JP2003060317A - Semiconductor laser module and semiconductor laser device having optical feedback function - Google Patents
Semiconductor laser module and semiconductor laser device having optical feedback functionInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザモジュ
ールと、光帰還機能を有する半導体レーザ素子に関し、
更に詳しくは、出力するレーザ光が940〜990nmの
波長域にあり、かつそのレーザ光の光出力が時間的に安
定している半導体レーザモジュールと光帰還機能を有す
る半導体レーザ素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser module and a semiconductor laser device having an optical feedback function,
More specifically, the present invention relates to a semiconductor laser module having an optical feedback function, in which a laser beam to be output is in a wavelength range of 940 to 990 nm and an optical output of the laser beam is temporally stable.
【0002】[0002]
【従来の技術】波長分割多重(Wavelength Division Mu
ltiplexing:WDM)通信方式が複数の信号光を伝送す
る光通信システムとして発展している。このシステムで
は、光線路の所定箇所に例えばErドープ光ファイバ増
幅器(EDFA)を配置し、ここに半導体レーザ素子を
励起用光源とするポンピングレーザモジュールを接続
し、このレーザモジュールから励起用レーザ光を前記E
DFAに入射して、信号光源から伝送されてきた信号光
を光増幅することにより、光増幅した信号光が再び下流
側へ伝送される。2. Description of the Related Art Wavelength Division Mu
The ltiplexing (WDM) communication system has been developed as an optical communication system for transmitting a plurality of signal lights. In this system, for example, an Er-doped optical fiber amplifier (EDFA) is arranged at a predetermined position of an optical line, a pumping laser module having a semiconductor laser element as a pumping light source is connected thereto, and pumping laser light is emitted from this laser module. The E
The signal light incident on the DFA and optically amplified from the signal light source is optically amplified, whereby the optically amplified signal light is again transmitted to the downstream side.
【0003】その場合、レーザモジュールに組み込まれ
ている半導体レーザ素子に対しては、信号光源の光出力
の変動に追随して注入電流値を変化させることにより、
励起用レーザ光の光出力を制御するような処置が採られ
ている。発振波長が1480nm波長域にある半導体レー
ザ素子の場合はEDFAにおける利得帯域が広いので上
記したような処置は有効である。しかしながら、発振波
長が980nm波長域にある半導体レーザ素子の場合に
は、EDFAにおける利得帯域が狭いので、上記したよ
うな処置を採用することはできない。In this case, for the semiconductor laser device incorporated in the laser module, the injection current value is changed by following the fluctuation of the optical output of the signal light source.
Measures are taken to control the optical output of the excitation laser light. In the case of a semiconductor laser device having an oscillation wavelength in the wavelength range of 1480 nm, the EDFA has a wide gain band, and therefore the above-mentioned treatment is effective. However, in the case of a semiconductor laser device having an oscillation wavelength in the wavelength range of 980 nm, the above-mentioned treatment cannot be adopted because the gain band in the EDFA is narrow.
【0004】このようなことから、発振波長が980nm
波長域にある半導体レーザ素子を用いてレーザモジュー
ルを構成する場合には、そこからの励起用レーザ光の波
長を、狭い利得帯域に対応する波長に特定することが必
要になる。そのために、光源である半導体レーザ素子の
出射端面(前端面)に、所定の反射帯域幅を有する例え
ばファイバブラッググレーティングのような、波長選択
機能を備え、同時に光帰還機能を有する要素を光結合し
て光帰還構造を形成することにより、レーザモジュール
から出射する励起用レーザ光の波長を例えばファイバブ
ラッググレーティングの反射帯域幅内で特定し、かつ安
定化させることが検討されている。Therefore, the oscillation wavelength is 980 nm.
When a laser module is constructed using semiconductor laser elements in the wavelength range, it is necessary to specify the wavelength of the pumping laser light from the semiconductor laser element to the wavelength corresponding to the narrow gain band. Therefore, the emission end face (front end face) of the semiconductor laser element, which is the light source, has a wavelength selection function such as a fiber Bragg grating having a predetermined reflection bandwidth, and at the same time optically couples an element having an optical feedback function. It has been studied to specify the wavelength of the excitation laser light emitted from the laser module within, for example, the reflection bandwidth of the fiber Bragg grating and stabilize the wavelength by forming the optical feedback structure.
【0005】しかしながら、発振波長が980nm波長域
にある代表的な半導体レーザ素子であるGaAs系レー
ザ素子の場合、ファイバブラッググレーティングと光結
合させてレーザモジュールを組み立てると、得られる励
起用レーザ光の波長はファイバブラッググレーティング
の反射帯域幅内にあるとはいえ、例えばレーザ素子への
注入電流の変動や、レーザモジュールに加えられるわず
かな機械的な振動や、またはレーザモジュールに対する
光ファイバの配置が変化すると、そのレーザモジュール
から得られる励起用レーザ光にはノイズが含まれてくる
という問題がある。However, in the case of a GaAs-based laser device, which is a typical semiconductor laser device with an oscillation wavelength in the 980 nm wavelength range, when the laser module is assembled by optical coupling with the fiber Bragg grating, the wavelength of the excitation laser light obtained. Although it is within the reflection bandwidth of the fiber Bragg grating, for example, if the injection current to the laser element fluctuates, a slight mechanical vibration is applied to the laser module, or the arrangement of the optical fiber with respect to the laser module changes, However, there is a problem in that the excitation laser light obtained from the laser module contains noise.
【0006】これは、GaAs系レーザ素子の場合、発
振縦モードがシングルモードになりやすく、その光出力
は数%のオーダで変動しやすいからであると考えられ
る。レーザモジュールから出射する励起用レーザ光にお
ける光出力の変動は、通常、0.5%以下におさめるこ
とが規格化されていることを考えると、上記した問題は
不都合である。This is considered to be because, in the case of a GaAs laser device, the oscillation longitudinal mode is likely to be a single mode, and its optical output easily fluctuates on the order of several percent. Considering that it is standardized that the fluctuation of the optical output of the excitation laser beam emitted from the laser module is usually 0.5% or less, the above-mentioned problem is inconvenient.
【0007】したがって、上記したレーザモジュールに
おいて、ファイバブラッググレーティングの反射帯域幅
内で安定した励起用レーザ光を得ようとする場合には、
光源であるGaAs系レーザ素子の発振レーザ光は、マ
ルチモード化していることが必要であると考えられる。Therefore, in the above laser module, in order to obtain stable laser light for excitation within the reflection bandwidth of the fiber Bragg grating,
It is considered that the oscillation laser light of the GaAs-based laser element that is the light source needs to be multimode.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、発振波長が
980nm波長域にあるGaAs系レーザ素子とファイバ
ブラッググレーティングを光結合してレーザモジュール
を組み立てたときにおける上記した問題を解決し、励起
用レーザ光の波長はファイバブラッググレーティングの
反射帯域幅内に存在すると同時に時間的に安定してい
て、ノイズの発生が抑制されている半導体レーザモジュ
ールの提供を目的とする。具体的には、ファイバブラッ
ググレーティングのような光帰還機能を有する要素の反
射帯域幅内でマルチモード化した励起用レーザ光を発振
し、励起用レーザ光の光出力が特定波長で時間的に安定
しているレーザモジュールが提供される。また、それ自
体で光帰還機能を有しているので励起用光源として使用
可能な半導体レーザ素子が提供される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems when a laser module is assembled by optically coupling a GaAs laser element having an oscillation wavelength in the wavelength range of 980 nm and a fiber Bragg grating for pumping. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser module in which the wavelength of laser light is within the reflection bandwidth of the fiber Bragg grating and is stable over time, and the generation of noise is suppressed. Specifically, it oscillates multi-mode excitation laser light within the reflection bandwidth of an element that has an optical feedback function such as a fiber Bragg grating, and the optical output of the excitation laser light is stable over time at a specific wavelength. A laser module is provided. Further, a semiconductor laser device that can be used as a pumping light source is provided because it has an optical feedback function by itself.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、少なくともGaとAsを含
む半導体材料から成る井戸層とそれを囲む障壁層を形成
した活性層を有する層構造がGaAs基板の上に形成さ
れ、前記基板に平行に光が共振する半導体レーザ素子
と、光帰還機能を有する要素とを光結合した励起用光源
に用いられる半導体レーザモジュールにおいて、前記半
導体レーザモジュールは、縦モードがマルチモードで発
振し、かつ、前記活性層における井戸層の厚みが10nm
以上であることを特徴とする半導体レーザモジュールが
提供される。In order to achieve the above object, in the present invention, a layer structure having a well layer made of a semiconductor material containing at least Ga and As and an active layer having a barrier layer surrounding the well layer is formed. Is formed on a GaAs substrate, and is used as a pumping light source in which a semiconductor laser element in which light resonates in parallel with the substrate and an element having an optical feedback function are optically coupled. The longitudinal mode oscillates in multimode, and the thickness of the well layer in the active layer is 10 nm.
A semiconductor laser module having the above is provided.
【0010】また、本発明においては、前記半導体レー
ザ素子の少なくとも前記活性層には、不純物、とりわけ
Siを好適とするn型不純物がドーピングされている
か、または/および、前記層構造のn型クラッド層には
Siを好適とするn型不純物がドーピングされており、
更には、前記量子井戸構造において、井戸層の厚みの方
が障壁層の厚みよりも厚いことを好適とする半導体レー
ザモジュールが提供される。Further, in the present invention, at least the active layer of the semiconductor laser device is doped with an impurity, particularly an n-type impurity suitable for Si, and / or an n-type clad of the layer structure. The layer is doped with n-type impurities, preferably Si.
Further, in the quantum well structure, there is provided a semiconductor laser module in which the well layer is preferably thicker than the barrier layer.
【0011】更に、本発明において、少なくともGaと
Asを含む半導体材料から成る量子井戸構造の活性層を
有する層構造がGaAs基板の上に形成されていて、前
記半導体レーザ素子の前記活性層における井戸層の厚み
が厚く、かつ、前記活性層近傍にグレーティングを形成
することにより光帰還機能を有する要素を形成した半導
体レーザモジュールが提供される。Further, in the present invention, a layer structure having an active layer of a quantum well structure made of a semiconductor material containing at least Ga and As is formed on a GaAs substrate, and the well in the active layer of the semiconductor laser device is formed. Provided is a semiconductor laser module having a thick layer and forming an element having an optical feedback function by forming a grating near the active layer.
【0012】また、前記半導体レーザ素子における前記
基板に平行に光が共振する共振器の長さをL(μm)と
したとき、前記半導体レーザモジュールの光出力は、L
×0.1mW/μm以上となる半導体レーザモジュールが
提供される。When the length of the resonator in which light resonates parallel to the substrate in the semiconductor laser device is L (μm), the optical output of the semiconductor laser module is L.
Provided is a semiconductor laser module of × 0.1 mW / μm or more.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザモジュール
は、後述する半導体レーザ素子と光帰還機能を有する要
素とを光結合して構成されるが、そのときに用いる要素
は、波長選択機能を有し、かつ特定波長に対して特定の
反射率を示すものであれば何であってもよく、例えば、
ファイバブラッググレーティング(FBG)、誘電体多
層膜フィルタ、分布ブラック反射鏡(DBR)などをあ
げることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The semiconductor laser module of the present invention is constructed by optically coupling a semiconductor laser element described later and an element having an optical feedback function, and the element used at that time has a wavelength selection function. And, as long as it exhibits a specific reflectance for a specific wavelength, it may be anything, for example,
A fiber Bragg grating (FBG), a dielectric multilayer filter, a distributed black reflector (DBR), etc. can be mentioned.
【0014】本発明のレーザモジュールの1例Aを図1
に示す。このレーザモジュールAでは、パッケージ1の
底板1aの上に後述するレーザ素子B1を冷却するため
のペルチェモジュール2が配置され、更にペルチェモジ
ュール2の上には例えばコバールから成るベース材3が
配置されている。ベース材3の上には、チップキャリア
4を介してレーザ素子B1が配置され、このレーザ素子
B1と光軸を一致させた状態で、ファイバブラッググレ
ーティング5aを有する光ファイバ5が光結合されてい
る。FIG. 1 shows an example A of the laser module of the present invention.
Shown in. In this laser module A, a Peltier module 2 for cooling a laser element B 1 described later is arranged on a bottom plate 1a of a package 1, and a base material 3 made of, for example, Kovar is arranged on the Peltier module 2. ing. A laser element B 1 is arranged on a base material 3 via a chip carrier 4, and an optical fiber 5 having a fiber Bragg grating 5a is optically coupled in a state where the optical axis is aligned with the laser element B 1. ing.
【0015】光ファイバ5はファイバ固定部材6でベー
ス材3の上に固定され、また、その出射端側はパッケー
ジ1の筒状孔部1b内に気密に取り付けられたスリーブ
7を介してパッケージ1から引き出されている。また、
レーザ素子B1の背面側にはフォトダイオード8が配置
され、レーザモジュールの光出力の大小をモニタできる
ようになっている。The optical fiber 5 is fixed on the base material 3 by a fiber fixing member 6, and the emitting end side of the optical fiber 5 is sealed in the cylindrical hole portion 1b of the package 1 through a sleeve 7 which is hermetically attached. Is derived from. Also,
A photodiode 8 is arranged on the back side of the laser element B 1 so that the magnitude of the optical output of the laser module can be monitored.
【0016】なお、レーザ素子と光ファイバとの光結合
効率を高めるためには、光ファイバとしてその先端がレ
ンズ形状になっているものを用いることが好ましいが、
先端がレンズ形状でなくても、途中にレンズを介在させ
ることにより両者間の光結合効率を高めることができ
る。また、光ファイバとして楔形光ファイバを用いる
と、組み立てたレーザモジュールは、光結合効率が高
く、また組み立てに要する部品点数も低減し、総合的な
製造コストが低減する。In order to increase the optical coupling efficiency between the laser element and the optical fiber, it is preferable to use an optical fiber whose tip has a lens shape.
Even if the tip is not in the shape of a lens, the optical coupling efficiency between the two can be increased by interposing a lens in the middle. When a wedge-shaped optical fiber is used as the optical fiber, the assembled laser module has high optical coupling efficiency, the number of parts required for the assembly is reduced, and the total manufacturing cost is reduced.
【0017】このレーザモジュールAに組み込まれる本
発明のレーザ素子の1例B1を図2に示す。このレーザ
素子B1は上部がリッジ導波路形状になっていて、全体
は所定の共振器長(L)を有している。そして、n−G
aAsから成る基板10の上に、後述する層構造Cが形
成され、基板10の裏面には例えばAuGeNi/Au
から成る下部電極12が形成され、前記層構造Cの上面
には例えば窒化ケイ素(SiNx)から成る保護膜13
を介して例えばTi/Pt/Auから成る上部電極14
が形成されている。An example B 1 of the laser device of the present invention incorporated in this laser module A is shown in FIG. The laser element B 1 has an upper portion in the shape of a ridge waveguide and has a predetermined cavity length (L) as a whole. And n-G
A layer structure C, which will be described later, is formed on the substrate 10 made of aAs, and the back surface of the substrate 10 is made of, for example, AuGeNi / Au.
And a protective film 13 made of, for example, silicon nitride (SiNx) is formed on the upper surface of the layer structure C.
Via the upper electrode 14 made of, for example, Ti / Pt / Au
Are formed.
【0018】層構造Cは、少なくともGaとAsを含む
半導体材料のエピタキシャル結晶成長層で構成されてい
て、共振器内における導波方向はn−GaAs基板10
の表面と平行している。この層構造Cは、具体的には、
例えばn−AlGaAsから成る下部クラッド層15、
例えばi−AlGaAsから成る下部GRIN−SCH
層16a、後述する活性層17、例えばi−AlGaA
sから成る上部GRIN−SCH層16b、例えばp−
AlGaAsから成る上部クラッド層18、および例え
ばp−GaAsから成るキャップ層19がこの順序で積
層された構造になっている。The layer structure C is composed of an epitaxial crystal growth layer of a semiconductor material containing at least Ga and As, and the waveguide direction in the resonator is the n-GaAs substrate 10.
Parallel to the surface of. This layer structure C is specifically
For example, a lower clad layer 15 made of n-AlGaAs,
Lower GRIN-SCH made of, for example, i-AlGaAs
The layer 16a, an active layer 17 described later, for example, i-AlGaA
an upper GRIN-SCH layer 16b of s, eg p-
The upper clad layer 18 made of AlGaAs and the cap layer 19 made of p-GaAs, for example, are laminated in this order.
【0019】なお、層構造Cの上部表面を被覆して形成
される保護膜13は、リッジ導波路の上面の一部を被覆
していない。そして保護膜13の非被覆箇所から表出す
るキャップ層19には、直接上部電極14が接触してい
て、ここから層構造Cの活性層17に注入電流が供給で
きるようになっている。そして、出射端面(前端面)は
例えば反射率が5%である誘電体膜(図示しない)で被
覆され、他の端面(後端面)は例えば反射率が92%の
誘電体膜(図示しない)で被覆されていて、共振器で発
振したレーザ光の光出力を効率よく取り出せるようにな
っている。The protective film 13 formed by covering the upper surface of the layer structure C does not cover a part of the upper surface of the ridge waveguide. The upper electrode 14 is in direct contact with the cap layer 19 exposed from the non-covered portion of the protective film 13, and an injection current can be supplied from here to the active layer 17 of the layer structure C. Then, the emitting end face (front end face) is covered with a dielectric film (not shown) having a reflectance of 5%, and the other end face (rear end face) is a dielectric film (not shown) having a reflectance of 92%, for example. The optical output of the laser light oscillated by the resonator can be efficiently extracted.
【0020】ここで、活性層17は、1個または複数の
井戸層とそれを囲む障壁層で形成されている。とくに、
レーザモジュールAからの励起用レーザ光の時間的安定
性の点からすると、1個の井戸層とその両側にそれぞれ
障壁層を有している量子井戸構造が好適である。井戸層
は通常例えば、発振波長が980nm波長域の場合はIn
GaAs,GaAsSb,InGaAsSb,InGa
AsP,InGaAsSbP,GaAsSbPなどで形
成されるが、発振波長が870nm波長域の場合はi−G
aAsで形成されていてもよい。また、障壁層は発振波
長が980nm波長域の場合は通常i−InGaAsで形
成されるが、発振波長の関係で上記した他の半導体材料
で形成されていてもよい。Here, the active layer 17 is formed of one or more well layers and barrier layers surrounding the well layers. Especially,
From the viewpoint of the temporal stability of the excitation laser light from the laser module A, a quantum well structure having one well layer and barrier layers on both sides thereof is preferable. The well layer is usually In, for example, when the oscillation wavelength is 980 nm.
GaAs, GaAsSb, InGaAsSb, InGa
It is formed of AsP, InGaAsSbP, GaAsSbP, etc., but if the oscillation wavelength is in the 870 nm wavelength range, i-G
It may be formed of aAs. Further, the barrier layer is usually formed of i-InGaAs when the oscillation wavelength is in the wavelength range of 980 nm, but may be formed of another semiconductor material described above in relation to the oscillation wavelength.
【0021】この半導体レーザ素子は、上記した層構造
Cにおいて、下記の条件を満たしていることを特徴とす
る。
(1)第1の条件:まず、井戸層が従来に比べて厚くな
っていることである。具体的には、10nm以上になって
いる。これが基本的で必須な条件である。その場合、井
戸層の厚みの上限は、当該井戸層の形成に用いる半導体
材料の臨界膜厚で制限されることはいうまでもないが、
その上限値は概ね20nm程度である。This semiconductor laser device is characterized in that the above layer structure C satisfies the following conditions. (1) First condition: First, the well layer is thicker than the conventional one. Specifically, it is 10 nm or more. This is a basic and essential condition. In that case, it goes without saying that the upper limit of the thickness of the well layer is limited by the critical film thickness of the semiconductor material used for forming the well layer.
The upper limit is about 20 nm.
【0022】このような層構造Cを有する本発明のレー
ザ素子は、上部電極14からの注入電流がしきい値電流
(Ith)以上である場合には940〜980nmの波長域
のレーザ光を前端面から発振する。そして、このレーザ
素子が組み込まれているレーザモジュールからの励起用
レーザ光は、後述する光帰還機能との相互作用により、
所定のファブリ・ペロー間隔を置く複数本の縦モードで
構成されるマルチモードになり、その時間的な変動は抑
制されてそのスペクトルは時間的に安定化する。When the injection current from the upper electrode 14 is equal to or more than the threshold current (Ith), the laser device of the present invention having such a layer structure C emits a laser beam in the wavelength region of 940 to 980 nm at the front end. It oscillates from the surface. Then, the laser light for excitation from the laser module in which this laser element is incorporated, by the interaction with the optical feedback function described later,
It becomes a multimode composed of a plurality of longitudinal modes with a predetermined Fabry-Perot interval, and its temporal fluctuation is suppressed and its spectrum is temporally stabilized.
【0023】なお、GaAs系レーザ素子における従来
からの研究動向は、レーザ素子における利得スペクトル
を制御するために、井戸層の厚みを実質的に10nmより
薄くすることが追求されていた。しかしながら、そのよ
うなレーザ素子に例えばファイバブラッググレーティン
グ(FBG)を光結合してレーザモジュールを組み立て
ても、ファイバブラッググレーティングからの帰還光は
シングルモード化して、そのレーザモジュールから出力
する励起用レーザ光のスペクトルは時間的に変動して不
安定化する傾向を示していた。Incidentally, in the conventional research trend in GaAs laser devices, it has been pursued to make the thickness of the well layer substantially thinner than 10 nm in order to control the gain spectrum in the laser device. However, even if a fiber Bragg grating (FBG) is optically coupled to such a laser device to assemble a laser module, the feedback light from the fiber Bragg grating is converted into a single mode, and the excitation laser light output from the laser module is generated. The spectrum of 1 showed a tendency to fluctuate and become unstable.
【0024】本発明者らは、上記した問題を解決すべく
鋭意研究を重ねたところ、従来とは全く逆に、レーザ素
子における井戸層の厚みを10nm以上に厚くすると、そ
れが組み込まれているFBG付きレーザモジュールから
の励起用レーザ光は、マルチモード化し、その時間的安
定性は向上するとの知見を得るに至り、更に研究を重ね
た結果、層構造Cにおける上記した第1の条件を確定し
たのである。The inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above-mentioned problems, and, contrary to the conventional method, when the thickness of the well layer in the laser element is increased to 10 nm or more, it is incorporated. The laser light for excitation from the laser module with an FBG has been made into a multi-mode, and it has been found that the temporal stability thereof is improved. As a result of further research, the above-mentioned first condition in the layer structure C has been established. I did.
【0025】(2)第2の条件:上記した第1の条件の
充足を前提としたうえで、量子井戸構造の少なくとも1
層には、不純物がドーピングされていることである。そ
の場合、不純物は井戸層または障壁層のいずれかにドー
ピングされていてもよく、また井戸層と障壁層の両方に
ドーピングされていてもよい。更には、複数の井戸層ま
たは複数の障壁層にドーピングされていてもよい。ドー
ピングは、均質に行われていてもよく、変化させて行わ
れてもよい(例えば、傾斜ドーピング、またはあるドー
プ層とアンドープ層の組み合わせ)。いずれの場合であ
っても、井戸層にはキャリアが貯め込まれたことにな
る。(2) Second condition: On the assumption that the above first condition is satisfied, at least one of the quantum well structures is
That is, the layer is doped with impurities. In that case, the impurities may be doped in either the well layer or the barrier layer, or may be doped in both the well layer and the barrier layer. Further, the plurality of well layers or the plurality of barrier layers may be doped. The doping may be homogeneous or variable (eg, graded doping or some combination of doped and undoped layers). In either case, carriers are stored in the well layer.
【0026】活性層に、上記した態様のいずれかで不純
物がドーピングされていると、そのレーザ素子が組み込
まれているレーザモジュールからの励起用レーザ光は時
間的な変動が少なくその安定化が更に向上する。その場
合の不純物としては、n型不純物、p型不純物のいずれ
をも用いることができる。n型不純物としては、例え
ば、Si,S,Seの1種または2種以上を用いること
ができ、またp型不純物としては、例えば、Be,M
g,Znの1種または2種以上を用いることができる。When the active layer is doped with an impurity in any of the above-mentioned modes, the laser light for excitation from the laser module incorporating the laser element has little fluctuation with time and is further stabilized. improves. In that case, as the impurities, either n-type impurities or p-type impurities can be used. As the n-type impurity, for example, one kind or two or more kinds of Si, S, Se can be used, and as the p-type impurity, for example, Be, M
One or two or more of g and Zn can be used.
【0027】これら不純物のうち、n型不純物、その中
でもとりわけSiを少なくとも1層にドーピングする
と、そのレーザ素子からの発振レーザ光は確実にマルチ
モード化して、そのレーザ素子が組み込まれているレー
ザモジュールからの励起用レーザ光の時間的な変動は確
実に抑制されて安定化するので好適である。その場合、
Siの井戸層へのドーピング濃度を1×1016/cm3〜
5×1016/cm3に設定すると、上記した効果が顕著に
発現して有効である。Siのドーピング濃度が1×10
16/cm3より低い場合は、上記した効果の発現が不充分
であり、逆にドーピング濃度が5×1016/cm3より高
濃度になると、井戸層や障壁層の純度低下をきたし、量
子井戸層としての機能を喪失するようになる。When at least one layer of these impurities is doped with n-type impurities, and particularly Si, among them, the oscillated laser beam from the laser element surely becomes multimode, and the laser module incorporating the laser element. This is preferable because the temporal fluctuation of the excitation laser light from the is reliably suppressed and stabilized. In that case,
The doping concentration of Si into the well layer is 1 × 10 16 / cm 3 to
When it is set to 5 × 10 16 / cm 3 , the above-mentioned effects are remarkably exhibited and it is effective. Si doping concentration is 1 × 10
If it is lower than 16 / cm 3 , the above effect is not sufficiently expressed, and if the doping concentration is higher than 5 × 10 16 / cm 3 , the purity of the well layer and the barrier layer is lowered, and The function as a well layer will be lost.
【0028】(3)第3の条件:上記した第1の条件の
充足を前提とした上で、活性層の上または下に位置して
いて、活性層で生成したレーザ光を閉じ込める1層以上
の層のいずれかに不純物がドーピングされていることで
ある。これらの層は、光閉じ込め層(例えば、GRIN
−SCH層)および/またはクラッド層であってもよ
い。(3) Third condition: One or more layers which are located above or below the active layer and confine the laser light generated in the active layer on the assumption that the above-mentioned first condition is satisfied. One of the layers is doped with impurities. These layers are optical confinement layers (eg GRIN
-SCH layer) and / or clad layer.
【0029】図2で示したレーザ素子B1の場合、具体
的には、n−AlGaAsから成る下部クラッド層1
5、i−AlGaAsから成る下部GRIN−SCH層
16a、i−AlGaAsから成る上部GRIN−SC
H層16b、p−AlGaAsから成る上部クラッド層
18のいずれかまたは全部に不純物がドーピングされて
いる。In the case of the laser device B 1 shown in FIG. 2, specifically, the lower cladding layer 1 made of n-AlGaAs is used.
5. Lower GRIN-SCH layer 16a made of i-AlGaAs, upper GRIN-SC layer made of i-AlGaAs
Any or all of the H layer 16b and the upper clad layer 18 made of p-AlGaAs are doped with impurities.
【0030】とくに、クラッド層、それもn型の下部ク
ラッド層に、n型不純物であるSiがドーピングされて
いると、発振レーザ光のマルチモード化を確実に実現す
ることができて好適である。その場合、Siのドーピン
グ濃度は1×1017/cm3〜4×1017/cm3程度である
ことが好ましい。より好ましくは2×1017/cm3〜4
×1017/cm3である。In particular, when the cladding layer, or the n-type lower cladding layer, is doped with Si, which is an n-type impurity, it is possible to reliably realize multimode oscillation laser light, which is preferable. . In that case, the doping concentration of Si is preferably about 1 × 10 17 / cm 3 to 4 × 10 17 / cm 3 . More preferably 2 × 10 17 / cm 3 to 4
× 10 17 / cm 3 .
【0031】このレーザ素子B1の場合、上記した3つ
の条件のうち、第1の条件は必須条件として充足してい
なければならない。組み立てたレーザモジュールからの
励起用レーザ光の時間的安定性を実現することができな
くなるからである。その上で、第2の条件、第3の条件
のいずれか、または両方が充足していると、第1の条件
のみの場合よりも励起用レーザ光の時間的安定性が向上
するので好適である。とくに、両方の条件を充足してい
る場合、すなわち、第1〜第3の条件を全て充足してい
る場合は、励起用レーザ光の時間的安定性が顕著に向上
するので更に好適である。In the case of the laser device B 1 , the first condition among the above three conditions must be satisfied as an indispensable condition. This is because it becomes impossible to realize the temporal stability of the excitation laser light from the assembled laser module. In addition, if either or both of the second condition and the third condition are satisfied, the temporal stability of the excitation laser light is improved as compared with the case of only the first condition, which is preferable. is there. In particular, when both conditions are satisfied, that is, when the first to third conditions are all satisfied, the temporal stability of the excitation laser light is significantly improved, which is more preferable.
【0032】また、このレーザ素子B1は次のような特
性を備えている。それを以下に説明する。その説明に先
立ち、レーザ素子のしきい値電流(Ith)、自然放出(A
mplifiedSpantaneous Emission :ASE)スペクト
ル、およびASEスペクトルのスペクトル幅(Δλ)に
ついて定義する。The laser device B 1 has the following characteristics. This will be explained below. Prior to the explanation, the threshold current (Ith) and spontaneous emission (Ath)
mplifiedSpantaneous Emission (ASE) spectrum and the spectrum width (Δλ) of the ASE spectrum are defined.
【0033】駆動電流(I)で作動するレーザ素子の光
出力(LOPT)をプロットしてLOPT−Iのグラフを描く
と、ある電流値(IA)より上では、光出力は電流値
(I)とともに線形に増大していく。このグラフを図3
に示す。直線は、上記した線形特性のセグメントに適合
している。そして、I軸(LOP T=0のとき)がこの直
線を遮断している電流値をしきい値電流(Ith)と定義
する。[0033] When the plots light output (L OPT) of the laser element actuated by the driving current (I) To graph L OPT -I, above a certain current value (I A), the light output is a current value It increases linearly with (I). This graph is shown in Figure 3.
Shown in. The straight line fits the segment of the linear characteristic described above. Then, (when L OP T = 0) I-axis defines the value of the current is cut off the straight line and a threshold current (Ith).
【0034】まず、このレーザ素子にしきい値電流(I
th)より小さい値(I)の電流を注入するとレーザ素子
は自然放出光を出射する。自然放出光としてASE(Am
plified Spontaneous Emmision:ASE)に基づく出射
端面(前端面)からの自然放出光を選択し、縦軸に光出
力、横軸に波長をとり、各モードの光出力の包絡線から
上記した自然放出光のスペクトル曲線を描く。得られた
スペクトル曲線は、通常、図4で示したように、光出力
の最大出力(PO)を有する非対称曲線になり、そして
この曲線の中には複数本のファブリ・ペロー型の縦モー
ドが包含されている。First, the threshold current (I
When a current having a value (I) smaller than th) is injected, the laser element emits spontaneous emission light. ASE (Am
Select the spontaneous emission light from the emission end face (front end face) based on plified Spontaneous Emmision (ASE), take the optical output on the vertical axis and the wavelength on the horizontal axis, and select the spontaneous emission light from the envelope of the optical output of each mode. Draw the spectrum curve of. The resulting spectral curve is typically as shown in FIG. 4, becomes asymmetric curve having the maximum output of the optical output (P O), and the longitudinal mode of the plurality of Fabry-Perot type in this curve Is included.
【0035】このスペクトル曲線において、まず、最大
出力(PO)よりも3dB低い光出力(P1)を示すスペク
トル曲線上の点(S1,S2)をそれぞれ把握し、つい
で、各点S1,S2に相当する自然放出光の波長(λ1,
λ2,単位はnm)をそれぞれ把握する。点S1から点S2
までの自然放出光のスペクトル幅をここではΔλと定義
する。そして、それは、スペクトル曲線の最大出力(P
O)とそれよりも3dB低い両脇の出力(P1,P2)の範
囲を含んでいる。図から明らかなように、Δλは(λ2
−λ1)と等価である。In this spectrum curve, first, the points (S 1 , S 2 ) on the spectrum curve showing the optical output (P 1 ) which is 3 dB lower than the maximum output (P O ) are grasped, and then each point S. 1 , the wavelength of the spontaneous emission light corresponding to S 2 (λ 1 ,
λ 2 and the unit is nm). From point S 1 to point S 2
Here, the spectral width of the spontaneous emission light is defined as Δλ. And it is the maximum power of the spectral curve (P
O ) and the range of the outputs (P 1 , P 2 ) on both sides which is 3 dB lower than that. As is clear from the figure, Δλ is (λ 2
It is equivalent to −λ 1 ).
【0036】このレーザ素子B1が第1の条件を充足
し、また、注入電流(I)が0.2≦I/Ith≦0.8の
関係を満足する場合には、レーザ素子B1には、そのI
値の全てにおいて、上記したΔλ値が15nm以上となる
ような自然放出光を出射するという特性を備えている。
ここで、上記Δλ値が15nmより小さい場合には、その
レーザ素子をIth値以上の注入電流で駆動してレーザ光
を発振させると、そのΔλ値内に包含されている縦モー
ド(F−Pモード)の本数は少なくなる。そして、その
レーザ素子に例えばファイバブラッググレーティングを
光結合してレーザモジュールを組み立ててそれを駆動す
ると、そこからの励起用レーザ光はシングルモードまた
はシングルモードとマルチモードが時間的に交替する状
態となり、その光出力は不安定化してノイズが発生す
る。When the laser element B 1 satisfies the first condition and the injection current (I) satisfies the relationship of 0.2 ≦ I / Ith ≦ 0.8, the laser element B 1 is Is I
All of the values have the characteristic of emitting spontaneous emission light such that the Δλ value is 15 nm or more.
Here, when the Δλ value is smaller than 15 nm, when the laser element is driven by an injection current of Ith value or more to oscillate the laser light, the longitudinal mode (FP) included in the Δλ value is generated. The number of modes will decrease. Then, for example, when a laser module is assembled by optically coupling a fiber Bragg grating to the laser element and driving it, the excitation laser light from that is in a state in which single mode or single mode and multimode alternate temporally, The light output becomes unstable and noise is generated.
【0037】しかしながら、Δλ値が15nmより大きい
場合には、レーザ素子B1から発振するレーザ光のスペ
クトル曲線において、Δλ値内に包含されている縦モー
ドの本数が多く、発振レーザ光は常にマルチモード化し
ている。そのため、上記したレーザモジュールから得ら
れる励起用レーザ光は、モジュール運転時に例えば光フ
ァイバを動かしたり、またはモジュールの機械的な振動
などの多少の外乱を受けても、ファイバブラッググレー
ティングの反射帯域幅内で安定な状態を保持する。すな
わち、励起用レーザ光の不安定化は大幅に抑制される。However, when the Δλ value is larger than 15 nm, the number of longitudinal modes included in the Δλ value is large in the spectrum curve of the laser light oscillated from the laser element B 1 , and the oscillated laser light is always multi-mode. The mode has been changed. Therefore, the excitation laser light obtained from the laser module described above is within the reflection bandwidth of the fiber Bragg grating even if the optical fiber is moved during module operation or if some disturbance such as mechanical vibration of the module is received. And keep a stable state. That is, the destabilization of the excitation laser light is significantly suppressed.
【0038】ここで、レーザ素子B1の発振レーザ光が
上記した特性を示す理由は、基本的には、井戸層の厚み
が10nm以上(第1の条件)に設定されているからであ
る。すなわち、井戸層の厚みは、前記したΔλ値の大小
に影響を与え、またそれを律速する因子と規定すること
ができると考えてよい。この厚みを10nmより薄くする
と、ASE時におけるΔλ値は15nmより小さくなって
発振レーザ光のマルチモード化は実現されにくくなり、
その結果、レーザモジュールからの励起用レーザ光は変
動してその時間的安定性が低下する。Here, the reason why the oscillation laser beam of the laser element B 1 exhibits the above-mentioned characteristics is that the thickness of the well layer is basically set to 10 nm or more (first condition). That is, it can be considered that the thickness of the well layer can be defined as a factor that influences the magnitude of the above-mentioned Δλ value and also controls it. If this thickness is thinner than 10 nm, the Δλ value at the time of ASE becomes smaller than 15 nm, and it becomes difficult to realize multimode oscillation laser light.
As a result, the pumping laser light from the laser module fluctuates and its temporal stability deteriorates.
【0039】なお、レーザ素子B1の場合、ASE時に
おける自然放出光のスペクトル曲線の形状は、前記した
第1の条件〜第3の条件の関係で様々に変化するが、そ
の変化する形状は便宜的に次のように区別立てすること
ができる。それを以下に説明する。
まず、第1の条件〜第3の条件のいずれをも充足しな
い従来のレーザ素子の場合、ASE時における自然放出
光のスペクトル曲線は、傾向的に、図5で示したような
形状になりやすい。すなわち、光出力の最大強度付近に
おけるスペクトル曲線の形状が、図中の⇔印で示したよ
うに若干凹形状になりやすい。このような傾向を示すス
ペクトル曲線のタイプを、以後、タイプ1という。In the case of the laser device B 1 , the shape of the spectrum curve of spontaneous emission light at the time of ASE changes variously depending on the relation between the first condition to the third condition described above, but the changing shape is For convenience, they can be distinguished as follows. This will be explained below. First, in the case of a conventional laser device that does not satisfy any of the first to third conditions, the spectrum curve of spontaneous emission light during ASE tends to have a shape as shown in FIG. . That is, the shape of the spectrum curve near the maximum intensity of the light output is likely to be slightly concave as shown by the mark ↔ in the figure. The type of spectrum curve exhibiting such a tendency is hereinafter referred to as type 1.
【0040】第1の条件と第2の条件を充足せず、第
3の条件のみを充足しているレーザ素子の場合のASE
時における自然放出光のスペクトル曲線は、傾向的に、
図6で示したような形状になりやすい。すなわち、光出
力の最大強度付近におけるスペクトル曲線の形状が、図
中の丸印で示したように若干の凸形状になりやすい。こ
のような傾向を示すスペクトル曲線のタイプを、以後、
タイプ2という。ASE in the case of a laser device which does not satisfy the first condition and the second condition but satisfies only the third condition.
The spectral curve of spontaneous emission light at time tends to be
It tends to have the shape shown in FIG. That is, the shape of the spectrum curve near the maximum intensity of the light output tends to be slightly convex as shown by the circle in the figure. The type of spectral curve that shows this tendency is
Type 2
【0041】第1の条件を必ず充足していて、第2の
条件と第3の条件のいずれか一方のみを充足している
か、または第2の条件と第3の条件のいずれをも充足し
ていないレーザ素子B1の場合、そのASE時における
自然放出光のスペクトル曲線は、傾向的に、図7で示し
たような形状になりやすい。すなわち、光出力の最大強
度付近におけるスペクトル曲線の形状は、図の⇔印で示
したように、最大強度の箇所を跨いで全体が丸みを帯び
た凸形状になりやすい。このような傾向を示すスペクト
ル曲線のタイプを、以後、タイプ3という。The first condition is always satisfied and either one of the second condition and the third condition is satisfied, or both the second condition and the third condition are satisfied. In the case of the laser element B 1 which is not provided, the spectrum curve of the spontaneous emission light at the time of ASE tends to have a shape as shown in FIG. That is, the shape of the spectrum curve in the vicinity of the maximum intensity of the light output tends to be a rounded convex shape over the location of the maximum intensity, as shown by ∘ marks in the figure. The type of spectrum curve showing such a tendency is hereinafter referred to as type 3.
【0042】第1の条件〜第3の条件を同時に充足し
ているレーザ素子B1の場合、そのASE時における自
然放出光のスペクトル曲線は、傾向的に図8で示したよ
うな形状になりやすい。すなわち、タイプ2とタイプ3
を合成したような形状になっていて、最大強度の箇所を
跨いで全体が丸みを帯びた凸形状になっていると同時
に、最大強度付近におけるスペクトル曲線の形状は凸形
状になりやすい。このような傾向を示すスペクトル曲線
のタイプを、以後、タイプ4という。In the case of the laser device B 1 satisfying the first condition to the third condition at the same time, the spectrum curve of spontaneous emission light at the time of ASE tends to have a shape as shown in FIG. Cheap. That is, type 2 and type 3
Is a composite shape, and the entire shape is a rounded convex shape that straddles a portion of maximum intensity, and at the same time, the shape of the spectrum curve near the maximum intensity tends to be a convex shape. The type of spectrum curve showing such a tendency is hereinafter referred to as type 4.
【0043】すなわち、レーザ素子B1は、ASE時に
おける自然放出光のスペクトル曲線を描くと、そのスペ
クトル曲線はタイプ3またはタイプ4のいずれかの形状
を示すという特性を備えているのである。観点を変えれ
ば、ASE時における自然放出光のスペクトル曲線を描
き、それがタイプ3またはタイプ4の形状を示すレーザ
素子は、少なくとも前記した第1の条件を充足したレー
ザ素子B1になっている。したがって、それを用いて組
み立てたレーザモジュールからの励起用レーザ光は時間
的安定性が良好であることになる。すなわち、ASE時
における自然放出光のスペクトル曲線から、そのレーザ
素子が励起用レーザ光の時間的安定性にとって有効か否
かを判定することができる。That is, the laser device B 1 has a characteristic that, when a spectrum curve of spontaneous emission light at the time of ASE is drawn, the spectrum curve shows either type 3 or type 4. From a different point of view, the laser element that draws the spectrum curve of spontaneous emission light at the time of ASE and shows the shape of type 3 or type 4 is the laser element B 1 satisfying at least the above-mentioned first condition. . Therefore, the pumping laser light from the laser module assembled using it has good temporal stability. That is, it is possible to determine from the spectrum curve of spontaneous emission light at the time of ASE whether the laser element is effective for the temporal stability of the excitation laser light.
【0044】また、レーザ素子B1は次のような特性も
備えていることが好ましい。それを図9に則して説明す
る。まず、レーザ素子B1からレーザ光を発振させる。
ここで、レーザ素子B1の長手方向(レーザ光の出射方
向)をx軸方向、厚み方向、すなわち層構造Cにおける
積層方向をz軸方向、幅方向をy軸方向とする3次元座
標軸を仮定して、出射光のz軸方向成分に着目して説明
する。The laser element B 1 preferably has the following characteristics. It will be described with reference to FIG. First, laser light is oscillated from the laser element B 1 .
Here, it is assumed that the longitudinal direction of the laser element B 1 (laser light emission direction) is the x-axis direction, the thickness direction, that is, the stacking direction in the layer structure C is the z-axis direction, and the width direction is the y-axis direction. Then, the description will be made focusing on the z-axis direction component of the emitted light.
【0045】出射光はレーザ素子B1から出射し、光軸
との直交面に遠視野像(Far-Feild Pattern:FFP)
が生ずる。この遠視野像(FFP)のz軸成分は、最大
出力P 0を有する光出力分布曲線となっている。このと
き、半分の出力水準(1/2P0)のところに遠視野像
FFPの垂直(z軸)方向に沿って2個の点が認めら
れ、また、レーザ素子の前端面から出射した光の上記2
個の点のそれぞれに対する広がり角度θが認められる。The emitted light is the laser element B.1Exit from the optical axis
Far-field pattern (FFP) on the plane orthogonal to
Occurs. The maximum z-axis component of this far field image (FFP) is
Output P 0Is a light output distribution curve having. This and
Half the output level (1 / 2P0) Place in the far field
Two points were found along the vertical (z-axis) direction of the FFP.
In addition, the light emitted from the front end face of the laser element is
A spread angle θ for each of the points is observed.
【0046】角度θは、半値幅角度(full-width half
maximum angle)としても知られている。なぜならば、
この角度は、前端面と、半分の出力水準である垂直軸上
の2点間の全体の幅との間に形成されているからであ
る。レーザ素子B1は、上記した広がり角度θが25°
以下であることが好ましい。この広がり角度θが25°
以下になっていることにより、レーザ素子B1は光ファ
イバとの結合効率が充分に高くなり、ファイバ端光出力
を高めることができるだけではなく、活性層への光閉じ
込め係数が充分に小さくなっているため高効率になって
いる。The angle θ is a full-width half angle (full-width half angle).
also known as the maximum angle). because,
This angle is formed between the front end face and the entire width between two points on the vertical axis which is half the power level. The laser device B 1 has the above-mentioned spread angle θ of 25 °.
The following is preferable. This spread angle θ is 25 °
By the following, the laser element B 1 has a sufficiently high coupling efficiency with the optical fiber, and not only can the optical output at the fiber end be increased, but also the optical confinement coefficient in the active layer becomes sufficiently small. Therefore, it is highly efficient.
【0047】なお、以上の説明はリッジ導波路型レーザ
素子の場合で行ったが、レーザ素子B1はそのような構
造に限定されるものではなく、前記した第1の条件を満
足する層構造を有するものであれば、自己整合型(SA
S型)の構造のものであってもよい。上記したように、
レーザ素子B1は、当該素子B1が形成されている半導体
チップにとっては外在物である光帰還機能を有する要素
5aとともに、パッケージの中に組み込まれる。しかし
ながら、本発明は、光帰還機能を有する要素がレーザ共
振器としての半導体チップ上に集積されている場合のレ
ーザ素子に対しても等しく適用される。Although the above description has been made in the case of the ridge waveguide type laser device, the laser device B 1 is not limited to such a structure, and the layer structure satisfying the above-mentioned first condition. Self-aligned (SA
It may have an S-type) structure. As mentioned above,
The laser element B 1 is incorporated in the package together with the element 5a having an optical feedback function, which is external to the semiconductor chip on which the element B 1 is formed. However, the present invention is equally applicable to a laser device in which an element having an optical feedback function is integrated on a semiconductor chip as a laser resonator.
【0048】そのような、集積された光帰還機能を有す
る要素を備えた本発明のレーザ素子について説明する。
このレーザ素子の1例B2を部分切欠斜視図として図1
0に示す。このレーザ素子B2は、図2で示したレーザ
素子B1の層構造Cにおいて、上部GRIN−SCH層
16bと上部クラッド層18の間にスペーサ層20を介
装し、このスペーサ層20の中に所定周期のグレーティ
ング21を配置し、あわせて活性層17の両側にp型層
22aとn型層22bを積層して成る電流ブロッキング
層22を形成したものである。The laser device of the present invention provided with such an element having an integrated optical feedback function will be described.
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example B 2 of this laser device.
It shows in 0. This laser device B 2 has a spacer layer 20 interposed between the upper GRIN-SCH layer 16 b and the upper clad layer 18 in the layer structure C of the laser device B 1 shown in FIG. A current blocking layer 22 is formed by arranging a grating 21 with a predetermined period on the active layer 17 and stacking a p-type layer 22a and an n-type layer 22b on both sides of the active layer 17.
【0049】このレーザ素子B2は、活性層17の近傍
に、光帰還機能と波長選択特性を有する要素としてのグ
レーティング21が配置されているので、それ自体とし
て光帰還機能を備えており、グレーティング21の反射
帯域幅で規定される特定波長のレーザ光を出力する。そ
の場合、活性層17は少なくとも前記した第1の条件を
充足しており、また、第2の条件、第3の条件も充足さ
せることにより、レーザ素子B2からのレーザ光は、図
1で示した本発明のレーザモジュールの場合と同様に、
マルチモード化していて、その光出力が時間的変動の少
ない状態になる。The laser element B 2 has the grating 21 as an element having the optical feedback function and the wavelength selection characteristic in the vicinity of the active layer 17, so that the laser element B 2 itself has the optical feedback function. A laser beam having a specific wavelength defined by the reflection bandwidth of 21 is output. In that case, the active layer 17 satisfies at least the above-mentioned first condition, and by satisfying the second condition and the third condition, the laser light from the laser element B 2 can be changed as shown in FIG. Similar to the case of the laser module of the present invention shown,
It is in multi-mode, and its optical output is in a state with little temporal fluctuation.
【0050】すなわち、このレーザ素子B2は、それ自
体で図1で示したレーザモジュールAと同等の機能を発
揮することができる。もち論、このレーザ素子B2を光
源にして図1で示したレーザモジュールを組み立てるこ
ともできる。なお、本発明における半導体レーザモジュ
ールの最大光出力はL×0.1mW/μm以上であり、よ
り好ましくはL×0.25mW/μm以上である。ここ
で、Lは本発明において使用される半導体レーザ素子の
共振器の長さ(単位:μm)である。以上の関係によ
り、本発明における半導体レーザモジュールの最大光出
力は、共振器長が800μmのときは80mW、より好ま
しくは200mWとなる。また、共振器長が1200μm
のときの最大光出力は120mW、より好ましくは300
mWとなり、共振器長(L)が1800μmのときの最大
光出力は180mW、より好ましくは450mWとなる。That is, this laser element B 2 can exhibit the same function as the laser module A shown in FIG. 1 by itself. As a matter of course, the laser module shown in FIG. 1 can be assembled by using the laser element B 2 as a light source. The maximum optical output of the semiconductor laser module in the present invention is L × 0.1 mW / μm or more, more preferably L × 0.25 mW / μm or more. Here, L is the length (unit: μm) of the resonator of the semiconductor laser device used in the present invention. From the above relationship, the maximum optical output of the semiconductor laser module of the present invention is 80 mW, and more preferably 200 mW when the cavity length is 800 μm. The resonator length is 1200 μm
The maximum light output is 120mW, more preferably 300
mW, and the maximum optical output when the resonator length (L) is 1800 μm is 180 mW, more preferably 450 mW.
【0051】[0051]
【実施例】1.レーザ素子B1の製造
n−GaAsから成る基板の上に、表1、表2で示した
各層を成膜して図2の層構造Cを形成した。形成された
層構造の上面に、フォトリソグラフィー技術とエッチン
グ技術を適用して幅4μm、高さ1.2μmのリッジ導
波路を形成したのち、その上にSiNから成る保護膜1
3を形成した。[Example] 1. Manufacturing of Laser Element B 1 Each layer shown in Tables 1 and 2 was formed on a substrate made of n-GaAs to form a layer structure C shown in FIG. A ridge waveguide having a width of 4 μm and a height of 1.2 μm is formed on the upper surface of the formed layer structure by applying photolithography technology and etching technology, and then a protective film made of SiN 1 is formed thereon.
Formed 3.
【0052】ついで、基板10の裏面を研磨してそこに
AuGeNi/Auから成る下部電極12を形成し、ま
たキャップ層19の上面の保護膜の一部を除去したのち
層構造の上面全体にTi/Pt/Auから成る上部電極
14を形成した。そして、基板を劈開して共振器長
(L)が800μmであるバーにしたのち、一方の端面
にSiNから成る反射率0.8%の低反射膜を成膜して
前端面を形成し、他方の端面にSiO2/Siから成る
反射率92%の高反射膜を成膜して後端面を形成した。
そして最後に、このバーを加工してチップとし、図2で
示したレーザ素子B1を製造した。Then, the back surface of the substrate 10 is polished to form the lower electrode 12 made of AuGeNi / Au, and a part of the protective film on the upper surface of the cap layer 19 is removed. The upper electrode 14 made of / Pt / Au was formed. Then, the substrate is cleaved to form a bar having a resonator length (L) of 800 μm, and a low reflection film made of SiN and having a reflectance of 0.8% is formed on one end face to form a front end face. On the other end face, a highly reflective film made of SiO 2 / Si having a reflectance of 92% was formed to form a rear end face.
Finally, the bar was processed into chips to manufacture the laser device B 1 shown in FIG.
【0053】[0053]
【表1】 [Table 1]
【0054】[0054]
【表2】 [Table 2]
【0055】なお、レーザ素子1の伝導帯バンド模式図
を図11に、またレーザ素子4の伝導帯バンド模式図を
図12にそれぞれ示す。図中の数字はいずれも図2で示
した各層を示している。A schematic diagram of the conduction band of the laser device 1 is shown in FIG. 11, and a schematic diagram of the conduction band of the laser device 4 is shown in FIG. All the numbers in the figure indicate the respective layers shown in FIG.
【0056】2.レーザ素子の特性
表1、表2で示したレーザ素子に対し、AQ6317
(ANDO社製のOptical Spectrum Analyzer)を用い
てASE自然放出光を出射させ、それぞれのスペクトル
曲線を求め、その形状を観察した。その結果を表3に示
した。また、各レーザ素子をレーザ発振させ、その発振
レーザ光の遠視野像を、フォトダイオードを用いて測定
し、スペクトル曲線の半値幅に対応する垂直方向の広が
り角度θを求めた。その結果も表3に示した。2. Laser element characteristics AQ6317 is used for the laser elements shown in Tables 1 and 2.
ASE spontaneous emission light was emitted using (Optical Spectrum Analyzer manufactured by ANDO), each spectrum curve was obtained, and the shape thereof was observed. The results are shown in Table 3. Further, each laser element was made to oscillate, and the far-field image of the oscillated laser light was measured using a photodiode to obtain the vertical spread angle θ corresponding to the half-value width of the spectrum curve. The results are also shown in Table 3.
【0057】[0057]
【表3】 [Table 3]
【0058】また、レーザ素子1、レーザ素子3、レー
ザ素子4については、注入電流(I)を変化させて自然
放出光を出射させてそれぞれのスペクトル曲線を描き、
その最大出力(P0)よりも3dB低い出力の場合の2個
の波長間で示されるスペクトル幅(Δλ値)を求めた。
そして、I/Ith値とスペクトル幅(Δλ値)をプロッ
トした。結果を図13に示した。For the laser element 1, the laser element 3, and the laser element 4, the injection current (I) is changed to emit spontaneous emission light, and the respective spectral curves are drawn.
The spectral width (Δλ value) shown between two wavelengths in the case of an output that is 3 dB lower than the maximum output (P 0 ) was obtained.
Then, the I / Ith value and the spectrum width (Δλ value) were plotted. The results are shown in Fig. 13.
【0059】以上の結果から次のことが明らかである。
(1)まず、図13から明らかなように、レーザ素子
1,3,4は、いずれも、I/Ith値が1以上、すなわ
ち、注入電流がしきい値電流以上になればレーザ発振す
る。しかしながら、自然放出光が出射するI値の注入電
流の領域において、レーザ素子1の場合は、I値がIth
値に向かって増加するにつれて実質的に線形をなして減
少している自然放出光におけるスペクトル幅(Δλ値)
を有している。From the above results, the following is clear. (1) First, as is clear from FIG. 13, the laser elements 1, 3 and 4 all oscillate when the I / Ith value is 1 or more, that is, when the injection current is equal to or more than the threshold current. However, in the region of the injection current of I value that spontaneous emission light emits, in the case of the laser device 1, the I value is Ith.
Spectral width (Δλ value) in spontaneous emission that decreases substantially linearly with increasing value
have.
【0060】これに反し、レーザ素子4のスペクトル幅
(Δλ値)は、0.2と0.6の間のI/Ith値では概ね
実質的に同じ値のままであり、そして、I/Ith値が
0.6から約1.0に増加していくと、大きな傾きでゼロ
に向かって減少していく。レーザ素子3の場合も、レー
ザ素子4の場合と略同じ挙動を示しているが、スペクト
ル幅(Δλ値)は減少する2つの顕著なステージを有
し、そのステージ間には平坦領域がある。第1の減少ス
テージは比較的小さく、I/Ith値が0.2から約0.4
までに増加する間で起こっている。第2の減少ステージ
は大きく、そしてI/Ith値が0.8から約1.05に増
加する間で起こっている。平坦領域はI/Ith値が約
0.4と約0.8の間で起こっており、その場合のスペク
トル幅Δλは実質的に一定である。On the contrary, the spectral width (Δλ value) of the laser element 4 remains substantially the same value at I / Ith values between 0.2 and 0.6, and I / Ith As the value increases from 0.6 to about 1.0, it decreases toward zero with a large slope. The laser device 3 also exhibits substantially the same behavior as the laser device 4, but has two prominent stages with a reduced spectral width (Δλ value), and there is a flat region between the stages. The first reduction stage is relatively small and has an I / Ith value of 0.2 to about 0.4.
It's happening between increasing. The second reduction stage is large and is occurring while the I / Ith value increases from 0.8 to about 1.05. The flat region occurs when the I / Ith value is between about 0.4 and about 0.8, and the spectral width Δλ in that case is substantially constant.
【0061】(2)いずれにしても、レーザ素子3とレ
ーザ素子4の場合、I/Ith値の広い範囲(0.4と0.
8の間)において、Δλ値は安定した値を示している。
このことは、この範囲内でI値が変動しても、自然放出
光のスペクトル曲線の形状はわずかに変化するのみであ
り、安定しているということを意味している。これは、
しきい値よりも大きい注入電流(I)で駆動させたとき
の発振レーザ光の安定性を予告する指標であると考えら
れる。(2) In any case, in the case of the laser element 3 and the laser element 4, a wide range of I / Ith values (0.4 and 0.
(Between 8), the Δλ value shows a stable value.
This means that even if the I value fluctuates within this range, the shape of the spectrum curve of the spontaneous emission light changes only slightly and is stable. this is,
It is considered that this is an index that gives advance notice of the stability of the oscillated laser light when driven with an injection current (I) larger than the threshold.
【0062】そして、レーザ素子3とレーザ素子4のΔ
λ値を対比すると、I/Ith値が0.2と0.9の間(す
なわち平坦領域)に対してはレーザ素子4の場合の方が
大きい値を示しているが、このことは、レーザ素子4の
方が駆動安定性に優れていることを示唆しているものと
考えられる。Then, Δ of the laser elements 3 and 4
When the λ value is compared, the I / Ith value between 0.2 and 0.9 (that is, the flat region) shows a larger value in the case of the laser element 4, which means that It is considered that the element 4 suggests that the driving stability is superior.
【0063】(3)ここで、表1、表2および表3を参
照すると、井戸層の厚みが7nmで2層構造の量子井戸構
造になっているレーザ素子1の場合、その自然放出光に
おけるスペクトル曲線の形状はタイプ1であり、そのΔ
λ値は図13で示したように変化しているが、井戸層の
厚みを12nmと厚くして第1の条件を充足させ、また量
子井戸構造を単層構造にしたレーザ素子3では、スペク
トル曲線の形状はタイプ3に変化し、またΔλ値も安定
している。(3) Referring to Table 1, Table 2 and Table 3, in the case of the laser device 1 having the quantum well structure of the double-layer structure with the well layer thickness of 7 nm, the spontaneous emission The shape of the spectrum curve is type 1, and its Δ
Although the λ value changes as shown in FIG. 13, in the laser device 3 in which the first condition is satisfied by increasing the thickness of the well layer to 12 nm and the quantum well structure has a single-layer structure, the spectrum is The shape of the curve changes to type 3, and the Δλ value is stable.
【0064】そして、第1の条件を満たすと同時に、第
2の条件と第3の条件のいずれをも満たしているレーザ
素子4の場合は、スペクトル曲線の形状はタイプ4とな
り、かつΔλ値も高位水準で安定化している。Then, in the case of the laser device 4 satisfying both the second condition and the third condition while satisfying the first condition, the shape of the spectrum curve is type 4, and the Δλ value is also It has stabilized at a high level.
【0065】(4)すなわち、井戸層の厚みを厚くする
と、自然放出光のスペクトル曲線の形状はタイプ3に変
化し、同時にΔλ値はI/Ith値の広い範囲で安定化す
る。そして、上記した第1の条件の充足を前提として、
更に井戸層にSiドーピングを行い(第2の条件の充
足)、またn型クラッド層に3×1017/cm3の高濃度
でSiドーピングを行う(第3の条件の充足)と、自然
放出光のスペクトル曲線の形状は、タイプ2とタイプ3
を合体した形状、すなわちタイプ4へと変化し、同時
に、Δλ値はI/Ith値の広い範囲において高位水準で
安定化するということが明らかとなった。(4) That is, when the thickness of the well layer is increased, the shape of the spectrum curve of spontaneous emission light changes to type 3, and at the same time, the Δλ value is stabilized in a wide range of I / Ith value. Then, assuming that the above first condition is satisfied,
Further, Si doping is performed on the well layer (satisfaction of the second condition), and Si doping is performed on the n-type cladding layer at a high concentration of 3 × 10 17 / cm 3 (satisfaction of the third condition), and spontaneous emission is performed. The shape of the spectrum curve of light is type 2 and type 3.
It has been revealed that the shape changes to a type 4 in which the two are combined, that is, type 4, and at the same time, the Δλ value stabilizes at a high level in a wide range of the I / Ith value.
【0066】なお、上記した説明は、前端面の反射率が
0.8%であるレーザ素子の場合についてであるが、こ
の前端面の反射率を0.5〜15%の範囲内で変化させ
た場合でも、それぞれのレーザ素子はいずれも上記した
と同様の特性を示すことが確認された。また、実施例で
は基板としてn型のものを用いたが、p型であっても同
様の特性が得られる。ただし、その場合、層構造Cにお
ける各層の導電型は実施例と逆にする。The above description is for the case of a laser device having a front end face reflectance of 0.8%. However, the front end face reflectance is changed within the range of 0.5 to 15%. It was confirmed that each laser element exhibited the same characteristics as described above even in the case of the above. Further, although the n-type substrate is used as the substrate in the embodiment, similar characteristics can be obtained even if the substrate is p-type. However, in that case, the conductivity type of each layer in the layer structure C is opposite to that in the embodiment.
【0067】3.レーザモジュールの組立て
表1および表2で示した各レーザ素子のうち、レーザ素
子1とレーザ素子4を選択し、それぞれを、ファイバブ
ラッググレーティングが形成されている光ファイバとレ
ンズを介して光結合し、図1で示したレーザモジュール
Aを組み立てた。3. Assembling the laser module Among the laser elements shown in Table 1 and Table 2, the laser element 1 and the laser element 4 are selected, and each of them is optically coupled with the optical fiber in which the fiber Bragg grating is formed through the lens. The laser module A shown in FIG. 1 was assembled.
【0068】レーザ素子1が組み込まれている装置を装
置A1(従来装置)、レーザ素子4が組み込まれている
装置を装置A2(実施例装置)とする。なお、レーザ素
子1に光結合されたファイバブラッググレーティング
は、反射率7%、反射帯域幅1.5nm、中心波長979n
mの波長選択特性を有するように設計されており、ま
た、レーザ素子4に光結合されたファイバブラッググレ
ーティングは、反射率7%、反射帯域幅1.5nm、中心
波長976nmの波長選択特性を有するように設計されて
いる。A device incorporating the laser element 1 is referred to as device A 1 (conventional device), and a device incorporating the laser element 4 is referred to as device A 2 (example device). The fiber Bragg grating optically coupled to the laser element 1 has a reflectance of 7%, a reflection bandwidth of 1.5 nm, and a central wavelength of 979n.
The fiber Bragg grating, which is designed to have a wavelength selection characteristic of m, is optically coupled to the laser element 4 and has a reflectance of 7%, a reflection bandwidth of 1.5 nm, and a center wavelength of 976 nm. Is designed to be.
【0069】4.レーザモジュールの性能
(1)励起用レーザ光の時間安定性
装置A1、装置A2に250mAの電流を注入して、励起用
レーザ光を出射させた。そして、そのレーザ光の光出力
(Pf)を、Lightwave multimeter 8153A(アジレンド
社製), Power Sensor Module 81533B(アジレンド社
製), およびOptical Head 81525Aから成るシステムで
測定し、またモニタ光強度(Im)を、ADVANTEST Digi
tal Electrometer R8240(アドバンテスト社製)とIL
X Lightwave Laser Diode Controller LDC-3744B(I
LX ライトウェーブ社製)から成るシステムで測定し
た。ついで、約1分間の時間間隔を超えて、PfとIm
の測定値の変化率(%)を0.4秒間隔で算出した。4. Performance of Laser Module (1) Time Stability of Excitation Laser Light A current of 250 mA was injected into the devices A 1 and A 2 to emit the excitation laser light. Then, the optical output (Pf) of the laser light is measured by a system including a Lightwave multimeter 8153A (manufactured by Azirendo), Power Sensor Module 81533B (manufactured by Azirendo), and Optical Head 81525A, and monitor light intensity (Im). ADVANTEST Digi
tal Electrometer R8240 (manufactured by Advantest) and IL
X Lightwave Laser Diode Controller LDC-3744B (I
LX Lightwave). Then, over a time interval of about 1 minute, Pf and Im
The rate of change (%) in the measured value was calculated at 0.4 second intervals.
【0070】装置A1の場合の結果を図14に、装置A2
の場合の結果を図15にそれぞれ示す。図14と図15
を対比して明らかなように、装置A2は装置A1に比べて
発振レーザ光の時間的安定性が著しく優れている。[0070] The results of the case of the apparatus A 1 in FIG. 14, device A 2
The results in the case of are shown in FIG. 14 and 15
As is clear from the comparison, the device A 2 is significantly superior to the device A 1 in the temporal stability of the oscillated laser light.
【0071】(2)駆動電流値に対する発振レーザ光の
安定性
装置A1と装置A2への駆動電流をしきい値Ithから5mA
間隔で増加させていき、その都度、(1)で用いた測定
システムにより、励起用レーザ光の光出力(Pf)とモ
ニタ光強度(Im)の変化率(%)を算出した。装置A
1の場合の結果を図16に、装置A2の場合の結果を図1
7に示した。図16と図17を対比して明らかなよう
に、装置A1の場合は駆動電流が変化するとPf,Im
はいずれも大きく変動しているが、装置A2の場合は全
く変動しておらず、この装置は駆動電流が変化したとし
ても極めて安定な励起用レーザ光を発振している。図1
6と図17から、許容できる最大変化率は0.5%であ
ることがわかる。(2) Stability of oscillated laser light with respect to drive current value The drive current to the devices A 1 and A 2 is 5 mA from the threshold value Ith.
The light output (Pf) of the excitation laser light and the change rate (%) of the monitor light intensity (Im) were calculated by the measurement system used in (1) each time. Device A
Figure 16 results in the case of 1, Fig. 1 the results when the device A 2
7 shows. As is clear from comparison between FIG. 16 and FIG. 17, in the case of the device A 1 , when the drive current changes, Pf, Im
Shows a large fluctuation, but in the case of the device A 2 , it does not fluctuate at all, and this device oscillates a very stable excitation laser beam even if the drive current changes. Figure 1
6 and FIG. 17, it can be seen that the maximum allowable change rate is 0.5%.
【0072】(3)励起用レーザ光のスペクトルの時間
安定性
装置A1と装置A2に250mAの駆動電流を注入して励起
用レーザ光を出射させた。そして、駆動開始時点と、そ
れから10秒後、20秒後、30秒後、40秒後におけ
るスペクトルを観察した。その結果を、装置A1の場合
は図18〜図22に、装置A2の場合は図23〜図27
に示した。(3) Time stability of spectrum of excitation laser light A driving current of 250 mA was injected into the devices A 1 and A 2 to emit the excitation laser light. Then, the spectra at the start of driving and 10 seconds, 20 seconds, 30 seconds, and 40 seconds after that were observed. The results, in the case of the apparatus A 1 in FIGS. 18 to 22, in the case of device A 2 23 to 27
It was shown to.
【0073】以上の結果から次のことが明らかである。
装置A1と装置A2の駆動開始直後における励起用レー
ザ光のスペクトル図(図18と図23)を対比すると、
装置A1の場合は、その中心波長がファイバブラッググ
レーティングの中心波長(979nm)付近でシングル縦
モードで発振している。これに反し、装置A2の場合
は、ファイバブラッググレーティングの中心波長(97
6nm)付近でマルチ縦モードが発振している。From the above results, the following is clear. Comparing the spectrum diagrams (FIGS. 18 and 23) of the excitation laser light immediately after the device A 1 and the device A 2 are driven,
In the case of the device A 1 , the center wavelength thereof oscillates in the single longitudinal mode in the vicinity of the center wavelength (979 nm) of the fiber Bragg grating. On the contrary, in the case of the device A 2 , the central wavelength of the fiber Bragg grating (97
The multi-longitudinal mode oscillates around 6 nm).
【0074】また、装置A1の励起用レーザ光は、時
間が経過するにつれて、その発振スペクトルが変動して
いる。しかしながら、装置A2の場合は、駆動時間が経
過しても、その発振スペクトルは駆動開始時点(図1
8)の場合と実質的に同じである。
すなわち、装置A2は、時間安定性に優れた励起用レ
ーザ光を出射している。The oscillation laser beam of the device A 1 has its oscillation spectrum fluctuated as time passes. However, in the case of the device A 2 , even after the driving time has elapsed, the oscillation spectrum of the device A 2 is at the start point of driving (see
It is substantially the same as the case of 8). That is, the device A 2 emits the excitation laser light excellent in time stability.
【0075】(4)光出力と光ファイバの状態との関係
装置A2において、光ファイバを直径約100mmで3タ
ーンした状態にしてレーザ発振させた。そのときの発振
スペクトルを図28に示す。ついで、光ファイバを前記
した巻回状態から直径約100mmで3ターンの巻回状態
に巻き直し、同じ条件でレーザ発振させた。そのときの
発振スペクトルを図29に示す。(4) Relation between optical output and state of optical fiber In the apparatus A 2 , the optical fiber was oscillated with the diameter of about 100 mm for 3 turns. The oscillation spectrum at that time is shown in FIG. Then, the optical fiber was rewound from the above-mentioned wound state to a wound state of 3 turns with a diameter of about 100 mm, and laser oscillation was performed under the same conditions. The oscillation spectrum at that time is shown in FIG.
【0076】図28と図29から明らかなように、光フ
ァイバの巻回状態が変化しても、装置A2からの励起用
レーザ光の発振スペクトルの変動は起こっていない。一
方、装置A1において、光ファイバを直径100mmで5
ターンした状態にしてレーザ発振させた。そのときの発
振スペクトルは図30で示すようにマルチモードの発振
になっていた。As is apparent from FIGS. 28 and 29, even if the winding state of the optical fiber changes, the oscillation spectrum of the excitation laser beam from the device A 2 does not change. On the other hand, in the device A 1 , the optical fiber with a diameter of 100 mm is 5
Laser oscillation was performed in the turned state. The oscillation spectrum at that time was multimode oscillation as shown in FIG.
【0077】ついで、光ファイバを上記した巻回状態か
ら直径100mmで4ターンの巻回状態に巻き直し、同じ
条件でレーザ発振させた。そのときの発振スペクトルを
図31に示した。図30と図31を対比して明らかなよ
うに、装置A1の場合、光ファイバの巻回状態が変化す
ると、励起用レーザ光の発振スペクトルが変化してしま
う。Next, the optical fiber was rewound from the above-mentioned wound state to a wound state of 4 turns with a diameter of 100 mm, and laser oscillation was performed under the same conditions. The oscillation spectrum at that time is shown in FIG. As is clear from comparison between FIG. 30 and FIG. 31, in the case of the device A 1 , when the winding state of the optical fiber changes, the oscillation spectrum of the excitation laser light changes.
【0078】このように、装置A2は、光ファイバの巻
回状態、より一般化していえば、光ファイバがどのよう
な状態になっていても、出射するその励起用レーザ光は
安定していることが判明した。As described above, in the device A 2 , the excitation laser light emitted is stable regardless of the winding state of the optical fiber, or more generally, whatever the optical fiber is. It has been found.
【0079】[0079]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
レーザモジュールは、井戸層の厚みを10nm以上と従来
に比べて厚くし、更には井戸層に不純物をドーピングし
ており、またクラッド層にn型不純物をドーピングして
いることにより、発振レーザ光はマルチモード化するレ
ーザ素子とファイバブラッググレーティングを光結合し
て組み立てられているので、まず、出射する励起用レー
ザ光の時間安定性に優れている。また、レーザ素子の駆
動電流が変動しても出射する励起用レーザ光は安定して
いる。更には、光ファイバの例えば巻回状態を変えても
出射する励起用レーザ光は安定していて実用的な信頼性
が高い。As is apparent from the above description, in the laser module of the present invention, the well layer has a thickness of 10 nm or more, which is thicker than the conventional one, and the well layer is doped with impurities. Since the layer is doped with an n-type impurity, the oscillation laser light is assembled by optically coupling a laser element that multimodes and a fiber Bragg grating. Is excellent. Further, the excitation laser light emitted is stable even if the drive current of the laser element fluctuates. Further, even if the winding state of the optical fiber is changed, for example, the exciting laser light emitted is stable and has high practical reliability.
【図1】本発明の半導体レーザモジュールの1例Aを示
す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an example A of a semiconductor laser module of the present invention.
【図2】本発明のレーザ素子の1例B1を示す斜視図で
ある。FIG. 2 is a perspective view showing an example B 1 of the laser device of the present invention.
【図3】レーザ素子のしきい値電流を定義するためのグ
ラフである。FIG. 3 is a graph for defining a threshold current of a laser device.
【図4】自然放出光のスペクトル曲線を示すグラフであ
る。FIG. 4 is a graph showing a spectrum curve of spontaneous emission light.
【図5】レーザ素子の自然放出光におけるタイプ1のス
ペクトル曲線図である。FIG. 5 is a spectrum curve diagram of type 1 in spontaneous emission light of a laser device.
【図6】レーザ素子の自然放出光におけるタイプ2のス
ペクトル曲線図である。FIG. 6 is a spectrum curve diagram of type 2 in spontaneous emission light of a laser device.
【図7】レーザ素子の自然放出光におけるタイプ3のス
ペクトル曲線図である。FIG. 7 is a spectrum curve diagram of type 3 in spontaneous emission light of a laser device.
【図8】レーザ素子の自然放出光におけるタイプ4のス
ペクトル曲線図である。FIG. 8 is a spectrum curve diagram of type 4 in spontaneous emission light of a laser device.
【図9】遠視野像の広がり角度θを説明するための説明
図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a spread angle θ of a far field image.
【図10】本発明の半導体レーザ素子の1例B2を示す
部分切欠斜視図である。FIG. 10 is a partially cutaway perspective view showing an example B 2 of the semiconductor laser device of the present invention.
【図11】レーザ素子1,2の伝導帯バンド模式図であ
る。FIG. 11 is a schematic diagram of a conduction band of laser elements 1 and 2.
【図12】レーザ素子4の伝導帯バンド模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram of a conduction band of the laser device 4.
【図13】レーザ素子におけるI/Ith値とスペクトル
幅(Δλ)との関係を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the I / Ith value and the spectral width (Δλ) in the laser device.
【図14】装置AのPf変化率とIm変化率を示すグラ
フである。FIG. 14 is a graph showing a Pf change rate and an Im change rate of device A.
【図15】装置BのPf変化率とIm変化率を示すグラ
フである。FIG. 15 is a graph showing the Pf change rate and the Im change rate of device B.
【図16】装置Aの駆動電流に対するPfとIm変化率
を示すグラフである。16 is a graph showing Pf and Im change rates with respect to the drive current of device A. FIG.
【図17】装置Bの駆動電流に対するPfとIm変化率
を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing Pf and Im change rates with respect to the drive current of device B.
【図18】装置Aの駆動開始時における励起用レーザ光
のスペクトル図である。FIG. 18 is a spectrum diagram of excitation laser light at the start of driving the device A.
【図19】装置Aの駆動開始後10秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。FIG. 19 is a spectrum diagram of the excitation laser light after 10 seconds have elapsed from the start of driving the device A.
【図20】装置Aの駆動開始後20秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。FIG. 20 is a spectrum diagram of a laser beam for excitation after 20 seconds have elapsed from the start of driving the device A.
【図21】装置Aの駆動開始後30秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。FIG. 21 is a spectrum diagram of the excitation laser light after 30 seconds have elapsed from the start of driving the device A.
【図22】装置Aの駆動開始後40秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。FIG. 22 is a spectrum diagram of a laser beam for excitation 40 seconds after the driving of the device A is started.
【図23】装置Bの駆動開始時における励起用レーザ光
のスペクトル図である。FIG. 23 is a spectrum diagram of a laser beam for excitation at the start of driving the device B.
【図24】装置Bの駆動開始後10秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。FIG. 24 is a spectrum diagram of excitation laser light after 10 seconds have elapsed from the start of driving the device B.
【図25】装置Bの駆動開始後20秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。FIG. 25 is a spectrum diagram of the excitation laser light after 20 seconds have elapsed from the start of driving the device B.
【図26】装置Bの駆動開始後30秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。FIG. 26 is a spectrum diagram of excitation laser light after 30 seconds have elapsed from the start of driving the device B.
【図27】装置Bの駆動開始後40秒経過時における励
起用レーザ光のスペクトル図である。FIG. 27 is a spectrum diagram of the excitation laser light 40 seconds after the start of driving the device B.
【図28】光ファイバを直径100mmで3ターンの巻回
状態にしたときにおける装置Aの励起用レーザ光のスペ
クトル図である。FIG. 28 is a spectrum diagram of the excitation laser light of the device A when the optical fiber has a diameter of 100 mm and is wound in three turns.
【図29】光ファイバを直径100mmで3ターンの巻回
状態に変えたときにおける装置Aの励起用レーザ光のス
ペクトル図である。FIG. 29 is a spectrum diagram of the excitation laser light of the device A when the optical fiber is changed to a wound state of 100 mm in diameter and 3 turns.
【図30】光ファイバを直径100mmで5ターンの巻回
状態にしたときにおける装置Bの励起用レーザ光のスペ
クトル図である。FIG. 30 is a spectrum diagram of the excitation laser light of the device B when the optical fiber has a diameter of 100 mm and is wound for 5 turns.
【図31】光ファイバを直径100mmで5ターンから4
ターンの巻回状態に変えたときにおける装置Bの励起用
レーザ光のスペクトル図である。FIG. 31: Optical fiber 100 mm in diameter 5 turns to 4
FIG. 6 is a spectrum diagram of the excitation laser light of the device B when changed to a wound state of a turn.
1 パッケージ 1a パッケージ10の底板 1b パッケージ10の筒状孔部 2 ペルチェモジュール 3 ベース材 4 チップキャリア 5 光ファイバ 5a ファイバブラッググレーティング 6 ファイバ固定部材 7 スリーブ 10 基板 12 下部電極 13 保護膜 14 上部電極 C 層構造 15 下部クラッド層 16a 下部GRIN−SCH層 17 量子井戸構造の活性層 16b 上部GRIN−SCH層 18 上部クラッド層 19 キャップ層 20 スペーサ層 21 グレーティング 22 電流ブロッキング層 1 package 1a Package 10 bottom plate 1b Package 10 cylindrical hole 2 Peltier module 3 base materials 4 chip carrier 5 optical fiber 5a Fiber Bragg grating 6 Fiber fixing member 7 sleeve 10 substrates 12 Lower electrode 13 Protective film 14 Upper electrode C layer structure 15 Lower clad layer 16a Lower GRIN-SCH layer 17 Quantum well structure active layer 16b Upper GRIN-SCH layer 18 Upper clad layer 19 Cap layer 20 Spacer layer 21 Grating 22 Current blocking layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F073 AA13 AA63 AB25 AB28 AB29 BA01 BA09 CA04 CA07 CB13 CB19 EA01 EA03 FA06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F term (reference) 5F073 AA13 AA63 AB25 AB28 AB29 BA01 BA09 CA04 CA07 CB13 CB19 EA01 EA03 FA06
Claims (17)
から成る井戸層とそれを囲む障壁層を形成した活性層を
有する層構造がGaAs基板の上に形成され、前記基板
に平行に光が共振する半導体レーザ素子と、光帰還機能
を有する要素とを光結合した励起用光源に用いられる半
導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザモジ
ュールは、縦モードがマルチモードで発振し、かつ、前
記活性層における井戸層の厚みが10nm以上であること
を特徴とする半導体レーザモジュール。1. A layer structure having a well layer made of a semiconductor material containing at least Ga and As and an active layer having a barrier layer surrounding the well layer is formed on a GaAs substrate, and light resonates parallel to the substrate. In a semiconductor laser module used for a pumping light source in which a semiconductor laser element and an element having an optical feedback function are optically coupled, the semiconductor laser module oscillates in a longitudinal mode in a multimode, and a well layer in the active layer. A semiconductor laser module having a thickness of 10 nm or more.
ーピングされている請求項1の半導体レーザモジュー
ル。2. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein at least the active layer is doped with impurities.
の半導体レーザモジュール。3. The impurity is an n-type impurity.
Semiconductor laser module.
半導体レーザモジュール。4. The semiconductor laser module according to claim 3, wherein the n-type impurity is Si.
/cm3〜5×1018/cm3である請求項4の半導体レーザ
モジュール。5. The doping concentration of Si is 1 × 10 16.
/ Cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 The semiconductor laser module according to claim 4.
くともSiがドーピングされている請求項1〜5のいず
れかの半導体レーザモジュール。6. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the n-type clad layer having the layer structure is doped with at least Si.
ある請求項1〜6のいずれかの半導体レーザモジュー
ル。7. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the number of well layers in the active layer is one.
よりも厚くなっている請求項1〜7のいずれかの半導体
レーザモジュール。8. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the well layer has a thickness greater than that of the barrier layer.
aAs,InGaAs,GaAsSb、またはInGa
AsSbである請求項1〜8のいずれかの半導体レーザ
モジュール。9. The semiconductor material forming the active layer is G
aAs, InGaAs, GaAsSb, or InGa
The semiconductor laser module according to claim 1, which is AsSb.
の発振波長が940〜990nmである請求項1〜9のい
ずれかの半導体レーザモジュール。10. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein an oscillation wavelength of oscillation laser light of the semiconductor laser element is 940 to 990 nm.
路型、または自己整合型のいずれかである請求項1〜1
0のいずれかの半導体レーザモジュール。11. The semiconductor laser device is either a ridge waveguide type or a self-aligned type.
0 of the semiconductor laser modules.
の光出力分布曲線の半値幅における垂直方向の広がり角
度が25°以下である請求項1〜11のいずれかの半導
体レーザモジュール。12. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein a divergence angle in a vertical direction in a half value width of a light output distribution curve of the oscillation laser light of the semiconductor laser element is 25 ° or less.
2≦I/Ith≦0.8(式中、Iは注入電流、Ithはレ
ーザ発振を開始するときの注入電流を表す)の関係を満
たす電流を注入したときに出射する自然放出光のスペク
トル曲線において、その最大強度から3dB低い強度を示
す箇所のスペクトル幅が15nm以上になる請求項1〜1
2のいずれかの半導体レーザモジュール。13. The semiconductor laser device has the following formula:
Spectral curve of spontaneous emission light emitted when a current satisfying the relation of 2 ≦ I / Ith ≦ 0.8 (wherein I is an injection current and Ith is an injection current when starting laser oscillation) is injected. 2. The spectral width of a portion exhibiting an intensity of 3 dB lower than the maximum intensity is 15 nm or more.
2. A semiconductor laser module according to any one of 2.
イバブラッググレーティング、誘電体多層膜フィルタ、
または分布ブラッグ反射鏡のいずれかである請求項1〜
13のいずれかの半導体レーザモジュール。14. The element having the optical feedback function includes a fiber Bragg grating, a dielectric multilayer film filter,
Or a distributed Bragg reflector.
13. The semiconductor laser module according to any one of 13.
光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティン
グである請求項1〜14の半導体レーザモジュール。15. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the element having an optical feedback function is a fiber Bragg grating formed in a wedge-shaped optical fiber.
性層近傍にグレーティングを形成することにより前記光
帰還機能を有する要素を形成した請求項1〜13のいず
れかの半導体レーザモジュール。16. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein an element having the optical feedback function is formed by forming a grating near the active layer in the semiconductor laser element.
板に平行に光が共振する共振器の長さをL(μm)とし
たとき、前記半導体レーザモジュールの光出力は、L×
0.1mW/μm以上となる請求項1〜16のいずれかの
半導体レーザモジュール。17. When the length of a resonator in which light resonates parallel to the substrate in the semiconductor laser device is L (μm), the optical output of the semiconductor laser module is L ×.
The semiconductor laser module according to any one of claims 1 to 16, which has a power density of 0.1 mW / µm or more.
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