JPH0328840B2 - - Google Patents
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- JPH0328840B2 JPH0328840B2 JP13577782A JP13577782A JPH0328840B2 JP H0328840 B2 JPH0328840 B2 JP H0328840B2 JP 13577782 A JP13577782 A JP 13577782A JP 13577782 A JP13577782 A JP 13577782A JP H0328840 B2 JPH0328840 B2 JP H0328840B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/1061—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using a variable absorption device
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、光メモリー、光スイツチ、光直接
増幅器、光演算素子などに利用できる双安定半導
体レーザダイオードに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a bistable semiconductor laser diode that can be used in optical memories, optical switches, optical direct amplifiers, optical operational elements, and the like.
従来の双安定半導体レーザダイオードの概観を
第１図に示す。第１図において、１はマイナス電
極、２はｎ型InP基板、３はｎ型InPクラツド層、
４はInGaAsP活性層、５はｐ型InPクラツド層、
６はｎ型InGaAsPキヤツプ層、７はプラス電極、
８は電流注入用拡散領域である。 FIG. 1 shows an overview of a conventional bistable semiconductor laser diode. In Figure 1, 1 is a negative electrode, 2 is an n-type InP substrate, 3 is an n-type InP clad layer,
4 is an InGaAsP active layer, 5 is a p-type InP cladding layer,
6 is an n-type InGaAsP cap layer, 7 is a positive electrode,
8 is a current injection diffusion region.
この双安定半導体レーザダイオードは、いわゆ
るプレナーストライプ型ダブルヘテロ構造半導体
レーザの電流注入拡散領域を複数のアイランド状
にすることにより、励起領域と非励起可飽和吸収
領域を交互に設け、それにより電流−光出力特性
に双安定性、微分利得特性、リミツター特性をも
たせたものである。 This bistable semiconductor laser diode is a so-called planar stripe type double heterostructure semiconductor laser by forming the current injection diffusion region into a plurality of islands, thereby providing alternately excitation regions and non-excitable saturable absorption regions. It has optical output characteristics with bistability, differential gain characteristics, and limiter characteristics.
しかしながらこのプレナーストライプ型では、
閾値電流が300ｍＡ以上と、双安定性をもたせる
にはバイアス電力が大きすぎるという欠点を有す
る。また双安定性を示すか、微分利得特性を示す
かは、可飽和領域の光学的吸収中心の密度の大小
によつているのであるが、このプレナーストライ
プ型では拡散領域の共振器方向の長さを調整する
ことのみによつている。しかしながらこの方法で
は、可飽和中心の密度が温度に依存することか
ら、電流−光出力特性が強く温度に依存し、しか
も室温では双安定性は得られないという欠点があ
つた。 However, with this planar stripe type,
The disadvantage is that the threshold current is 300 mA or more, which means that the bias power is too large to provide bistability. Also, whether it exhibits bistability or differential gain characteristics depends on the density of optical absorption centers in the saturable region, and in this planar stripe type, the length of the diffusion region in the cavity direction It depends only on adjusting the However, this method has the disadvantage that the density of saturable centers depends on temperature, so the current-light output characteristics strongly depend on temperature, and furthermore, bistability cannot be obtained at room temperature.
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、閾
値電流の低減を図れバイアス電力が少なくてす
み、しかも電流−光出力特性が温度に影響され
ず、かつ室温で双安定性を得ることができる双安
定半導体レーザダイオードを提供することを目的
とする。 This invention was made in view of the above points, and it is possible to reduce the threshold current, require less bias power, and also make the current-light output characteristics unaffected by temperature, and achieve bistability at room temperature. The purpose is to provide a bistable semiconductor laser diode.
以下この発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第２図はこの発明の実施例であり、ｐ型INP
基板結晶を用いたInGaAsP／InP双安定半導体レ
ーザダイオードである。第２図において、１１は
長方形状のｐ型InP基板であり、この基板１１上
にｐ型InPクラツド層１２、InGaAsP活性層１
３、ｎ型InPクラツド層１４が成長されている。
ｐ型InPクラツド層１２の上面側とInGaAsP活性
層１３およびｎ型InPクラツド層１４は、長尺方
向に一定間隔に両側部が除去される。そして、こ
の除去部には、ｎ型InPブロツク層１５とｐ型
InP閉じ込め層１６が順次成長されている。した
がつて、この半導体レーザダイオードにおいて
は、埋込み構造の、レーザ発振を引き起こすため
の励起領域と、プレナー構造で準励起の可飽和
吸収領域とが長尺方向（共振器方向）に交互に
形成されることになる。ｎ型InPクラツド層１４
の上面とｐ型InP閉じ込め層１６の上面とで形成
される平面には、その両側部に、可飽和吸収領域
の電流注入密度を制御するための絶縁体マスク
１７が設けられる。さらにその平面には、全体
に、図示しないがマイナス電極が設けられる。一
方、ｐ型InP基板１１の裏面全体には図示しない
がプラス電極が設けられる。なお、InGaAsP活
性層１３の両端やInPクラツド層１２，１４の両
端などで構成される、この半導体レーザダイオー
ドの長尺方向の両端部は、フアブリペロー共振器
を形成している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 2 shows an embodiment of this invention, in which p-type INP
This is an InGaAsP/InP bistable semiconductor laser diode using a substrate crystal. In FIG. 2, reference numeral 11 is a rectangular p-type InP substrate, on which a p-type InP cladding layer 12 and an InGaAsP active layer 1 are formed.
3. An n-type InP cladding layer 14 is grown.
The upper surface side of the p-type InP cladding layer 12, the InGaAsP active layer 13, and the n-type InP cladding layer 14 are removed from both sides at regular intervals in the longitudinal direction. In this removed portion, an n-type InP block layer 15 and a p-type
An InP confinement layer 16 is successively grown. Therefore, in this semiconductor laser diode, a buried structure excitation region for causing laser oscillation and a planar structure quasi-excited saturable absorption region are formed alternately in the longitudinal direction (cavity direction). That will happen. n-type InP cladding layer 14
An insulator mask 17 for controlling the current injection density of the saturable absorption region is provided on both sides of the plane formed by the upper surface and the upper surface of the p-type InP confinement layer 16. Further, a negative electrode (not shown) is provided on the entire plane. On the other hand, a positive electrode (not shown) is provided on the entire back surface of the p-type InP substrate 11. Note that both ends of the semiconductor laser diode in the longitudinal direction, including both ends of the InGaAsP active layer 13 and both ends of the InP cladding layers 12 and 14, form a Fabry-Perot resonator.
以上のような双安定半導体レーザダイオードは
第３図に示すようにして製造される。 The bistable semiconductor laser diode as described above is manufactured as shown in FIG.
第３図Ａにおいて、１１は100面を有する長方
形状のｐ型InP基板であり、まずこの基板１１上
に１回目のLPEによりｐ型InPクラツド層１２、
InGaAsP活性層１３およびｎ型InPクラツド層１
４を順次成長させる。 In FIG. 3A, reference numeral 11 is a rectangular p-type InP substrate having 100 planes, and a p-type InP cladding layer 12 is formed on this substrate 11 by first LPE.
InGaAsP active layer 13 and n-type InP cladding layer 1
4 to grow sequentially.
次に、ｎ型InPクラツド層１４上にたとえば
SiO2からなるエツチングマスク２１を第３図Ｂ
に示すように形成した後、そのエツチングマスク
２１をマスクとしてBr2−メタノール系のエツチ
ヤントによりｎ型InPクラツド層１４、InGaAsP
活性層１３およびｐ型InPクラツド層１２をエツ
チングする。これにより、ｎ型InPクラツド層１
４、InGaAsP活性層１３およびｐ型InPクラツド
層１２の両側部（ただし、ｐ型InPクラツド層１
２は上面側約半分の厚さのみ）を、第３図Ｃに示
すように長尺方向に一定間隔に除去する。 Next, for example, on the n-type InP cladding layer 14,
The etching mask 21 made of SiO 2 is shown in Fig. 3B.
After forming the n-type InP cladding layer 14 and InGaAsP layer as shown in FIG .
The active layer 13 and the p-type InP cladding layer 12 are etched. As a result, the n-type InP cladding layer 1
4. Both sides of the InGaAsP active layer 13 and the p-type InP cladding layer 12 (however, the p-type InP cladding layer 1
2) is removed at regular intervals in the longitudinal direction as shown in FIG. 3C.
次にエツチングマスク２１を取去つた後、前記
層１４，１３，１２の除去部に第３図Ｄに示すよ
うにｎ型InPブロツク層１５とｐ型InP閉じ込め
層１６を２回目のLPEにより成長させる。なお、
エツチングマスク２１は、このLPEによる成長
後に取去つてもよい。 Next, after removing the etching mask 21, an n-type InP blocking layer 15 and a p-type InP confinement layer 16 are grown by a second LPE on the removed portions of the layers 14, 13, and 12, as shown in FIG. 3D. let In addition,
Etching mask 21 may be removed after this LPE growth.
次に、ｎ型InPクラツド層１４の上面とｐ型
InP閉じ込め層１６の上面とで形成される平面の
両側部に、たとえばSiO2からなる絶縁体マスク
１７を第３図Ｅに示すように形成する。さらにそ
の平面の全体に、AuGeNiからなるマイナス電極
１８を第３図Ｆに示すように形成する。一方、ｐ
型InP基板１１の裏面全体には、AuZnからなる
プラス電極１９を第３図Ｆの同図に示すように形
成する。 Next, the upper surface of the n-type InP cladding layer 14 and the p-type
Insulator masks 17 made of, for example, SiO 2 are formed on both sides of the plane formed by the upper surface of the InP confinement layer 16, as shown in FIG. 3E. Further, a negative electrode 18 made of AuGeNi is formed on the entire plane as shown in FIG. 3F. On the other hand, p
A positive electrode 19 made of AuZn is formed on the entire back surface of the InP type substrate 11, as shown in FIG. 3F.
このようにして製造された第２図に示すこの発
明の実施例の半導体レーザダイオードを動作させ
るには、全面電極（第３図Ｆの電極１８，１９）
から電流を注入する。この時、励起領域におい
てはレーザ発振を引き起こすための電子正孔再結
合が起こり、フアブリペローモードで共振する。
そして、共振器内の反射光が準励起の領域を通
過すると、その領域の吸収中心が可飽和吸収状
態となり、注入電流−光出力特性に履歴現象、す
なわち双安定性が得られる。この時、領域への
電流注入を絶縁体マスク１７で制御することによ
り吸収中心の密度を制御でき、微分利得特性、リ
ミツター特性を得ることができる。また、共振器
に平行に外部信号を入力すれば、光出力にスイツ
チング特性、光メモリー、リミツター、光増幅特
性が得られる。 In order to operate the semiconductor laser diode of the embodiment of the present invention shown in FIG.
Inject current from At this time, electron-hole recombination occurs in the excitation region to cause laser oscillation, causing resonance in the Fabry-Perot mode.
Then, when the reflected light within the resonator passes through the quasi-excitation region, the absorption center of that region enters a saturable absorption state, and a hysteresis phenomenon, that is, bistability, is obtained in the injection current-light output characteristic. At this time, by controlling current injection into the region using the insulator mask 17, the density of absorption centers can be controlled, and differential gain characteristics and limiter characteristics can be obtained. Furthermore, by inputting an external signal in parallel to the resonator, switching characteristics, optical memory, limiter, and optical amplification characteristics can be obtained in the optical output.
しかして、以上のようなこの発明の実施例の半
導体レーザダイオードにおいては、励起領域を埋
込み構造としたので、閾値電流の低減を図れ、バ
イアス電力が少なくてすむ。また、プレナー構造
の可飽和吸収領域への電流注入を絶縁体マスク
１７で制御することにより光学的吸収中心の密度
を制御するようにしたので、電流−光出力特性が
温度に影響されず、かつ室温で双安定性を得るこ
とができる。 In the semiconductor laser diode of the embodiment of the present invention as described above, the excitation region has a buried structure, so that the threshold current can be reduced and bias power can be reduced. In addition, the density of optical absorption centers is controlled by controlling the current injection into the saturable absorption region of the planar structure using the insulator mask 17, so that the current-light output characteristics are not affected by temperature. Bistability can be obtained at room temperature.
なお、上記の実施例では、絶縁体マスク１７に
より、プレナー構造の可飽和吸収領域への電流
注入を制御したが、可飽和吸収領域の全域を高
抵抗層で覆うことにより前記電流注入を制御して
もよい。 In the above embodiment, the insulator mask 17 controls the current injection into the saturable absorption region of the planar structure, but the current injection can be controlled by covering the entire saturable absorption region with a high resistance layer. It's okay.
上記実施例では、第２図に示すように、絶縁体
マスク１７は励起領域及び可飽和吸収領域に
連続的に形成されている。これは製造工程を簡単
にするためであり、ｐ型InP閉じ込め層１６の上
には絶縁体マスク１７は形成されなくてもよい。
すなわち、第２図において、励起領域のｐ型
InP閉じ込め層１６、ｎ型InPブロツク層１５お
よびｐ型InPクラツド層１２によりPNP構造が形
成される。そして、ｎ型InPブロツク層１５とｐ
型InPクラツド層１２の部分が逆バイアス状態に
なるので、この領域には電流が流れない。 In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the insulator mask 17 is continuously formed in the excitation region and the saturable absorption region. This is to simplify the manufacturing process, and the insulator mask 17 does not need to be formed on the p-type InP confinement layer 16.
That is, in FIG. 2, the p-type in the excitation region
A PNP structure is formed by the InP confinement layer 16, the n-type InP block layer 15, and the p-type InP cladding layer 12. Then, the n-type InP block layer 15 and the p-type
Since the InP type cladding layer 12 is in a reverse bias state, no current flows in this region.
また、実施例は、この発明をInGaAsP／InPダ
ブルヘテロ構造に適用した場合であるが、この発
明は上記実施例に限定されるものではなく、注入
型半導体レーザダイオードの広い分野に適応でき
る。 Further, although the embodiment is a case in which the present invention is applied to an InGaAsP/InP double heterostructure, the present invention is not limited to the above embodiment and can be applied to a wide field of injection type semiconductor laser diodes.
以上詳述したように、この発明の双安定半導体
レーザダイオードでは、埋込み構造による励起領
域とプレナー構造による可飽和吸収領域とを共振
器方向に交互に形成し、かつ可飽和吸収領域への
電流注入を制御することにより光学的吸収中心の
密度を制御するようにしたので、閾値電流の低減
を図れバイアス電力が少なくてすむとともに、注
入電流−光出力特性が温度に影響されず、かつ室
温で双安定性を得ることができる。そして、この
発明のレーザダイオードによれば、注入電流−光
出力特性に双安定性、微分利得特性などを有する
ので、外部より光信号を入れることにより、光メ
モリー、光スイツチ、光直接増幅器として利用す
ることができる。 As detailed above, in the bistable semiconductor laser diode of the present invention, excitation regions with a buried structure and saturable absorption regions with a planar structure are alternately formed in the cavity direction, and current injection into the saturable absorption regions Since the density of optical absorption centers is controlled by controlling Stability can be obtained. According to the laser diode of the present invention, the injection current-optical output characteristic has bistability and differential gain characteristics, so by inputting an optical signal from the outside, it can be used as an optical memory, optical switch, or optical direct amplifier. can do.
第１図は従来の双安定半導体レーザダイオード
の斜視図、第２図はこの発明の双安定半導体レー
ザダイオードの実施例を示す斜視図、第３図はこ
の発明の実施例のレーザダイオードの製造方法を
示す斜視図である。
１１……ｐ型InP基板、１２……ｐ型InPクラ
ツド層、１３……InGaAsP活性層、１４……ｎ
型InPクラツド層、１５……ｎ型InPブロツク層、
１６……ｐ型InP閉じ込め層、１７……絶縁体マ
スク、１８……マイナス電極、１９……プラス電
極、……励起領域、……可飽和吸収領域。
Fig. 1 is a perspective view of a conventional bistable semiconductor laser diode, Fig. 2 is a perspective view showing an embodiment of the bistable semiconductor laser diode of the present invention, and Fig. 3 is a method of manufacturing the laser diode of the embodiment of the invention. FIG. 11...p-type InP substrate, 12...p-type InP cladding layer, 13...InGaAsP active layer, 14...n
type InP clad layer, 15...n type InP block layer,
16...p-type InP confinement layer, 17...insulator mask, 18...minus electrode, 19...plus electrode,...excitation region,...saturable absorption region.
Claims (1)
よる可飽和吸収領域とが共振器方向に交互に形成
され、かつ可飽和吸収領域への電流注入を制御し
て光学的吸収中心の密度を制御するため、前記可
飽和吸収領域の上面を部分的に覆う絶縁体、また
は前記可飽和吸収領域の上面全域を覆う高抵抗層
が形成されたことを特徴とする双安定半導体レー
ザダイオード。1. Excitation regions with a buried structure and saturable absorption regions with a planar structure are formed alternately in the cavity direction, and current injection into the saturable absorption regions is controlled to control the density of optical absorption centers. 1. A bistable semiconductor laser diode, characterized in that an insulator partially covering the upper surface of the saturable absorption region or a high resistance layer covering the entire upper surface of the saturable absorption region is formed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13577782A JPS5927589A (en) | 1982-08-05 | 1982-08-05 | Bistable semiconductor laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13577782A JPS5927589A (en) | 1982-08-05 | 1982-08-05 | Bistable semiconductor laser diode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5927589A JPS5927589A (en) | 1984-02-14 |
| JPH0328840B2 true JPH0328840B2 (en) | 1991-04-22 |
Family
ID=15159608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13577782A Granted JPS5927589A (en) | 1982-08-05 | 1982-08-05 | Bistable semiconductor laser diode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5927589A (en) |
-
1982
- 1982-08-05 JP JP13577782A patent/JPS5927589A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5927589A (en) | 1984-02-14 |
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