JPH0614573B2 - Semiconductor laser - Google Patents
Semiconductor laserInfo
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- JPH0614573B2 JPH0614573B2 JP60036185A JP3618585A JPH0614573B2 JP H0614573 B2 JPH0614573 B2 JP H0614573B2 JP 60036185 A JP60036185 A JP 60036185A JP 3618585 A JP3618585 A JP 3618585A JP H0614573 B2 JPH0614573 B2 JP H0614573B2
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は埋め込みヘテロ単一縦モード半導体レーザ、
特に高速デイジタル光伝送用に適する半導体レーザに関
する。The present invention relates to a buried hetero single longitudinal mode semiconductor laser,
Particularly, it relates to a semiconductor laser suitable for high-speed digital optical transmission.
「従来の技術」 元来、半導体レーザ(LD)は高速変調が容易であると
いう特徴を有しており、光通信用光源として研究実用化
が盛んに行われている。半導体レーザに対する変調は注
入電流変調による直接変調が一般的で、これにより半導
体レーザを変調すると、その出力光の強度が変調信号に
応じて変化する。特に半導体レーザの駆動電流−光出力
(I−L)特性の直線性やSN比に対する要求条件が緩
いパルス変調の場合でも以下のような条件が必要とされ
る。消光比が良好なこと、振幅、パルス幅の変動が
小さいこと、符号間干渉が小さいこと、動的スペク
トル広がりが小さいことである。“Prior Art” Originally, a semiconductor laser (LD) has a feature that high-speed modulation is easy, and research and practical use has been actively carried out as a light source for optical communication. The modulation for the semiconductor laser is generally a direct modulation by injection current modulation, and when the semiconductor laser is modulated by this, the intensity of the output light changes according to the modulation signal. In particular, even in the case of pulse modulation in which the linearity of the drive current-optical output (IL) characteristic of the semiconductor laser and the S / N ratio are loose, the following conditions are required. The extinction ratio is good, the amplitude and pulse width are small, the intersymbol interference is small, and the dynamic spectrum spread is small.
1Gb/s以上の高速パルス伝送において中継間隔を制限
する要因として前記動的スペクトル広がりが注目され
ていた。石英系光フアイバの最小損失波長領域である
1.5μm帯では動的スペクトル広がりが大きく、その
帯域制限の原因の一つとなる光フアイバ分散値が無視で
きぬ程度(10ps/km/nm)存在するためである。
動的スペクトル広がりを小さくするために近年開発が進
められてきた単一縦モードレーザを用いた場合でも波長
1.5μmはスペクトル広がりをさらに圧縮する必要が
ある。消光比と動的スペクトル広がりとの間にトレード
・オフ的な(あい容れない)関係があるために、現状の
半導体レーザ構造でスペクトル広がりを抑制するために
は消光比の劣化を甘受しなければならないという欠点が
あつた。In the high-speed pulse transmission of 1 Gb / s or more, the dynamic spectrum broadening has been noted as a factor limiting the relay interval. In the 1.5 μm band, which is the minimum loss wavelength region of silica-based optical fibers, the dynamic spectrum spread is large, and the optical fiber dispersion value, which is one of the causes of the band limitation, is not negligible (10 ps / km / nm). This is because.
Even when a single longitudinal mode laser, which has been recently developed to reduce the dynamic spectrum spread, is used, the wavelength spread of 1.5 μm needs to be further compressed. Since there is a trade-off (incompatible) relationship between the extinction ratio and the dynamic spectrum spread, in order to suppress the spectrum spread in the current semiconductor laser structure, the deterioration of the extinction ratio must be accepted. There was a drawback that it did not happen.
また従来の直接パルス変調では、消光状態を「0」に対応
させるように注入電流を変調していたので、消光時には
活性層内キヤリア密度がキヤリア寿命時間を時定数とし
て緩和していた。このキヤリア寿命時間は1ns程度あ
るいはそれ以上であるからパルス直流の立上り時におけ
るキヤリア密度はそれ以前の符号列の「0」,「1」に
依存し、いわゆるパタン効果(符号間干渉)が無視でき
ない欠点があつた。Further, in the conventional direct pulse modulation, the injection current is modulated so that the extinction state corresponds to "0", so that the carrier density in the active layer relaxes with the carrier life time as a time constant during extinction. Since the carrier life time is about 1 ns or more, the carrier density at the rise of pulsed direct current depends on "0" and "1" of the code sequence before that, and the so-called pattern effect (intersymbol interference) cannot be ignored. There was a flaw.
「問題点を解決するための手段」 この発明によれば基板上に帯状活性層が形成され、その
帯状活性層の幅がその活性層内の少数キヤリアの拡散長
程度又はそれ以下とされ、更にこの活性層の基板と反対
の面上において両側部に、絶縁層あるいは高抵抗層で互
いに分離された第1、第2クラツド層が形成され、これ
ら第1、第2クラツド層を通じて各別に活性層に電流を
注入できるようにされてある。"Means for Solving the Problems" According to the present invention, a belt-shaped active layer is formed on a substrate, and the width of the belt-shaped active layer is set to a diffusion length of a few carriers in the active layer or less, and First and second cladding layers, which are separated from each other by an insulating layer or a high resistance layer, are formed on both sides of the surface of the active layer opposite to the substrate, and the active layer is separately provided through the first and second cladding layers. It is designed so that current can be injected into it.
このようにして従来の注入電流を直接パルス変調する場
合には不可避である時間的キヤリア密度変動を抑圧する
ため、注入電流総量は一定のままで、活性層に注入する
電流路(クラツド層)が二つ設けられており、これ等に
交互に電流を流すことによつてレーザ発光点を変調信号
に応じて移動させることができ、この出力光をレーザ発
光点が移動することによつて通透損失が変化するような
空間フイルタを通すことにより、良好な消光比と少ない
パタン効果と狭い動的スペクトル幅特性を有する光パル
ス伝送を実現することを可能とする半導体レーザが得ら
れる。In this way, the temporal carrier density fluctuation, which is inevitable when the conventional injection current is directly pulse-modulated, is suppressed, so that the total injection current remains constant and the current path (cladding layer) injected into the active layer is kept constant. Two are provided, and the laser emission point can be moved according to the modulation signal by alternately passing a current through them, and this output light is transmitted through the movement of the laser emission point. By passing through a spatial filter with variable loss, it is possible to obtain a semiconductor laser capable of realizing optical pulse transmission having a good extinction ratio, a small pattern effect, and a narrow dynamic spectral width characteristic.
「実施例」 第1図は埋込みヘテロ接合(BH)半導体レーザをもと
にした場合のこの発明の実施例を示し、ストライプ直角
方向断面図である。P−InP基板1上の一部にInGaAsP活
性層2が形成される。分布帰還型(DFB)半導体レー
ザ形式を採る場合は予めP−InP基板1上に所望の回折
格子を紙面と垂直方向に形成した後、やはり四元からな
るガイド層を成長させた上に活性層2を成長させればよ
い。[Embodiment] FIG. 1 shows an embodiment of the present invention based on a buried heterojunction (BH) semiconductor laser, and is a sectional view perpendicular to the stripe. I n G a A s P active layer 2 is formed on a part of the P-I n P substrate 1. Distributed feedback after forming the desired diffraction grating on the advance P-I n P substrate 1 when taking the (DFB) semiconductor laser form in a direction perpendicular to the sheet of, on which is also grown a guide layer made of quaternary The active layer 2 may be grown.
断面形状ではフアブリーペロー型(FP型)でもDFB
(分布帰還)型でも殆んど相違がないので、以後はFP
(フアブリーペロー)型のみについて説明することと
し、特にDFB型には言及しないが、この発明のDFB
型への適用は容易である。またDBR(分布ブラツグ反
射)型は分布帰還(DFB)型の一種であり、へき開に
よる鏡面の代りに活性層2の両端に設けた回折格子によ
つて共振器を形成するものである。従つて横方向断面形
状は通常のフアブリーペロー型と同様のままである。In terms of cross-sectional shape, it is a DFB even in the Fabry-Perot type (FP type)
There is almost no difference in the (distributed feedback) type, so after that, FP
Only the (Fabry-Perot) type will be described, and the DFB type is not particularly mentioned.
Application to the mold is easy. The DBR (Distributed Bragg Reflection) type is a type of distributed feedback (DFB) type, in which a resonator is formed by diffraction gratings provided at both ends of the active layer 2 instead of the mirror surface by cleavage. Therefore, the cross-sectional shape in the lateral direction remains the same as that of the ordinary Fabry-Perot type.
活性層2の幅はその活性層2内の少数キヤリア拡散長程
度以下にする。6μmの幅をもつプレーナストライプ型
InP系半導体レーザでは横方向の空間的ホールバーニン
グが起らないことが実験的に確められており、拡散長は
6μm以上と考えてよく、従つて活性層2の幅は6μm
程度よりも大きな値より小さなものとなる。The width of the active layer 2 is set to be equal to or less than the minority carrier diffusion length in the active layer 2. Planar stripe type with a width of 6 μm
The I n P-based semiconductor lasers and is Me Make experimentally that lateral spatial hole burning does not occur, diffusion length may be considered more 6 [mu] m, the width of the sub connexion active layer 2 is 6 [mu] m
It is smaller than the value larger than the degree.
活性層2上の左右にn-InPのクラツド層3,4が形成さ
れる。これは活性層2上にInP層を全面に形成した後、
そのInP層を選択的にエツチングしてクラツド層3,4
に分割することによつて形成する。このようにクラツド
層3と4はこの例では空気よりなる絶縁層で互いい分離
されている。クラツド層3,4の間に絶縁層の代わりに
高抵抗層あるいはP−InP層がはさまれていても同様の
効果が得られる。この活性層2及びクラツド層3,4
は、P−InP基板1上に順次形成されたn−InP層5、P
−InP層6、n−InP層7よりなる埋込み層8内に埋込ま
れるように形成されている。P−InP基板1の底面にP
側電極9が形成されている。クラツド層3,4上にそれ
ぞれn−InP層7上に延長されてn側電極11,12が
それぞれ形成され、P側電極9、n側電極11,12に
それぞれP側端子13、n側端子14,15が接続され
ている。なおこの第1図に示した構造においてクラツド
層が3,4に、かつこれらに電流を供給するn側電極が
11,12に分断されている以外は従来の埋込みヘテロ
接合(BH)構造の半導体レーザと同一構造である。On the left and right sides of the active layer 2, nI n P cladding layers 3 and 4 are formed. After this is formed on the entire surface of the I n P layer on the active layer 2,
The I n P layer is selectively etched to obtain the cladding layers 3, 4
It is formed by dividing into. Thus, the cladding layers 3 and 4 are separated from each other by an insulating layer of air in this example. The same effect even if the high-resistance layer or P-I n P layer is sandwiched in place of the insulating layer between the Kuratsudo layers 3 and 4 is obtained. The active layer 2 and the cladding layers 3 and 4
Is, P-I n P substrate which are sequentially formed on the 1 n-I n P layer 5, P
It is formed so as to be embedded in -I n P layer 6, the n-I n P layer 7 buried layer 8 made of. P- InP P on the bottom of the substrate 1
The side electrode 9 is formed. Respectively on Kuratsudo layers 3 and 4 is extended over n-I n P layer 7 is n-side electrodes 11 and 12 are formed respectively, P-side terminals 13, respectively P-side electrode 9, an n-side electrode 11, n The side terminals 14 and 15 are connected. Incidentally, in the structure shown in FIG. 1, the semiconductor of the conventional buried heterojunction (BH) structure except that the cladding layers are divided into 3 and 4 and the n-side electrodes for supplying current to these are divided into 11 and 12. It has the same structure as the laser.
一定電流を電流切換回路によつてn側端子14,15に
時間的に切換えるような電流注入の形態を考える。例え
ば端子14から電極11を通じて流入した電子はクラツ
ド層3から矢印16で示すように基板1と反対の面から
活性層2に注入される。活性層2中をその注入された電
子は拡散するが、注入域に近いクラツド層3(図で左)
側の方が電子密度が若干高いために発振しやすく、その
発振光強度分布もクラツド層3(左)側に極大値をもつ
非対称な形状となる。Consider a mode of current injection in which a constant current is temporally switched to the n-side terminals 14 and 15 by a current switching circuit. For example, electrons flowing from the terminal 14 through the electrode 11 are injected from the cladding layer 3 into the active layer 2 from the surface opposite to the substrate 1 as shown by an arrow 16. The injected electrons diffuse in the active layer 2, but the cladding layer 3 near the injection region (left in the figure)
Since the side has a slightly higher electron density, it is more likely to oscillate, and the oscillated light intensity distribution also has an asymmetrical shape having a maximum value on the side of the cladding layer 3 (left).
電流が切換えられて端子15、電極12を通じ、クラツ
ド層4から活性層2へ電流が矢印17で示すように流れ
るようになると、発光極大点は中心よりクラツド層4
(右)側に移る。When the electric current is switched and the electric current flows from the cladding layer 4 to the active layer 2 through the terminal 15 and the electrode 12, as shown by the arrow 17, the emission maximum point is from the center to the cladding layer 4.
Move to the (right) side.
従つて信号入力の「1」,「0」に応じて注入電流端子
14,15の何れかに切換えることにより、例えば発光
点が中心よりクラツド層3(左)側にあるときに
「1」、クラツド層4(右)側にあるときを「0」とす
るようなデイジタルパルス変調が可能となる。このよう
に発光点が変調された光源と、伝送路光フアイバとの間
に、発光点の位置によつて通過損失が変化するような一
種の光学的空間フイルタを挿入することにより、発光点
の位置に対応する光強度信号がその光フアイバ内に送出
することができる。Therefore, by switching to one of the injection current terminals 14 and 15 depending on the signal input "1" or "0", for example, when the light emitting point is on the cladding layer 3 (left) side from the center, "1", Digital pulse modulation that makes "0" when on the cladding layer 4 (right) side is possible. By inserting a kind of optical space filter that changes the passage loss depending on the position of the light emitting point between the light source whose light emitting point is modulated and the transmission line optical fiber, A light intensity signal corresponding to the position can be sent into the fiber.
基本横モードで発振する半導体レーザの光を単一モード
フアイバに結合させる通常の結合系では発光点の位置が
変化すると結合効率が大きく変化するので、これを前記
光学的空間フイルタとして用いることにより発光点に対
する変調を光フアイバ内のパルス変調された光信号に変
換できる。従つて空間フイルタとしての単一モードフア
イバの後段に続く伝送路は単一モードでも多モードでも
良い。In a normal coupling system that couples the light of a semiconductor laser that oscillates in the fundamental transverse mode to a single-mode fiber, the coupling efficiency changes significantly when the position of the emission point changes. The point modulation can be converted into a pulse-modulated optical signal in the optical fiber. Therefore, the transmission line following the single mode fiber as the spatial filter may be either single mode or multimode.
この第1図に示した半導体レーザに対するデイジタル信
号により駆動回路としては例えば第2図に示すように、
第1図に示した実施例の半導体レーザ31のP側端子1
3を電源の正側端子32に接続し、n側端子14,15
をそれぞれトランジスタ33,34の各コレクタに接続
し、これらトランジスタ33,34の各エミツタは互に
接続して定電流源35を通じて電源の負側端子36に接
続し、一方のトランジスタ33のベースにデイジタル信
号入力端子37を接続し、他方のトランジスタ34のベ
ースに基準電圧を与える端子38を接続し、トランジス
タ33,34による電流切換回路を構成し、入力デイジ
タル信号が「1」の時、端子38の基準電圧より入力端
子37の電圧が高くなり、トランジスタ33に定電流源
35の定電流が流れ、半導体レーザ31の左側に発光点
の中心が移り、入力デイジタル信号が論理「0」で端子
37の電圧が端子38の基準電圧より低くなると、トラ
ンジスタ34に定電流源35の定電流が流れ、半導体レ
ーザ31の発光点の中心は右側に移る。As a driving circuit according to the digital signal for the semiconductor laser shown in FIG. 1, for example, as shown in FIG.
P-side terminal 1 of the semiconductor laser 31 of the embodiment shown in FIG.
3 is connected to the positive terminal 32 of the power source, and the n-side terminals 14 and 15 are connected.
Are connected to the collectors of the transistors 33 and 34, respectively, and the emitters of the transistors 33 and 34 are connected to each other and connected to the negative terminal 36 of the power source through the constant current source 35, and the base of one of the transistors 33 is digitally connected. A signal input terminal 37 is connected, a terminal 38 for supplying a reference voltage is connected to the base of the other transistor 34, and a current switching circuit is constituted by the transistors 33 and 34. When the input digital signal is "1", the terminal 38 The voltage of the input terminal 37 becomes higher than the reference voltage, the constant current of the constant current source 35 flows through the transistor 33, the center of the light emitting point moves to the left side of the semiconductor laser 31, and the input digital signal is a logic "0". When the voltage becomes lower than the reference voltage of the terminal 38, the constant current of the constant current source 35 flows through the transistor 34, and the emission point of the semiconductor laser 31. Center moves to the right side.
またこのように発光されたレーザ光をその発光位置によ
つて通過損失が異なる光学的フイルタを用いて光フアイ
バへ結合させる側を第3図に示す。半導体レーザ31よ
りのレーザ光の発光点中心が左(クラツド層3)側にあ
る時は、実線41に示すように単一モード光フアイバ4
2の入射端面のコア43に、結合レンズ系44により発
光ビームが入射され、この光フアイバ42内に伝送され
る。しかし発光点中心が右(クラツド層4)側にある時
は、点線45で示すように結合レンズ系44により発光
ビームは光フアイバ42のクラツド46に入射され、こ
の光フアイバ42内で急速に減衰し伝送されない。Further, FIG. 3 shows the side where the laser light thus emitted is coupled to the optical fiber by using an optical filter having a different passage loss depending on the light emitting position. When the center of the emission point of the laser light from the semiconductor laser 31 is on the left (clad layer 3) side, as shown by the solid line 41, the single mode optical fiber 4
An emission beam is made incident on the core 43 at the incident end face of No. 2 by the coupling lens system 44 and is transmitted into the optical fiber 42. However, when the center of the light emitting point is on the right (clad layer 4) side, the light emitting beam is incident on the cladding 46 of the optical fiber 42 by the coupling lens system 44 as shown by the dotted line 45, and is rapidly attenuated in the optical fiber 42. Not transmitted.
以上の例は半導体レーザの外部に電流切換を担当する素
子を備えた場合の実施例であるが、半導体レーザチツプ
内部にこれを作り込むことも可能である。そのため能動
素子としてはFETとバイポーラ・トランジスタのどち
らでも可能である。第4図はFETを組み込んだ場合を
示し、第1図と対応する部分に同一符号を付けてある。
左右のn側電極11,12は短絡させてソース端子18
とされる。ドレインに相当するものは活性層2の真上近
傍のn−InPクラツド層である。第2図では前述のよう
に左右クラツド層3,4に分離のために、n−InP層に
選択的にイオン注入を行つて高抵抗領域19を形成した
例を示してある。さらに埋込みP−InP層6を低濃度と
し、そのP−InP層6をP+−InGaAsP 層21により上下
に分離し、そのP+−InGaAsP 層21上の埋込みP−InP
層6のクラツド層3,4と各反対側の一部を除去して、
P+−InGaAsP 層21上に左右電極22,23をつける。電極
22,23に端子24,25をそれぞれ付ける。更にイ
オン注入によりメサ両側に点線で示したようなP+領域2
6,27が左右にそれぞれ形成される。これら領域2
6,27はゲートとして作用する。Although the above example is an embodiment in which an element for switching the current is provided outside the semiconductor laser, it is also possible to form this inside the semiconductor laser chip. Therefore, either an FET or a bipolar transistor can be used as the active element. FIG. 4 shows a case where an FET is incorporated, and the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG.
The left and right n-side electrodes 11 and 12 are short-circuited to make the source terminal 18
It is said that Which corresponds to the drain is n-I n P Kuratsudo layer near right above the active layer 2. In the FIG. 2 for separation in the left and right Kuratsudo layers 3, 4 as described above, Aru selectively ion-implanted in the n-I n P layer shows an example of forming a means pursuant high resistance region 19. Furthermore the buried P-I n P layer 6 is set to a low concentration, to separate the P-I n P layer 6 up and down by a P + -I n G a A s P layer 21, the P + -I n G a A embedded P-I n P on s P layer 21
By removing a part of each of the cladding layers 3 and 4 of the layer 6 on the opposite side,
Put P + -I n G a A s P layer 21 left electrodes 22 and 23 on. Terminals 24 and 25 are attached to the electrodes 22 and 23, respectively. Furthermore, by ion implantation, P + regions 2 as shown by the dotted lines on both sides of the mesa
6, 27 are formed on the left and right respectively. These areas 2
6,27 act as a gate.
この複合素子を動作させるには、端子13,18をそれぞれ
正、負に順バイアスし、端子24に信号を入力し、端子
25に基準電圧を印加すると左右クラツド層3,4のど
ちらか一方のチヤネルが開き、もう一方が閉じるように
なり、開いたチヤネルのクラツド層(3又は4)から電
流が活性層2に注入される。これにより前述した第1図
に示した実施例と同様な効果が得られる。In order to operate this composite element, when the terminals 13 and 18 are forward biased to positive and negative, respectively, a signal is input to the terminal 24, and a reference voltage is applied to the terminal 25, either one of the left and right cladding layers 3 and 4 is applied. The channels open and the other opens, allowing current to be injected into the active layer 2 from the open cladding layer (3 or 4) of the channel. As a result, the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained.
FETではなくバイポーラ・トランジスタを半導体レー
ザに集積することによつて電流路スイツチとすることも
できる。第5図にその実施例を示す。第4図におけるゲ
ートの代りに左右のクラツド層3,4中にこれらのそれ
ぞれ上下に分けるP+−InGaAsPのベース層28,29を
成長させておき、ベース層28,29をそれぞれ左、右
のP+−InGaAsP層21に接続する。左右の端子24,25
から交代にベース電流を流せば、一方のトランジスタが
オンし電流路が形成され、つまり活性層2にクラツド層
3又は4から電流を注入できる。The current path switch can also be realized by integrating a bipolar transistor rather than a FET in the semiconductor laser. An example thereof is shown in FIG. Allowed to grow P + -I n G a A s P base layers 28 and 29 divided into upper and lower each of these in the left and right Kuratsudo layers 3 and 4 in place of the gate in Figure 4, the base layer 28, 29 the connecting respectively the left and right of the P + -I n G a a s P layer 21. Left and right terminals 24, 25
Alternately, a base current is flown alternately to turn on one transistor to form a current path, that is, a current can be injected into the active layer 2 from the cladding layers 3 or 4.
以上の実施例においてP−n極性を反転させた構成も可
能であるが、製作過程に若干の違いがある。しかしこの
問題はP基板、n基板どちらでもBH−LDが製作可能
な現在ではすべて解決できる。また以上の説明では基板
上に最初に成長させるバツフア層についての説明を省略
した。これはバツフア層の組成が基本的に基板のそれに
同じであるためであつてバツフア層は設けても省略して
もよい。さらに活性層2の厚さは現状のBH−LDの構造と
全く同じでよいため、1μmよりも薄く0.1μmより
は厚いものである。従つて活性層2の厚み方向はキヤリ
ア拡散長よりも十分小さい値である。A configuration in which the P-n polarity is inverted in the above-described embodiment is also possible, but there are some differences in the manufacturing process. However, this problem can be solved at present when BH-LD can be manufactured on both P substrate and n substrate. Further, in the above description, the description of the buffer layer that is first grown on the substrate is omitted. This is because the composition of the buffer layer is basically the same as that of the substrate, and thus the buffer layer may be provided or omitted. Further, the thickness of the active layer 2 may be exactly the same as the structure of the current BH-LD, and therefore it is thinner than 1 μm and thicker than 0.1 μm. Therefore, the thickness direction of the active layer 2 is a value sufficiently smaller than the carrier diffusion length.
「発明の効果」 この発明の半導体レーザでは活性層2の幅が活性層内少
数キヤリアの拡散長と同程度又はそれ以下であるため、
活性層2内キヤリア密度の活性層幅方向の変化が小さい
ものとなり、注入されるキヤリア総量(注入電流)が一
定であれば、その注入場所がどこであつてもキヤリア密
度は活性層2内でほぼ一定に保たれる。従つて活性層2
の屈折率もほぼ一定に保たれるため発光点の移動に伴う
動的スペクトル広がりは小さく抑えられる。[Advantages of the Invention] In the semiconductor laser of the present invention, the width of the active layer 2 is equal to or less than the diffusion length of the minority carrier in the active layer.
The change in the carrier density in the active layer 2 in the width direction of the active layer is small, and if the total amount of injected carriers (injection current) is constant, the carrier density is almost constant in the active layer 2 regardless of the injection position. Is kept constant. Therefore, active layer 2
Since the refractive index of is also kept almost constant, the dynamic spectrum spread due to the movement of the light emitting point can be suppressed to a small value.
また従来の強度変調で問題となつていたパルスのすそ引
きを大幅に低減できると共にパタン効果も低減できる。
つまり従来の強度変調におけるスペース信号が電流注入
を停止することによる消光状態に対応していたため、一
旦レーザ発振が停止すると活性層内キヤリア密度が数n
sオーダのキヤリア寿命時間を時定数として緩和してい
くためである。しかしこの発明の構成による半導体レー
ザでは発振を停止させずに発光スポツトを移動させて変
調信号を得ることができるため、従来の強度変調におけ
るキヤリア寿命時間に起因する問題をなくすことが可能
である。Further, the tailing of the pulse, which has been a problem in the conventional intensity modulation, can be significantly reduced, and the pattern effect can be reduced.
That is, since the space signal in the conventional intensity modulation corresponds to the extinction state by stopping the current injection, once the laser oscillation stops, the carrier density in the active layer is several n.
This is because the carrier life time on the order of s is relaxed as a time constant. However, in the semiconductor laser according to the configuration of the present invention, the light emitting spot can be moved without stopping the oscillation to obtain the modulation signal, so that the problem due to the carrier life time in the conventional intensity modulation can be eliminated.
なおこのようにして発光点の中心を移動させる場合の光
フアイバ内の光パルスの消光比を概算してみる。第6図
に示すように理想的な円形のスポツトがそのスポツトサ
イズ(e-2値の半幅)の倍だけ単一モードフアイバ入射
面上で移動する場合、フアイバへの結合効率は約35d
B低下する。即ち消光比35dBの光パルスが得られ
る。光強度はその中心から距離に対し自乗の逆指数関数
的に減少するので左右発光スポツト41,42の中心間
隔が大きい程、良好な消光比が得られることになる。な
お第4図においてP−InP埋込み層6を低濃度のP-−InP
とするのはゲートのまわりに逆バイアス時の空乏層を局
在させることによつて高速変調が行えるようにするため
である。Note that the extinction ratio of the optical pulse in the optical fiber when the center of the light emitting point is moved in this way will be roughly calculated. As shown in Fig. 6, when an ideal circular spot moves on the single-mode fiber entrance surface by twice its spot size (half width of e -2 value), the coupling efficiency to the fiber is about 35d.
B decreases. That is, an optical pulse with an extinction ratio of 35 dB is obtained. Since the light intensity decreases inversely exponentially with respect to the distance from the center thereof, the larger the center distance between the left and right light emitting spots 41 and 42, the better the extinction ratio can be obtained. Note 4 The P-I n P buried layer 6 low concentration in view P - -I n P
The reason is to localize the depletion layer at the time of reverse bias around the gate to enable high speed modulation.
第1図はこの発明による半導体レーザの一例を示す断面
図、第2図は半導体レーザの駆動回路の例を示す図、第
3図は半導体レーザと光フアイバとの結合例を示す図、
第4図は駆動nチヤンネルFETを集積したこの発明の
半導体レーザの例を示す断面図、第5図は駆動npnト
ランジスタを集積したこの発明の半導体レーザの例を示
す断面図、第6図は発光スポツト移動の説明図である。 1:P−InP基板、2:InGaAsP活性層、3:n−InP左
側クラツド層、4:n−InP右側クラツド層、5:n−I
nP埋込み層、6:P−InP埋込み層、7:n−InP埋込み
層、9:P側電極、11:n側左電極、12:n側右電
極、19:イオン注入で形成した高抵抗領域、21:P+−
InGaAsPゲート電圧供給用埋込み層、22:左側ゲート電
極、23:右側ゲート電極、26:P+−InP左側ゲート、
27:P+−InP右側ゲート、28:P+−InGaAsP左側ベー
ス、29:P+−InGaAsP右側ベース。FIG. 1 is a sectional view showing an example of a semiconductor laser according to the present invention, FIG. 2 is a view showing an example of a semiconductor laser drive circuit, FIG. 3 is a view showing an example of coupling a semiconductor laser and an optical fiber,
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a semiconductor laser of the present invention in which a driving n-channel FET is integrated, FIG. 5 is a sectional view showing an example of a semiconductor laser of the present invention in which a driving npn transistor is integrated, and FIG. It is explanatory drawing of spot movement. 1: P-I n P substrate, 2: I n G a A s P active layer, 3: n-I n P left Kuratsudo layer, 4: n-I n P right Kuratsudo layer, 5: n-I
n P buried layer, 6: P-I n P buried layer, 7: n-I n P buried layer, 9: P-side electrode, 11: n-side left electrode, 12: n-side right electrode, 19: by ion implantation High resistance region formed, 21: P + −
I n G a A s P gate voltage supply buried layer, 22: left gate electrode, 23: right gate electrode, 26: P + -I n P left gate,
27: P + -I n P right gate, 28: P + -I n G a A s P left platform, 29: P + -I n G a A s P right base.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 清司 神奈川県横須賀市武1丁目2356番地 日本 電信電話公社横須賀電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−123886(JP,A) 特開 昭59−84592(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kiyoji Nakagawa 1, 2356 Take, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture Yokosuka Electro-Communications Research Laboratories, Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation (56) Reference JP-A-54-123886 (JP, A) Sho 59-84592 (JP, A)
Claims (1)
層の幅がその活性層内小数キャリア拡散長程度あるいは
それ以下とした半導体レーザにおいて、 上記帯状活性層の上記基板と反対の面上の両側部に、絶
縁層あるいは高抵抗層で互いに分離された第1、第2ク
ラッド層が形成され、これら第1、第2クラッド層を通
じて各別に上記活性層に電流を注入できる構成とされて
いる埋め込みヘテロ接合単一縦モード半導体レーザ。1. A semiconductor laser in which a strip-shaped active layer is formed on a substrate, and the width of the active layer is about the fractional carrier diffusion length in the active layer or less, and a surface of the strip-shaped active layer opposite to the substrate. First and second clad layers, which are separated from each other by an insulating layer or a high resistance layer, are formed on both upper sides, and a current is separately injected into the active layer through the first and second clad layers. Embedded heterojunction single longitudinal mode semiconductor laser.
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| JPS61196591A JPS61196591A (en) | 1986-08-30 |
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-
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