JP2010109237A - Optical phase control element and semiconductor light-emitting element - Google Patents
Optical phase control element and semiconductor light-emitting element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010109237A JP2010109237A JP2008281217A JP2008281217A JP2010109237A JP 2010109237 A JP2010109237 A JP 2010109237A JP 2008281217 A JP2008281217 A JP 2008281217A JP 2008281217 A JP2008281217 A JP 2008281217A JP 2010109237 A JP2010109237 A JP 2010109237A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- phase control
- light emitting
- active waveguide
- confinement layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 8
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 abstract 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 24
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 18
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光の位相を変化させることにより連続的に発振波長を変化させるための位相制御領域を備えた光位相制御素子および半導体発光素子に係り、特に、注入キャリアのプラズマ効果による活性導波路の屈折率変化を利用した光位相制御素子および半導体発光素子に関する。 The present invention relates to an optical phase control element and a semiconductor light emitting element having a phase control region for continuously changing an oscillation wavelength by changing the phase of light, and in particular, an active waveguide based on a plasma effect of injected carriers. The present invention relates to an optical phase control element and a semiconductor light emitting element using a change in refractive index.
従来から光通信に利用される光源として、光を放出する発光領域と、発光領域によって放出された光の位相を変化させる位相制御領域とを備えることにより、発振波長を可変できる半導体レーザが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a light source used for optical communication, a semiconductor laser capable of varying an oscillation wavelength by providing a light emitting region that emits light and a phase control region that changes the phase of light emitted by the light emitting region has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
図8は、従来の半導体レーザの光の導波方向に沿った断面図である。図8に示す半導体レーザは、半導体基板101と、光学利得および波長選択性を有する分布ブラッグ反射器(DBR)102(発光領域)と、光学利得を有しない導波路層103(位相制御領域)と、発光領域用電極104と、位相制御領域用電極105と、裏面電極106と、反射防止膜107と、導波路端面108と、を備える。
FIG. 8 is a cross-sectional view along the light guiding direction of a conventional semiconductor laser. The semiconductor laser shown in FIG. 8 includes a
DBR102は光学利得と波長選択性とを併せ持つため、DBR102においては、DBR102のブラッグ波長を中心とし、DBR102のストップバンド幅で決定される特定の波長帯の光のみが増幅される。
Since the
発振波長は、DBR102、導波路層103、および導波路端面108により構成されるレーザ共振器の共振器長に基づいて決定される縦モード波長のうち、上記特定の波長帯に存在するものである。
The oscillation wavelength is present in the specific wavelength band among the longitudinal mode wavelengths determined based on the resonator length of the laser resonator constituted by the
ここで、利得を有しない位相制御領域としての導波路層103にキャリアが注入されると、プラズマ効果により導波路層103の実効屈折率が低下するため、導波路層103を透過する光の位相が変化し、縦モードの波長および間隔が変化する。
Here, when carriers are injected into the
図8に示す従来の半導体レーザにおいては、縦モードの間隔がDBR102のストップバンド幅よりも広くなっており、ストップバンド内には縦モードは一つしか存在しない。このため、上記の半導体レーザは、導波路層103に注入する電流を制御することにより、ストップバンド幅で決定される特定の波長帯において連続的に発振波長を変化させることができる。
しかしながら、特許文献1に開示された半導体レーザにおいては、位相制御領域においてキャリア間で再結合が起こるため、その再結合によって減少したキャリアを補うために位相制御領域に注入する電流を増大させなければならないという課題があった。
However, in the semiconductor laser disclosed in
また、特に大きな位相変化を得るためにはより大きな電流を位相制御領域に注入することになるが、この場合には位相制御領域の導波路層のキャリア密度が高くなるため、キャリアの再結合に起因した光学利得が発生してしまう。これにより、キャリアの減少が著しくなり、位相制御領域に注入する電流をさらに増大させないと所望の位相変化を得ることができないという課題があった。 In addition, in order to obtain a particularly large phase change, a larger current is injected into the phase control region. In this case, the carrier density of the waveguide layer in the phase control region is increased, which causes carrier recombination. The resulting optical gain is generated. As a result, there has been a problem that the reduction of carriers becomes remarkable and a desired phase change cannot be obtained unless the current injected into the phase control region is further increased.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、位相制御領域におけるキャリアの再結合および再結合に起因する光学利得を抑制し、電力消費を低減することができる光位相制御素子および半導体発光素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such conventional problems, and can suppress optical gain caused by carrier recombination and recombination in the phase control region, thereby reducing power consumption. An object is to provide an optical phase control element and a semiconductor light emitting element.
本発明の光位相制御素子は、基板上に、入射された光の位相を変化させる活性導波路層を備え、前記活性導波路層が、電子閉じ込め層とホール閉じ込め層とがスタッガード型バンド構造をなして交互に積層されてなる構成を有している。 The optical phase control element of the present invention includes an active waveguide layer that changes the phase of incident light on a substrate, and the active waveguide layer includes a staggered band structure including an electron confinement layer and a hole confinement layer. And having a configuration in which the layers are alternately stacked.
この構成により、電子閉じ込め層とホール閉じ込め層とがスタッガード型バンド構造をなすため、活性導波路層におけるキャリアの再結合および再結合に起因する光学利得を抑制し、電力消費を低減することができる。 With this configuration, since the electron confinement layer and the hole confinement layer form a staggered band structure, optical recombination and recombination of carriers in the active waveguide layer can be suppressed, and power consumption can be reduced. it can.
また、本発明の光位相制御素子は、前記電子閉じ込め層の層厚が前記ホール閉じ込め層の層厚よりも大きい構成を有している。
この構成により、電子によるオーバーフロー電流が抑制されるため、電力消費を大幅に低減することができる。
The optical phase control element of the present invention has a configuration in which the electron confinement layer has a larger thickness than the hole confinement layer.
With this configuration, an overflow current due to electrons is suppressed, so that power consumption can be significantly reduced.
本発明の半導体発光素子は、基板上に、光を放出する発光領域と、前記発光領域によって放出された光の位相を変化させる位相制御領域とが光の導波方向に直列に配置される半導体発光素子において、前記位相制御領域が、電子閉じ込め層とホール閉じ込め層とがスタッガード型バンド構造をなして交互に積層されてなる活性導波路層を備える構成を有している。 The semiconductor light-emitting device of the present invention is a semiconductor in which a light-emitting region that emits light and a phase control region that changes the phase of light emitted by the light-emitting region are arranged in series in a light guiding direction on a substrate. In the light emitting device, the phase control region includes an active waveguide layer in which an electron confinement layer and a hole confinement layer are alternately stacked in a staggered band structure.
この構成により、電子閉じ込め層とホール閉じ込め層とがスタッガード型バンド構造をなすため、活性導波路層におけるキャリアの再結合および再結合に起因する光学利得を抑制し、電力消費を低減することができる。 With this configuration, since the electron confinement layer and the hole confinement layer form a staggered band structure, optical recombination and recombination of carriers in the active waveguide layer can be suppressed, and power consumption can be reduced. it can.
また、本発明の半導体発光素子は、前記電子閉じ込め層の層厚が前記ホール閉じ込め層の層厚よりも大きい構成を有している。
この構成により、電子によるオーバーフロー電流が抑制されるため、電力消費を大幅に低減することができる。
In addition, the semiconductor light emitting device of the present invention has a configuration in which the thickness of the electron confinement layer is larger than the thickness of the hole confinement layer.
With this configuration, an overflow current due to electrons is suppressed, so that power consumption can be significantly reduced.
本発明は、位相制御領域におけるキャリアの再結合および再結合に起因する光学利得を抑制し、電力消費を低減することができるという効果を有する光位相制御素子および半導体発光素子を提供するものである。 The present invention provides an optical phase control element and a semiconductor light emitting element that have an effect of suppressing optical gain resulting from carrier recombination and recombination in a phase control region and reducing power consumption. .
以下、本発明に係る光位相制御素子および半導体発光素子の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of an optical phase control element and a semiconductor light emitting element according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明に係る光位相制御素子の第1の実施形態を図1に示す。図1(a)は本実施形態の光位相制御素子の光の導波方向に沿った断面図、図1(b)は図1(a)の部分拡大図である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of an optical phase control element according to the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view of the optical phase control element of the present embodiment along the light guiding direction, and FIG. 1B is a partially enlarged view of FIG.
即ち、第1の実施形態の光位相制御素子は、n型InPからなる半導体基板11と、半導体基板11上に形成されたSiドープされたn型InPからなるn型クラッド層12と、n型クラッド層12上に形成され、入射された光の位相を変化させる活性導波路層13と、活性導波路層13上に形成されたZnドープされたp型InPからなるp型クラッド層14と、を備える。
That is, the optical phase control element of the first embodiment includes a
また、p型クラッド層14の上面には、p型コンタクト層15が形成され、さらにこのp型コンタクト層15の上面には、p型電極16が設けられている。また、半導体基板11の下面にはn型電極17が設けられている。
A p-
さらに、第1の実施形態の光位相制御素子は一方の端面18aおよび他方の端面18bを備えている。
Furthermore, the optical phase control element of the first embodiment includes one
活性導波路層13は、図1(b)の部分拡大図に示すように、例えば4層の電子閉じ込め層131と4層のホール閉じ込め層132が1層ずつ交互に積層された構造を有する。電子閉じ込め層131およびホール閉じ込め層132はInPに格子整合している。
As shown in the partially enlarged view of FIG. 1B, the
ここで、電子閉じ込め層131はノンドープのGa0.067In0.933As0.144P0.856からなり、層厚は0.1μmである。ホール閉じ込め層132はノンドープのAl0.468Ga0.012In0.52Asからなり、層厚は0.1μmである。また、n型クラッド層12はSiドープされたn型InPからなり、p型クラッド層14はZnドープされたp型InPからなる。
Here, the electron confinement layer 131 is made of non-doped Ga 0.067 In 0.933 As 0.144 P 0.856 and has a layer thickness of 0.1 μm. The
図2は、本実施形態の光位相制御素子の活性導波路層13のバンド構造を模式的に示す図である。電子閉じ込め層131の伝導帯バンド端は、ホール閉じ込め層132のそれよりも低いエネルギー位置に存在している。一方、ホール閉じ込め層132のホールバンド端は、電子閉じ込め層131のそれよりもホールにとって低いエネルギー位置に存在している。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a band structure of the
このようなバンド構造はスタッガード(staggered)型バンド構造、あるいはタイプIIのバンド構造と呼ばれる。なお、電子閉じ込め層131またはホール閉じ込め層132のいずれもInPに格子整合しているため、重いホールバンドと軽いホールバンドは縮退している。また、活性導波路層13における電子およびホールに対するヘテロ障壁は、それぞれ約286meVおよび108meVである。
Such a band structure is called a staggered band structure or a type II band structure. Note that since both the electron confinement layer 131 and the
スタッガード型バンド構造からなる活性導波路層13にp型電極16およびn型電極17を介して直流電流(以下、位相制御電流と記す)が印加されると、図2に示したように、電子は電子閉じ込め層131に蓄積され、ホールはホール閉じ込め層132に蓄積される。このように、電子およびホールは活性導波路層13内で空間的に分離されるため、電子とホールの再結合が抑制される。
When a direct current (hereinafter referred to as a phase control current) is applied to the
このとき、活性導波路層13内で空間的に分離されて蓄積された電子およびホールによるプラズマ効果により、活性導波路層13の実効屈折率npが低下する。この実効屈折率npの低下量Δnp(<0)の絶対値は、位相制御電流を増加させることにより大きくなるが、本実施形態においては電子とホールの再結合が抑制されているため、従来よりも少ない電流で所望の位相変化をもたらす低下量Δnpを得ることができる。
At this time, the effective refractive index n p of the
このように構成された本実施形態の光位相制御素子の他方の端面18bに不図示の反射防止膜を形成し、一方の端面18aを介して、半導体レーザ等の図示しない半導体発光素子から出射された光が活性導波路層13に入射されると、活性導波路層13に入射された光の位相は、位相制御電流によって変化した活性導波路層13の実効屈折率npに応じて進められる。活性導波路層13において位相が進められた光は、反射防止膜が形成された他方の端面18bから出射される。
An antireflection film (not shown) is formed on the
以上説明したように、本実施形態の光位相制御素子は、活性導波路層内で電子とホールが空間的に分離されているため、再結合電流および再結合に起因する光学利得を抑制し、電力消費を低減することができる。 As described above, the optical phase control element of this embodiment suppresses the optical gain caused by recombination current and recombination because electrons and holes are spatially separated in the active waveguide layer. Power consumption can be reduced.
また、本実施形態の光位相制御素子の活性導波路層における電子およびホールに対するヘテロ障壁は、それぞれ約286meVおよび108meVと大きいため、電子またはホールのオーバーフローにより流れる電流も少なくすることができる。 In addition, since the hetero barriers for electrons and holes in the active waveguide layer of the optical phase control element of this embodiment are as large as about 286 meV and 108 meV, respectively, the current flowing due to the overflow of electrons or holes can be reduced.
(第2の実施形態)
本発明に係る光位相制御素子の第2の実施形態を図3に示す。図3は本実施形態の光位相制御素子の活性導波路層付近の部分拡大図である。第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a second embodiment of the optical phase control element according to the present invention. FIG. 3 is a partially enlarged view of the vicinity of the active waveguide layer of the optical phase control element of this embodiment. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.
即ち、本実施形態の光位相制御素子は、Siドープされたn型InPからなるn型クラッド層12とZnドープされたp型InPからなるp型クラッド層14との間に形成された活性導波路層23を備える。
That is, the optical phase control element of the present embodiment is an active conducting layer formed between the n-
活性導波路層23は、図3の部分拡大図に示すように、例えば4層の電子閉じ込め層231と4層のホール閉じ込め層232が1層ずつ交互に積層された構造を有する。いずれの層もInPに格子整合している。
As shown in the partially enlarged view of FIG. 3, the
ここで、電子閉じ込め層231およびホール閉じ込め層232の組成は第1の実施形態と同様であるが、ホール閉じ込め層232の層厚より電子閉じ込め層231の層厚が大きく、例えばホール閉じ込め層232が0.05μm、電子閉じ込め層231が0.15μmである。
Here, the composition of the
図4は、本実施形態の光位相制御素子の活性導波路層23のバンド構造を模式的に示す図である。第1の実施形態の光位相制御素子と同様に、活性導波路層23に位相制御電流が印加されると、電子は電子閉じ込め層231に蓄積され、ホールはホール閉じ込め層232に蓄積される。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a band structure of the
活性導波路層23内では電荷中性条件が成り立つので、ホール閉じ込め層232の層厚より電子閉じ込め層231の層厚が大きい本実施形態の光位相制御素子においては、電子閉じ込め層231の層厚とホール閉じ込め層232の層厚が等しい第1の実施形態と比較して、電子閉じ込め層231の電子密度が低下する。
Since the charge neutrality condition is satisfied in the
一般にホールに比べて有効質量が軽い電子は、ヘテロ障壁を越えて閉じ込め層から漏れ出す、いわゆるオーバーフローによる電流が流れやすい。しかし、電子密度が低いほどこのオーバーフロー電流は抑制されるため、本実施形態の光位相制御素子は第1の実施形態よりもさらに電力消費を低減することができる。 In general, electrons having a lighter effective mass than holes tend to cause a so-called overflow current that leaks from the confinement layer across the hetero barrier. However, since the overflow current is suppressed as the electron density is lower, the optical phase control element of this embodiment can further reduce the power consumption than the first embodiment.
なお、第1の実施形態における位相変化量と本実施形態の光位相制御素子における位相変化量は、電子閉じ込め層およびホール閉じ込め層の層厚とそれぞれの層におけるキャリア密度が反比例するため同一となる。即ち、光位相制御素子の動作においては電力消費が大幅に低減できる本実施形態の構造がさらに有利である。 The phase change amount in the first embodiment and the phase change amount in the optical phase control element of the present embodiment are the same because the thicknesses of the electron confinement layer and the hole confinement layer are inversely proportional to the carrier density in each layer. . That is, in the operation of the optical phase control element, the structure of this embodiment that can greatly reduce the power consumption is further advantageous.
(第3の実施形態)
本発明に係る半導体発光素子の実施形態を図5に示す。図5(a)は第3の実施形態の半導体発光素子の光の導波方向に沿った断面図、図5(b)は図5(a)の部分拡大図である。
(Third embodiment)
An embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention is shown in FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the light guiding direction of the semiconductor light emitting device of the third embodiment, and FIG. 5B is a partially enlarged view of FIG.
即ち、第3の実施形態の半導体発光素子は、光学利得を有する発光領域1と、発光領域1から出射された光の位相を変化させる位相制御領域2とが光の導波方向に直列に配置された構成を有している。
That is, in the semiconductor light emitting device of the third embodiment, the
また、第3の実施形態の半導体発光素子は、n型InPからなる半導体基板31と、半導体基板31上に形成されたn型InPからなるn型クラッド層32と、n型クラッド層32の上方に形成されたp型InPからなるp型クラッド層33と、p型クラッド層33上に形成されたp型コンタクト層34と、を備える。
In addition, the semiconductor light emitting device of the third embodiment includes a
発光領域1は、n型クラッド層32とp型クラッド層33の間に、GaInAsPからなる光分離閉じ込め(SCH)層35と、SCH層35上に形成され、多重量子井戸(MQW)構造を有し、光を放出するMQW層36と、MQW層36上に形成されたInGaAsPからなるSCH層37と、を含む。
The
一方、位相制御領域2は、第1または第2の実施形態の光位相制御素子に相当する領域であり、n型クラッド層32とp型コンタクト層34の間に、Siドープされたn型InPからなるn型クラッド層38と、入射された光の位相を変化させる活性導波路層39と、Znドープされたp型InPからなるp型クラッド層40と、を含む。
On the other hand, the
また、p型コンタクト層34の上面には、発光領域用p型電極41および位相制御領域用p型電極42がそれぞれ発光領域1および位相制御領域2に設けられている。また、半導体基板31の下面には発光領域1および位相制御領域2に共通のn型電極43が設けられている。
Further, on the upper surface of the p-
さらに、本実施形態の半導体発光素子は一方の端面44aおよび他方の端面44bを備え、他方の端面44bには反射防止膜45が設けられている。
Furthermore, the semiconductor light emitting device of this embodiment includes one
MQW層36は、図5(b)の部分拡大図に示すように、4層の井戸層361と3層の障壁層362が1層ずつ交互に積層されたMQW構造を有する。半導体基板31側から、井戸層361、障壁層362、井戸層361の順に層が積層されている。
As shown in the partially enlarged view of FIG. 5B, the
井戸層361はノンドープのGa0.2In0.8Asからなり、層厚は3nmである。一方、障壁層362はノンドープのGa0.282In0.718As0.612P0.388からなり、層厚は20nmである。ここで、例えば井戸層361は圧縮歪を有していてもよく、障壁層362は伸張歪を有していてもよい。
The
また、SCH層35およびSCH層37はノンドープのGa0.282In0.718As0.612P0.388からなり、バンドギャップ波長が1.3μmで層厚が40nmであり、InPに格子整合している。また、n型クラッド層32はSiドープされたn型InPからなり、p型クラッド層33はZnドープされたp型InPからなる。
The
活性導波路層39は、第1または第2の実施形態の光位相制御素子における活性導波路層と同様に、図示しない例えば4層の電子閉じ込め層と4層のホール閉じ込め層が1層ずつ交互に積層されたスタッガード型バンド構造を有する。電子閉じ込め層およびホール閉じ込め層はInPに格子整合している。
As in the active waveguide layer in the optical phase control element of the first or second embodiment, the
ここで、第2の実施形態の光位相制御素子と同様に、電子閉じ込め層はノンドープのGa0.067In0.933As0.144P0.856からなり、層厚は0.15μmである。ホール閉じ込め層はノンドープのAl0.468Ga0.012In0.52Asからなり、層厚は0.05μmである。また、活性導波路層39における電子およびホールに対するヘテロ障壁は、それぞれ約286meVおよび108meVである。
Here, like the optical phase control element of the second embodiment, the electron confinement layer is made of non-doped Ga 0.067 In 0.933 As 0.144 P 0.856 and has a layer thickness of 0.15 μm. The hole confinement layer is made of non-doped Al 0.468 Ga 0.012 In 0.52 As and has a layer thickness of 0.05 μm. Also, the heterobarriers against electrons and holes in the
このような本発明の素子構造について本出願人がシミュレーションを行った結果、発光領域1と位相制御領域2の間における光結合効率は約96%と大変高く、かつ位相制御領域2の活性導波路層39におけるTEモード光閉じ込め係数として約48%が得られ、位相制御効率が良好であることがわかった。
As a result of the simulation of the element structure of the present invention by the present applicant, the optical coupling efficiency between the light
なお、本実施形態の半導体発光素子は、発光領域1の少なくとも一部に回折格子を備えた態様、DBR領域を備えた態様(発光領域−位相制御領域−DBR領域)、さらに発光領域を備えた態様(発光領域−位相制御領域−発光領域)でもよい。また、以下に述べるように回転機構を有する回折格子や液晶フィルタ等の波長選択機構を備えた外部共振器型レーザ用の半導体レーザとして適用されてもよい。
In addition, the semiconductor light emitting element of this embodiment was provided with the aspect provided with the diffraction grating in at least one part of the light emission area |
図6は、本実施形態の半導体発光素子が適用された外部共振器型レーザの構成を示す上面図である。図6に示す外部共振器型レーザは、半導体発光素子3と、半導体発光素子3の他方の端面44bから出射された光を平行光とするためのレンズ4と、発振波長の選択を行うための回転可能な回折格子5と、を備える。
FIG. 6 is a top view showing a configuration of an external cavity laser to which the semiconductor light emitting device of this embodiment is applied. The external resonator type laser shown in FIG. 6 has a semiconductor
発振波長は、半導体発光素子3の一方の端面44a、位相制御領域2、発光領域1、および回折格子5により構成されるレーザ共振器の共振器長に基づいて[数1]により決定される縦モード波長のうちから回折格子5によって選択される。ここで、mは縦モードの次数、n1およびL1は位相制御領域2の実効屈折率および長さ、n2およびL2は発光領域1の実効屈折率および長さ、n3およびL3は大気の屈折率および半導体発光素子3の他方の端面44bから回折格子5までの長さである。
このとき、縦モードの間隔Δλは[数2]で与えられる。
発光領域用p型電極41を介して発光領域1に電流が印加されることにより、発光領域1のMQW層36から光が出射される。また、位相制御領域用p型電極42を介して位相制御領域2に位相制御電流が印加されることにより、活性導波路層39の実効屈折率n1がΔn1低下する。
By applying a current to the
したがって、発光領域1のMQW層36から出射され、位相制御領域2の活性導波路層39に入射された光の位相は、位相制御電流に応じて変化し、それに伴って縦モードの波長λおよび間隔Δλが変化する。このときの縦モード波長の変化量Δλ'は[数3]で与えられる。
したがって、縦モード波長の変化量Δλ'が縦モードの間隔Δλよりも大となるまで連続的に位相制御電流を変化させることにより、連続的に発振波長を変化させることができる。本実施形態においては位相制御領域2において電子とホールの再結合が抑制されているため、従来よりも少ない電流で発振波長を変化させることができる。
Therefore, the oscillation wavelength can be continuously changed by continuously changing the phase control current until the longitudinal mode wavelength variation Δλ ′ becomes larger than the longitudinal mode interval Δλ. In the present embodiment, since the recombination of electrons and holes is suppressed in the
以下、本実施形態の半導体発光素子の製造方法の一例を説明する。図7は、本実施形態の半導体発光素子の製造工程の一部を示す、光の導波方向に沿った断面図である。 Hereinafter, an example of the manufacturing method of the semiconductor light emitting device of this embodiment will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the light guiding direction, showing a part of the manufacturing process of the semiconductor light emitting device of this embodiment.
まず、有機金属気相成長(MOVPE)法を用いてn型InPからなる半導体基板31上に、n型InPからなるn型クラッド層32を形成する。次に、SCH層35としてバンドギャップ波長が1.3μmであり、InPに格子整合するGa0.282In0.718As0.612P0.388層(層厚:40nm/ノンドープ)を形成する。
First, an n-
次に、SCH層35上に、Ga0.2In0.8As(層厚:3nm/層数:4/ノンドープ)の井戸層361、および、Ga0.282In0.718As0.612P0.388(層厚:20nm/層数:3/ノンドープ)の障壁層362からなるMQW構造を有するMQW層36を形成する。
Next, on the
このようにして形成されたMQW層36の上に、SCH層37としてバンドギャップ波長が1.3μmであり、InPに格子整合するGa0.282In0.718As0.612P0.388層(層厚:40nm/ノンドープ)を形成する。
On the
次に、SCH層37の上に、p型InPからなるp型クラッド層33を形成し、さらにp型GaInAsPからなるp型コンタクト層34を形成し、発光領域1を有する多層構造基板を作製する(図7(1))。
Next, a p-
次に、上記の多層構造基板をウェットエッチング法などにより、n型クラッド層32の一部を含むようにエッチングを行い、このエッチングされた部分にSiドープされたn型InPからなるn型クラッド層38を積層する(図7(2))。
Next, the multilayer substrate is etched by wet etching or the like so as to include a part of the n-
このn型クラッド層38側から、図示しないGa0.067In0.933As0.144P0.856の電子閉じ込め層(層厚:0.1μm/ノンドープ)、Al0.468Ga0.012In0.52Asのホール閉じ込め層(層厚:0.1μm/ノンドープ)の順に、例えば4層ずつ繰り返して活性導波路層39を積層し、既に形成されている発光領域1のMQW層36とのバットジョイント接合を形成する。なお、この工程においては、発光領域1のMQW層36の積層中心と位相制御領域2の活性導波路層39の積層中心を一致させるように成長を行うことが重要である。
From the n-
次に、位相制御領域2の活性導波路層39上に、Znドープされたp型InPからなるp型クラッド層40を積層し、さらに再びp型GaInAsPのp型コンタクト層34を積層して、発光領域1および位相制御領域2を有するダブルヘテロ構造基板を形成する(図7(3))。
Next, a p-
引き続きダブルヘテロ構造基板に対して、MQW層36を有する発光領域1と活性導波路層39を有する位相制御領域2とが光の導波方向に直列に配置されるように、n型クラッド層32よりも深く半導体基板31の一部を含むようにメサエッチングを行う。
Subsequently, the n-
このようにして形成されたメサエッチング基板を図示しないp型InP、n型InPにより順次埋め込み成長を行う。この埋め込み成長後、n型InPの半導体基板31側にn型電極43およびp型GaInAsPのp型コンタクト層34側に発光領域用p型電極41および位相制御領域用p型電極42を形成し、本発明の半導体発光素子を完成する。
The mesa etching substrate formed in this way is sequentially buried and grown by p-type InP and n-type InP (not shown). After this burying growth, an n-
以上説明したように、本実施形態の半導体発光素子は、位相制御領域の活性導波路層内で電子とホールが空間的に分離されているため、再結合電流および再結合に起因する光学利得を抑制し、電力消費を低減することができる。 As described above, the semiconductor light emitting device of this embodiment has an optical gain due to recombination current and recombination because electrons and holes are spatially separated in the active waveguide layer of the phase control region. It can be suppressed and power consumption can be reduced.
また、本発明の第2の実施形態を用いた半導体発光素子は、位相制御領域の活性導波路層における電子およびホールに対するヘテロ障壁がそれぞれ約286meVおよび108meVと大きく、かつ、電子閉じ込め層の電子密度が低いため、オーバーフロー電流が抑制されることにより、さらに電力消費を低減することができる。 Further, in the semiconductor light emitting device using the second embodiment of the present invention, the heterobarrier to electrons and holes in the active waveguide layer in the phase control region is large as about 286 meV and 108 meV, respectively, and the electron density of the electron confinement layer Therefore, power consumption can be further reduced by suppressing the overflow current.
ここまで位相制御領域の活性導波路を形成する混晶材料として、AlGaInAs(ホール閉じ込め層)とGaInAsP(電子閉じ込め層)を組み合わせた構造に関して本発明の説明を行ってきた。しかし、本発明の骨子は活性導波路を構成する電子閉じ込め層とホール閉じ込め層がスタッガード型バンドラインナップとなっていればよいことから、位相制御領域の活性導波路として、例えばAl0.45Ga0.55As(ホール閉じ込め層)とAlAs(電子閉じ込め層)の組み合わせや、Al0.35Ga0.15In0.5P(ホール閉じ込め層)とAlInP(電子閉じ込め層)の組み合わせ、GaAsSb(ホール閉じ込め層)とGaInAs(電子閉じ込め層)の組み合わせなども本発明に適用可能である。 So far, the present invention has been described with respect to a structure in which AlGaInAs (hole confinement layer) and GaInAsP (electron confinement layer) are combined as a mixed crystal material for forming an active waveguide in the phase control region. However, since the electron confinement layer and the hole confinement layer constituting the active waveguide only need to be a staggered band lineup in the essence of the present invention, as an active waveguide in the phase control region, for example, Al 0.45 Ga 0.55 As (Hole confinement layer) and AlAs (electron confinement layer), Al 0.35 Ga 0.15 In 0.5 P (hole confinement layer) and AlInP (electron confinement layer), GaAsSb (hole confinement layer) and GaInAs (electron confinement layer) ) And the like are also applicable to the present invention.
1 発光領域
2 位相制御領域
13、23、39 活性導波路層
131、231 電子閉じ込め層
132、232 ホール閉じ込め層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記活性導波路層が、電子閉じ込め層とホール閉じ込め層とがスタッガード型バンド構造をなして交互に積層されてなることを特徴とする光位相制御素子。 An active waveguide layer that changes the phase of incident light is provided on a substrate,
An optical phase control element, wherein the active waveguide layer is formed by alternately stacking an electron confinement layer and a hole confinement layer in a staggered band structure.
前記位相制御領域が、電子閉じ込め層とホール閉じ込め層とがスタッガード型バンド構造をなして交互に積層されてなる活性導波路層を備えることを特徴とする半導体発光素子。 In a semiconductor light emitting device in which a light emitting region that emits light and a phase control region that changes a phase of light emitted by the light emitting region are arranged in series in a light guiding direction on a substrate,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the phase control region includes an active waveguide layer in which an electron confinement layer and a hole confinement layer are alternately stacked in a staggered band structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008281217A JP2010109237A (en) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Optical phase control element and semiconductor light-emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008281217A JP2010109237A (en) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Optical phase control element and semiconductor light-emitting element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010109237A true JP2010109237A (en) | 2010-05-13 |
Family
ID=42298365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008281217A Pending JP2010109237A (en) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Optical phase control element and semiconductor light-emitting element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010109237A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017130487A (en) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Millimeter wave and submillimeter wave generator using two-wavelength laser beam mixing |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05190960A (en) * | 1992-01-10 | 1993-07-30 | Nec Corp | Wavelength-changeable semiconductor laser |
JPH0715093A (en) * | 1993-06-25 | 1995-01-17 | Nec Corp | Optical semiconductor element |
JPH07131121A (en) * | 1993-10-27 | 1995-05-19 | Canon Inc | Variable wavelength optical device and optical communication system that uses it |
JPH07202327A (en) * | 1993-11-25 | 1995-08-04 | Toshiba Corp | Optical semiconductor element |
JPH07239460A (en) * | 1994-02-28 | 1995-09-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | Optical waveguide |
-
2008
- 2008-10-31 JP JP2008281217A patent/JP2010109237A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05190960A (en) * | 1992-01-10 | 1993-07-30 | Nec Corp | Wavelength-changeable semiconductor laser |
JPH0715093A (en) * | 1993-06-25 | 1995-01-17 | Nec Corp | Optical semiconductor element |
JPH07131121A (en) * | 1993-10-27 | 1995-05-19 | Canon Inc | Variable wavelength optical device and optical communication system that uses it |
JPH07202327A (en) * | 1993-11-25 | 1995-08-04 | Toshiba Corp | Optical semiconductor element |
JPH07239460A (en) * | 1994-02-28 | 1995-09-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | Optical waveguide |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017130487A (en) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Millimeter wave and submillimeter wave generator using two-wavelength laser beam mixing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4983790B2 (en) | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2001308451A (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP4571635B2 (en) | Super luminescent diode | |
US8687269B2 (en) | Opto-electronic device | |
JP2008047684A (en) | Semiconductor light-emitting element, manufacturing method thereof, and semiconductor light-emitting device | |
JP2007201040A (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP5182363B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
JP3863454B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP2010212664A (en) | Semiconductor laser, and method of manufacturing the same | |
JP2010021430A (en) | Semiconductor photonic element | |
JP2010109237A (en) | Optical phase control element and semiconductor light-emitting element | |
JP4117778B2 (en) | Semiconductor optical device | |
JP5163355B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP5310271B2 (en) | Semiconductor laser element | |
JP2011023493A (en) | Semiconductor laser | |
JP4983791B2 (en) | Optical semiconductor element | |
JP2006229008A (en) | Semiconductor laser element | |
JP2003304035A (en) | Semiconductor optical element | |
JPH1197790A (en) | Semiconductor laser | |
JP4718309B2 (en) | Optical semiconductor device | |
JP6240738B2 (en) | Semiconductor optical amplifier | |
JP5373585B2 (en) | Semiconductor laser and electroabsorption modulator integrated distributed feedback laser | |
JP2005243722A (en) | Semiconductor laser device | |
JP5534877B2 (en) | Optical semiconductor device | |
JP2013157645A (en) | Semiconductor laser and distributed feedback laser integrated with electroabsorption modulator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110831 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120919 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130108 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130507 |