a valence band, and changes in wave functions of electrons and heavy holes when the bias voltage Vb is changed.

【図5】 この発明の形態1の利得スイッチ半導体レー
ザの構成を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the gain-switched semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態2の非対称二重量子井
戸と多重量子井戸の複合構造を活性領域とする利得スイ
ッチ半導体レーザの構成を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a gain-switched semiconductor laser having a composite structure of an asymmetric double quantum well and a multiple quantum well according to a second embodiment of the present invention as an active region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 非対称二重量子井戸、1a 広い量子井戸、1b
障壁層、1c 狭い量子井戸、2 導波路層、3 クラ
ッド層、4 フィードバック機構の回折格子、5 コン
タクト層、6 電極、7 多重量子井戸。
1 asymmetric double quantum well, 1a wide quantum well, 1b
Barrier layer, 1c narrow quantum well, 2 waveguide layers, 3 cladding layers, 4 diffraction grating of feedback mechanism, 5 contact layers, 6 electrodes, 7 multiple quantum wells.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一層の障壁層を挟んでp電極側にある狭
い量子井戸とn電極側にある広い量子井戸からなる非対
称二重量子井戸構造を活性領域とした半導体レーザにお
いて、非対称二重量子井戸の伝導帯において最低次のサ
ブバンドだけが存在できるようにすることによって利得
のキャリア密度依存性に高い非線形性を持たせ、短い光
パルスを発生できるようにしたことを特徴とする利得ス
イッチ半導体レーザ。
1. A semiconductor laser having an asymmetric double quantum well structure comprising a narrow quantum well on a p-electrode side and a wide quantum well on an n-electrode side with one barrier layer therebetween as an active region. A gain switch semiconductor characterized in that the carrier density dependence of gain has high nonlinearity by allowing only the lowest-order subband to exist in the conduction band of the well, and a short optical pulse can be generated. laser.
【請求項2】 上記非対称二重量子井戸構造のp電極側
量子井戸に接して、障壁層あるいは障壁層と井戸層にア
クセプタをドープした多重量子井戸構造を配置した複合
構造であって、上記多重量子井戸と非対称二重量子井戸
の発光ピークエネルギ−が一致するようにした構造を活
性領域とすることによって低いキャリア密度であっても
非線形な利得のキャリア密度依存性と高い閉じ込め係
数、したがって高いモード利得の両方を、得られるよう
にしたことを特徴とする請求項1記載の利得スイッチ半
導体レーザ。
2. A composite structure in which a barrier layer or a multiple quantum well structure in which a barrier layer and a well layer are doped with an acceptor is disposed in contact with a quantum well on the p-electrode side of the asymmetric double quantum well structure. By making the structure in which the emission peak energies of the quantum well and the asymmetric double quantum well coincide with each other as the active region, the carrier density dependence of the nonlinear gain and the high confinement coefficient and therefore the high mode even at a low carrier density. 2. The gain-switched semiconductor laser according to claim 1, wherein both gains are obtained.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2291891A4 (en) * 2008-05-28 2017-03-22 Oulun Yliopisto Semiconductor laser

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