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JP2002261389A - Optical communication system - Google Patents

Optical communication system

Info

Publication number
JP2002261389A
JP2002261389A JP2001053217A JP2001053217A JP2002261389A JP 2002261389 A JP2002261389 A JP 2002261389A JP 2001053217 A JP2001053217 A JP 2001053217A JP 2001053217 A JP2001053217 A JP 2001053217A JP 2002261389 A JP2002261389 A JP 2002261389A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
layer
light
semiconductor laser
communication system
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
Application number
JP2001053217A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Sakurai
彰 桜井
Masayoshi Kato
正良 加藤
Teruyuki Furuta
輝幸 古田
Kazuya Miyagaki
一也 宮垣
Yukie Suzuki
幸栄 鈴木
Takeshi Kanai
健 金井
Atsuyuki Watada
篤行 和多田
Shunichi Sato
俊一 佐藤
Satoru Sugawara
悟 菅原
Shuichi Hikiji
秀一 曳地
Takuro Sekiya
卓朗 関谷
Shinji Sato
新治 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2001053217A priority Critical patent/JP2002261389A/en
Publication of JP2002261389A publication Critical patent/JP2002261389A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical communication system in which a semiconductor laser can be controlled through a simple driving mechanism. SOLUTION: Since variation in the threshold current due to temperature variation is very small in a long wavelength band surface emission semiconductor laser on contrary to a prior art semiconductor laser, variation width of optical output including the temperature variation does not increase when the semiconductor laser is driven with a constant driving current and thereby a constant current supply can be controlled easily using simple circuitry. When upper and lower limits are set in the optical output and the current is controlled to a constant level x within the range of a current (a) determined by the upper limit optical output and an assumed lower limit temperature and a current (b) determined by the lower limit optical output and an assumed upper limit temperature, an output within the optical output range can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光通信などに用いら
れる半導体レーザならびにその光通信システムに関する
ものであり、中でも半導体レーザとして製作に使用する
半導体基板面に対して垂直方向に光を発するいわゆる面
発光レーザを用い複数のレーザ素子を形成して、大容量
の通信を可能にした光通信システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser used for optical communication and the like and an optical communication system therefor, and more particularly to a so-called surface which emits light in a direction perpendicular to the surface of a semiconductor substrate used for manufacturing the semiconductor laser. The present invention relates to an optical communication system in which a plurality of laser elements are formed using a light emitting laser to enable large-capacity communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】面発光半導体レーザは、基板の表面から
垂直方向にレーザ光を放射するので2次元並列集積が可
能であり、更に、その出力光の広がり角が比較的狭い
(10度前後)ので光ファイバとの結合が容易であるほ
か、素子の検査が容易であるという特徴を有している。
そのため、特に、並列伝送型の光送信モジュール(光イ
ンタコネクション装置)を構成するのに適した素子とし
て開発が盛んに行なわれている。光インタコネクション
装置の当面の応用対象は、コンピュータ等の筐体間やボ
ード間の並列接続のほか、短距離の光ファイバー通信で
あるが、将来の期待される応用として大規模なコンピュ
ータ・ネットワークや長距離大容量通信の幹線系があ
る。
2. Description of the Related Art A surface emitting semiconductor laser emits laser light in a vertical direction from the surface of a substrate, so that two-dimensional parallel integration is possible, and the spread angle of the output light is relatively narrow (about 10 degrees). Therefore, it is easy to couple with an optical fiber and easy to inspect the element.
Therefore, in particular, development as an element suitable for configuring an optical transmission module (optical interconnection device) of a parallel transmission type has been actively conducted. The immediate application of the optical interconnection device is parallel connection between housings of computers and the like and between boards, as well as short-distance optical fiber communication, but large-scale computer networks and long distances are expected applications in the future. There is a trunk system for distance and large-capacity communication.

【0003】一般に、面発光半導体レーザは、GaAs
又はGaInAs からなる活性層と、当該活性層を上下に
挟んで配置された上部の半導体分布ブラッグ反射鏡と基
板側の下部の半導体分布ブラッグ反射鏡からなる光共振
器をもって構成するのが普通であるが、端面発光型半導
体レーザの場合に比較して光共振器の長さが著しく短い
ため、反射鏡の反射率を極めて高い値(99%以上)に設
定することによってレーザ発振を起こし易くする必要が
ある。このため、通常は、AlAs からなる低屈折率材
料とGaAs からなる高屈折率材料を1/4波長の周期
で交互に積層することによって形成した半導体分布ブラ
ッグ反射鏡が使用されている。
Generally, a surface emitting semiconductor laser is made of GaAs.
Or, it is common to comprise an active layer made of GaInAs, and an optical resonator consisting of an upper semiconductor distributed Bragg reflector disposed above and below the active layer and a lower semiconductor distributed Bragg reflector on the substrate side. However, since the length of the optical resonator is significantly shorter than that of the edge emitting semiconductor laser, it is necessary to set the reflectivity of the reflecting mirror to an extremely high value (99% or more) so as to easily cause laser oscillation. There is. For this reason, a semiconductor distributed Bragg reflector formed by alternately laminating a low-refractive-index material made of AlAs and a high-refractive-index material made of GaAs with a period of 1/4 wavelength is usually used.

【0004】ところで上記のように、光通信に使用され
るようなレーザ波長が1.1μm以上の長波長帯レー
ザ、例えばレーザ波長が1.3μm帯や1.55μm帯
であるような長波長帯レーザは、製作基板にInPが用
いられ、活性層にInGaAsPが用いられるが、基板の
InPの格子定数が大きく、これに整合する反射鏡材料
では屈折率差が大きく取れず、従って積層数を40対以
上とする必要がある。
By the way, as described above, a long wavelength band laser having a laser wavelength of 1.1 μm or more used for optical communication, for example, a long wavelength band having a laser wavelength of 1.3 μm or 1.55 μm. In the laser, InP is used for the production substrate and InGaAsP is used for the active layer. However, the lattice constant of InP of the substrate is large, and a large difference in the refractive index cannot be obtained with a reflecting mirror material that matches the substrate. Must be more than pairs.

【0005】またInP基板上に形成される半導体レー
ザには、別の問題として、温度によって特性が大きく変
化する点がある。そのため、温度を一定にする装置を付
加して使用する必要があり、民生用等一般用に供するこ
とが困難であり、このような積層数と温度特性の問題か
ら、実用的な長波長帯面発光半導体は、未だ実用化され
るに至っていない。
Another problem with semiconductor lasers formed on InP substrates is that the characteristics change significantly with temperature. For this reason, it is necessary to add a device for keeping the temperature constant, and it is difficult to use the device for general purposes such as consumer use. Light emitting semiconductors have not yet been put to practical use.

【0006】このような問題を解決するためになされた
発明として、特開平9−237942号公報に開示され
たものが知られている。それによると、製作基板として
GaAs 基板を用い、基板側の下部上部のうち少なくと
も一方の半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率層に同基
板と格子整合が取れるAlInPからなる半導体層を用
い、さらに、下部上部のうち少なくとも一方の半導体分
布ブラッグ反射鏡の高屈折率層にGaInNAs からなる
半導体層を用い、従来よりも大きい屈折率差を得るよう
にし、少ない積層数で高反射率の半導体分布ブラッグ反
射鏡を実現しようというものである。
As an invention made to solve such a problem, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-237942 is known. According to this, a GaAs substrate is used as a production substrate, and a semiconductor layer made of AlInP that can be lattice-matched with the substrate is used as a low refractive index layer of at least one of the semiconductor distributed Bragg reflectors in the lower part on the substrate side. A semiconductor layer made of GaInNAs is used as a high refractive index layer of at least one of the lower and upper semiconductor distributed Bragg reflecting mirrors so that a larger refractive index difference is obtained than in the prior art. It is to realize a mirror.

【0007】また、GaInNAs を活性層の材料として
使用している。これは、N組成を増加させることによっ
てバンドギャップ(禁制帯幅)を1.4eVから0eV
へ向かって低下させることができるので、0.85μm
よりも長い波長を発光する材料として用いることが可能
となるからである。しかもGaAs 基板と格子整合が可
能なので、GaInNAs からなる半導体層は、1.3μ
m帯及び1.55μm帯の長波長帯面発光半導体レーザ
のための材料として好ましい点についても言及してい
る。
Further, GaInNAs is used as a material for the active layer. This is because the band gap (forbidden band width) is increased from 1.4 eV to 0 eV by increasing the N composition.
0.85 μm
This is because it can be used as a material that emits a longer wavelength. In addition, since lattice matching with the GaAs substrate is possible, the semiconductor layer made of GaInNAs is 1.3 μm.
Reference is also made to the fact that it is preferable as a material for long-wavelength surface emitting semiconductor lasers in the m-band and 1.55 μm band.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は
0.85μmよりも長い波長帯の面発光半導体レーザ実
現の可能性を示唆するにとどまっているだけであり、実
際にはそのようなものは実現していない。これは基本的
な構成は理論的にはほぼ決まってはいるものの実際に安
定したレーザ発光が得られるようにするためのより具体
的な構成がまだ不明だからである。
However, in the past, this has merely suggested the possibility of realizing a surface emitting semiconductor laser in a wavelength band longer than 0.85 μm, and such a device is actually realized. I haven't. This is because the basic configuration is almost theoretically determined, but a more specific configuration for realizing stable laser emission is still unknown.

【0009】一例を挙げると、上記のようにAlAs か
らなる低屈折率材料とGaAs からなる高屈折率材料を
1/4波長の周期で交互に積層することによって形成し
た半導体分布ブラッグ反射鏡を使用したものや、あるい
は特開平9−237942号公報に開示されたもののよ
うに、半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率層に同基板
と格子整合が取れるAlInPからなる半導体層を用いた
ものにおいては、レーザ素子が全く発光しなかったり、
あるいは、発光してもその発光効率が低く、実用レベル
には程遠いものであった。
As an example, a semiconductor distributed Bragg reflector formed by alternately laminating a low-refractive-index material made of AlAs and a high-refractive-index material made of GaAs at a period of 1/4 wavelength as described above is used. In the case of using a semiconductor layer made of AlInP capable of lattice-matching with the same substrate as the low-refractive index layer of the semiconductor distributed Bragg reflector, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 9-237942, The laser element does not emit light at all,
Alternatively, even if light is emitted, the light emission efficiency is low, which is far from a practical level.

【0010】これは、Alを含んだ材料が化学的に非常
に活性であり、Alに起因する結晶欠陥が生じ易いため
である。これを解決するためには、特開平8−3401
46号公報や特開平7−307525号公報に開示され
た発明のようにAlを含まないGaInNPとGaAsとか
ら半導体分布ブラッグ反射鏡を構成する提案がある。
This is because the material containing Al is chemically very active, and crystal defects caused by Al are likely to occur. To solve this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-34001
There is a proposal to form a semiconductor distributed Bragg reflector from GaInNP and GaAs that do not contain Al as in the inventions disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 46-46 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-307525.

【0011】しかしながらGaInNPとGaAs との屈
折率差はAlAsとGaAsとの屈折率差に比べて約半分で
あり、反射鏡の積層数を非常に多くなり製作が困難とな
る。すなわち現状では、コンピュータ・ネットワークな
どで光ファイバー通信が期待されているが、それに使用
できるレーザ波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯
面発光半導体レーザおよびそれを用いた通信システムが
存在せず、その出現が切望されている。
However, the refractive index difference between GaInNP and GaAs is about half of the refractive index difference between AlAs and GaAs, so that the number of stacked reflectors becomes very large, making fabrication difficult. That is, at present, optical fiber communication is expected in computer networks and the like. However, there is no long-wavelength band surface emitting semiconductor laser with a usable laser wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm and a communication system using the same. , Its emergence is longing.

【0012】本発明はこのような光通信などに用いられ
るレーザ発振波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯
面発光半導体レーザならびにその光通信システムに関す
るものであり、その第1の目的は、動作電圧、発振閾値
電流等を低くできる面発光型半導体レーザ素子チップを
発光光源として利用し、簡単な駆動機構で半導体レーザ
を制御することを可能とする光通信システムを提案する
ことにある。
The present invention relates to a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm used for such optical communication and the like, and an optical communication system therefor. Another object of the present invention is to propose an optical communication system that can control a semiconductor laser with a simple driving mechanism using a surface-emitting type semiconductor laser element chip capable of lowering an operating voltage, an oscillation threshold current and the like as a light emitting light source.

【0013】また第2の目的は、安定して使用できるレ
ーザ発振波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発
光半導体レーザ素子チップを発光光源として利用し、簡
単な駆動機構で半導体レーザを制御することを可能とす
る光通信システムを提案することにある。
A second object is to use a long-wavelength surface emitting semiconductor laser device chip having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, which can be used stably, as a light emitting light source, and to use a semiconductor laser with a simple driving mechanism. To provide an optical communication system capable of controlling the optical communication.

【0014】さらに第3の目的は、このような光通信シ
ステムにおいて、経年変化による半導体レーザのしきい
値電流の変動による影響を低減した光通信システムを提
案することにある。
It is a third object of the present invention to provide an optical communication system in which the influence of fluctuations in the threshold current of the semiconductor laser due to aging is reduced.

【0015】また第4の目的は、このような光通信シス
テムにおいて、簡単な機構で経年変化による半導体レー
ザのしきい値電流の変動による影響を低減した光通信シ
ステムを提案することにある。
A fourth object of the present invention is to provide an optical communication system in which the influence of a change in the threshold current of a semiconductor laser due to aging is reduced by a simple mechanism in such an optical communication system.

【0016】さらに第5の目的も、このような光通信シ
ステムにおいて、簡単な機構で経年変化による半導体レ
ーザのしきい値電流の変動による影響を低減した光通信
システムを提案することにある。
A fifth object of the present invention is to provide an optical communication system in which the influence of a change in the threshold current of a semiconductor laser due to aging is reduced by a simple mechanism in such an optical communication system.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために第1に、レーザチップと該レーザチップと接
続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは
発振波長が1.1μm〜1.7μmであり、光を発生す
る活性層を、主たる元素がGa、In、N、Asからな
る層、もしくはGa、In、Asよりなる層とし、レー
ザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられ
た反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レ
ーザ素子チップであって、前記反射鏡はそれを構成する
材料層の屈折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波
干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡である
とともに、前記屈折率が小の材料層はAlxGa1-xAs
(0<x≦1)とし、前記屈折率が大の材料層はAly
Ga1-yAs(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、
かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と
大の間の値をとる材料層AlzGa1-zAs(0≦y<z
<x≦1)を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チッ
プを発光光源とした光通信システムであって、定電流電
源を用い、光出力の上限と下限を設定し、想定する温度
上限と下限により光出力上限と温度下限により電流−光
出力特性から得られる電流aと光出力下限と温度上限に
より電流−光出力特性から得られる電流bの範囲内の電
流値で前記半導体レーザを制御するようにした。
According to the present invention, in order to achieve the above object, first, in a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1 μm. 0.7 μm, and the light-generating active layer is a layer whose main element is Ga, In, N, As or a layer consisting of Ga, In, As. What is claimed is: 1. A surface-emitting type semiconductor laser device chip having a resonator structure including a reflecting mirror provided at a lower portion, wherein the reflecting mirror periodically changes the refractive index of a material layer constituting the reflecting mirror to be small / large and is incident. A semiconductor distributed Bragg reflector for reflecting light by light wave interference, and the material layer having a small refractive index is made of Al x Ga 1 -x As.
(0 <x ≦ 1) and then, the material layer of the refractive index is large is Al y
A reflecting mirror having Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1),
And a material layer Al z Ga 1 -z As (0 ≦ y <z) in which the refractive index takes a value between small and large between the material layers with small and large refractive indexes.
An optical communication system using a surface-emitting type semiconductor laser device chip provided with <x ≦ 1) as an emission light source, wherein an upper limit and a lower limit of an optical output are set using a constant current power supply, and an upper limit and a lower limit of an assumed temperature. to control said semiconductor laser at a current value in the range of the current obtained from the optical output characteristic b - current a and a light output lower limit obtained from the optical output characteristic and temperature upper by a current - current by the light output upper and lower temperature limit by I made it.

【0018】また第2に、レーザチップと該レーザチッ
プと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチ
ップは発振波長が1.1μm〜1.7μmであり、光を
発生する活性層を、主たる元素がGa、In、N、As
からなる層、もしくはGa、In、Asよりなる層と
し、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に
設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型
半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡はそれを
構成する材料の屈折率が小/大と周期的に変化し入射光
を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡
であるとともに、前記屈折率が小の材料はAlxGa1-x
As(0<x≦1)とし、前記屈折率が大の材料はAl
yGa1-yAs(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、
前記活性層と前記反射鏡の間にGaInPもしくはGa
InPAsよりなる非発光再結合防止層を設けてなる面
発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信
システムであって、定電流電源を用い、光出力の上限と
下限を設定し、想定する温度上限と下限により光出力上
限と温度下限により電流−光出力特性から得られる電流
aと光出力下限と温度上限により電流−光出力特性から
得られる電流bの範囲内の電流値で前記半導体レーザを
制御するようにした。
Secondly, in a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, and the active layer for generating light includes a main element. Is Ga, In, N, As
Or a layer made of Ga, In, As, and a surface emitting semiconductor laser device chip having a resonator structure including reflectors provided above and below the active layer in order to obtain a laser beam. The reflector is a semiconductor distributed Bragg reflector in which the refractive index of the material constituting the reflector changes periodically as small / large and reflects incident light by light wave interference. Al x Ga 1-x
As (0 <x ≦ 1), the material having a large refractive index is Al
a reflecting mirror with y Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1),
GaInP or Ga between the active layer and the reflector.
The non-radiative recombination preventing layer formed by providing a surface-emitting type semiconductor laser device chip consisting InPAs a optical communication system and light emission source, using a constant current power supply, to set the upper and lower light output, assume Current obtained from current-light output characteristics by upper and lower temperature limits
The semiconductor laser is controlled by a current value within a range of a current b obtained from a current-light output characteristic based on a, a light output lower limit, and a temperature upper limit.

【0019】さらに第3に、上記第1、第2の光通信シ
ステムにおいて、通信経路中に光量の監視を行なう機構
を設け、光量から電流補正値に変換する手段を有し、前
期光量監視機構から得た光量から電流の補正値を求め、
設定電流の補正を行なった電流値で前記半導体レーザ制
御をするようにした。
Thirdly, in the first and second optical communication systems, a mechanism for monitoring the light amount is provided in the communication path, and means for converting the light amount to a current correction value is provided. From the amount of light obtained from
The semiconductor laser control is performed using the current value obtained by correcting the set current.

【0020】また第4に、上記第1、第2の光通信シス
テムにおいて受信側の受光素子の光量を監視する機構を
有し、またその光量から電流補正値に変換する手段を有
し、前期受光素子の光量監視機構から得た光量をデータ
として送信側の制御機構に伝送し、その光量から電流の
補正値を求め、設定電流の補正を行なった電流値で前記
半導体レーザ制御をするようにした。
Fourthly, in the first and second optical communication systems, there is provided a mechanism for monitoring the light quantity of the light receiving element on the receiving side, and means for converting the light quantity into a current correction value. The light amount obtained from the light amount monitoring mechanism of the light receiving element is transmitted as data to the control mechanism on the transmission side, a correction value of the current is obtained from the light amount, and the semiconductor laser control is performed with the current value obtained by correcting the set current. did.

【0021】さらに第5に、上記第3の光通信システム
において、前記通信経路の終端部は、受信側受光素子で
あり、前記光量監視機構は前記受光素子とし、該受光素
子の光量をデータとして送信側の制御機構に伝送し、そ
の光量から電流の補正値を求め、設定電流の補正を行な
った電流値で前記半導体レーザ制御をするようにした。
Fifth, in the third optical communication system, the end of the communication path is a receiving light receiving element, the light quantity monitoring mechanism is the light receiving element, and the light quantity of the light receiving element is data. The current is transmitted to a control mechanism on the transmission side, a correction value of the current is obtained from the light amount, and the semiconductor laser is controlled with the current value obtained by correcting the set current.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】最初に本発明の光通信システムに
適用される発光素子である伝送ロスの少ないレーザ発振
波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体
レーザの1例について図1を用いて説明する。前述のよ
うに、従来は本発明が適用しようとしているレーザ発振
波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体
レーザに関しては、その可能性の示唆があるのみで、実
現のための材料、ならびにより具体的、詳細な構成は不
明であった。本発明では、活性層としてGaInNAs等
の材料を使用し、さらに具体的な構成を明確にした。以
下にそれを詳述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an example of a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a small laser oscillation wavelength of 1.1 to 1.7 .mu.m, which is a light emitting element applied to the optical communication system of the present invention, having a small transmission loss. This will be described with reference to FIG. As described above, a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm to which the present invention is conventionally applied only suggests the possibility. The material, as well as the more specific and detailed composition, were unknown. In the present invention, a material such as GaInNAs is used for the active layer, and a more specific configuration is clarified. The details are described below.

【0023】本発明では、面方位(100)のn−Ga
As基板上に、それぞれの媒質内における発振波長λの
1/4倍の厚さ(λ/4の厚さ)でn−AlxGa1-x
s(x=1.0)(低屈折率層〜屈折率小の層)とn−
AlyGa1-yAs(y=0)(高屈折率層〜屈折率大の
層)を交互に35周期積層したn−半導体分布ブラッグ
反射鏡(AlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射鏡)を
形成し、その上にλ/4の厚さのn−GaxIn1-xy
As1-y(x=0.5、y=1)層を積層した。この例
ではn−GaxIn1-xyAs1-y(x=0.5、y=
1)層も下部反射鏡の一部であり低屈折率層(屈折率小
の層)となっている。
In the present invention, n-Ga having a plane orientation of (100) is used.
On the As substrate, n-Al x Ga 1 -x A with a thickness (thickness of λ / 4) of 発 振 of the oscillation wavelength λ in each medium.
s (x = 1.0) (low refractive index layer to low refractive index layer) and n−
An n-semiconductor distributed Bragg reflector (AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector) in which 35 cycles of Al y Ga 1-y As (y = 0) (high refractive index layer to high refractive index layer) are alternately stacked. And n-Ga x In 1-x P y having a thickness of λ / 4 is formed thereon.
As 1-y (x = 0.5, y = 1) layers were laminated. In this example n-Ga x In 1-x P y As 1-y (x = 0.5, y =
1) The layer is also a part of the lower reflecting mirror and is a low refractive index layer (a layer having a small refractive index).

【0024】そしてその上にアンドープ下部GaAsス
ペーサ層と、3層のGaxIn1-xAs量子井戸層である
活性層(量子井戸活性層)とGaAsバリア層(20n
m)からなる多重量子井戸活性層と、アンドープ上部G
aAsスペーサ層とが積層されて、媒質内における発振
波長λの1波長分の厚さ(λの厚さ)の共振器を形成し
ている。
An undoped lower GaAs spacer layer, an active layer (quantum well active layer), which is a three-layer Ga x In 1 -x As quantum well layer, and a GaAs barrier layer (20 n
m) and an undoped upper G layer
The aAs spacer layer is laminated to form a resonator having a thickness of one oscillation wavelength λ (thickness of λ) in the medium.

【0025】さらにその上に、C(炭素)ドープのp−
GaxIn1-xyAs1-y(x=0.5、y=1)層とZ
nドープp−AlxGa1-xAs(x=0)をそれぞれの
媒質内における発振波長λの1/4倍の厚さで交互に積
層した周期構造(1周期)を積層し、その上にCドープ
のp−AlxGa1-xAs(x=0.9)とZnドープp
−AlxGa1-xAs(x=0)をそれぞれの媒質内にお
ける発振波長λの1/4倍の厚さで交互に積層した周期
構造(25周期)とからなる半導体分布ブラッグ反射鏡
(Al0.9Ga0.1As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射鏡)
を形成している。この例ではp−GaxIn1-xyAs
1-y(x=0.5、y=1)層も上部反射鏡の一部であ
り、低屈折率層(屈折率小の層)となっている。
Further, on top of this, C (carbon) -doped p-
Ga x In 1-x Py As 1-y (x = 0.5, y = 1) layer and Z
A periodic structure (one cycle) in which n-doped p-Al x Ga 1-x As (x = 0) is alternately stacked with a thickness of 1 / times the oscillation wavelength λ in each medium is stacked. C-doped p-Al x Ga 1 -x As (x = 0.9) and Zn-doped p
A semiconductor distributed Bragg reflector (a periodic structure (25 periods) in which -Al x Ga 1 -x As (x = 0) is alternately stacked with a thickness of 1 / times the oscillation wavelength λ in each medium; Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector)
Is formed. In this example p-Ga x In 1-x P y As
The 1-y (x = 0.5, y = 1) layer is also a part of the upper reflecting mirror and is a low refractive index layer (a layer having a small refractive index).

【0026】なおここで、上部/下部反射鏡ともそれぞ
れ低屈折率層(屈折率小の層)/高屈折率層(屈折率大
の層)を交互に積層して形成するが、本発明ではこれら
の間に、屈折率が小と大の間の値をとる材料層Alz
1-zAs(0≦y<z<x≦1)を設けている。図2
は、低屈折率層(屈折率小の層)と高屈折率層(屈折率
大の層)の間に、屈折率が小と大の間の値をとる材料層
AlzGa1-zAs(0≦y<z<x≦1)を設けた半導
体分布ブラッグ反射鏡の一部を示したものである(図1
では図が複雑になるので図示することを省略してい
る)。
Here, both the upper and lower reflectors are formed by alternately laminating a low refractive index layer (a layer having a low refractive index) / a high refractive index layer (a layer having a high refractive index). Between these, the material layer Al z G whose refractive index takes a value between small and large
a 1-z As (0 ≦ y <z <x ≦ 1) is provided. FIG.
Is a material layer Al z Ga 1 -z As having a refractive index between small and large between a low refractive index layer (a layer with a small refractive index) and a high refractive index layer (a layer with a large refractive index). 1 shows a part of a semiconductor distributed Bragg reflector provided with (0 ≦ y <z <x ≦ 1) (FIG. 1)
Then, the illustration is omitted because the figure becomes complicated).

【0027】従来レーザ波長が0.85μm帯の半導体
レーザに関して、このような材料層を設けることも検討
はされているが、まだ検討段階であり、その材料、ある
いはその厚さなどまで詳細には検討されていない。また
本発明のようなレーザ発振波長が1.1μm〜1.7μ
mの長波長帯面発光半導体レーザに関しては全く検討さ
れていない。その理由はこの分野(レーザ発振波長が
1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体レー
ザ)が新しい分野であり、まだほとんど研究が進んでい
ないからである。本発明者はいち早くこの分野(レーザ
発振波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半
導体レーザおよびそれを用いた光通信)の有用性に気付
き、それを実現するために鋭意検討を行った。
Conventionally, it has been studied to provide such a material layer for a semiconductor laser having a laser wavelength of 0.85 μm band, but it is still in the stage of study, and the material and its thickness are not described in detail. Not considered. Further, the laser oscillation wavelength as in the present invention is 1.1 μm to 1.7 μm.
No consideration has been given to a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a wavelength of m. The reason for this is that this field (a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm) is a new field, and little research has yet been made. The present inventor has quickly noticed the usefulness of this field (a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm and optical communication using the same), and intensively studied for realizing it. went.

【0028】このような材料層は形成時にガス流量をコ
ントロールするなどして、そのAl組成を連続的もしく
は段階的に変えるようにしてその材料層の屈折率が連続
的もしくは段階的に変化するようにして形成する。より
具体的には、AlzGa1-zAs(0≦y<z<x≦1)
層のzの値を0から1.0まで変わるように、つまりG
aAs〜AlGaAs〜AlAsという具合にAlとG
aの比率が徐々に変わるようにして形成する。これは前
述のように層形成時にガス流量をコントロールすること
によって作成される。また、AlとGaの比率が前述の
ように連続的に変わるようにして形成しても良いし、段
階的にその比率が変わるようにしても同等の効果があ
る。
In such a material layer, the refractive index of the material layer is changed continuously or stepwise by controlling the gas flow rate at the time of formation, so that the Al composition is changed continuously or stepwise. And formed. More specifically, Al z Ga 1 -z As (0 ≦ y <z <x ≦ 1)
The value of z of the layer is changed from 0 to 1.0, that is, G
aAs to AlGaAs to AlAs, and Al and G
It is formed such that the ratio of a is gradually changed. This is created by controlling the gas flow during layer formation as described above. Further, it may be formed so that the ratio of Al and Ga changes continuously as described above, or the same effect can be obtained even if the ratio changes stepwise.

【0029】このような材料層を設ける理由は、半導体
分布ブラッグ反射鏡の持つ問題点の一つであるp−半導
体分布ブラッグ反射鏡の電気抵抗が高いという課題を解
決するためである。これは半導体分布ブラッグ反射鏡を
構成する2種類の半導体層の界面に生じるヘテロ障壁が
原因であるが、本発明のように低屈折率層と高屈折率層
の界面に一方の組成から他方の組成へ次第にAl組成が
変化するようにして、屈折率も変化させることによって
ヘテロ障壁の発生を抑制することが可能である。
The reason for providing such a material layer is to solve the problem that the electrical resistance of the p-semiconductor distributed Bragg reflector, which is one of the problems of the distributed Bragg reflector, is high. This is due to the hetero barrier generated at the interface between the two types of semiconductor layers constituting the semiconductor distributed Bragg reflector. However, as in the present invention, the interface between the low refractive index layer and the high refractive index layer is changed from one composition to the other. It is possible to suppress the generation of the hetero barrier by changing the Al composition gradually to the composition and changing the refractive index.

【0030】またこのような屈折率が小と大の間の値を
とる材料層AlzGa1-zAs(0≦y<z<x≦1)は
本発明のようなレーザ発振波長が1.1μm〜1.7μ
mの長波長帯面発光半導体レーザの場合、5nm〜50
nmの厚さとするのが良く、これより薄いと抵抗が大と
なり電流が流れにくく、素子が発熱したり、駆動エネル
ギーが高くなるという不具合がある。また厚いと抵抗が
小となり、素子の発熱や、駆動エネルギーの面で有利に
なるが、今度は反射率がとれないという不具合があり、
前述のように最適の範囲(5nm〜50nmの厚さ)を
選ぶ必要がある。
Further lasing wavelength, such as such a refractive index takes a value between the small and large material layer Al z Ga 1-z As ( 0 ≦ y <z <x ≦ 1) the invention is 1 .1 μm to 1.7 μ
5 nm to 50 nm in the case of a long-wavelength surface emitting semiconductor laser
It is preferable that the thickness is less than 10 nm. If the thickness is smaller than this, there is a problem that the resistance becomes large and the current hardly flows, and the element generates heat and the driving energy becomes high. In addition, when the thickness is large, the resistance becomes small, which is advantageous in terms of heat generation of the element and driving energy, but there is a problem that the reflectance cannot be obtained this time,
As described above, it is necessary to select an optimum range (thickness of 5 nm to 50 nm).

【0031】なお、前述のように従来のレーザ波長が
0.85μm帯の半導体レーザに関してこのような材料
層を設けることも検討されているが、本発明のようなレ
ーザ発振波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発
光半導体レーザの場合は、より効果的である。なぜな
ら、例えば同等の反射率(例えば99.5%以上)を得
るためには、0.85μm帯よりも1.1μm帯〜1.
7μm帯の場合、このような材料層を約2倍程度にする
ことができるので、半導体分布ブラッグ反射鏡の抵抗値
を低減させることができ、動作電圧、発振閾値電流等が
低くなり、レーザ素子の発熱防止ならびに安定発振、少
エネルギー駆動の面で有利となる。
As described above, it has been considered to provide such a material layer for a conventional semiconductor laser having a laser wavelength in the 0.85 μm band. In the case of a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a wavelength of 1.7 μm, it is more effective. This is because, for example, in order to obtain the same reflectance (for example, 99.5% or more), the band from 1.1 μm to 1.0 μm is more than 0.85 μm.
In the case of the 7 μm band, such a material layer can be approximately doubled, so that the resistance value of the semiconductor distributed Bragg reflector can be reduced, the operating voltage, the oscillation threshold current, and the like are reduced, and the laser device This is advantageous in terms of preventing heat generation, stable oscillation, and low energy driving.

【0032】つまり半導体分布ブラッグ反射鏡にこのよ
うな材料層を設けることは、本発明のようなレーザ発振
波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体
レーザの場合に特に効果的な工夫といえる。
That is, providing such a material layer on a semiconductor distributed Bragg reflector is particularly effective in the case of a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm as in the present invention. it can be said that Do not twist.

【0033】なお効果的な反射率を得るためのより詳細
な検討結果の一例を挙げると、例えば1.3μm帯面発
光型レーザ素子では、AlxGa1-xAs(x=1.0)
(低屈折率層〜屈折率小の層)とAlyGa1-yAs(y
=0)(高屈折率層〜屈折率大の層)を20周期積層し
た場合においては、半導体分布ブラッグ反射鏡の反射率
が99.7%以下となるAlzGa1-zAs(0≦y<z
<x≦1)層の厚さは30nmである。また、反射率が
99.5%以上となる波長帯域は53nmであり、反射
率を99.5%以上と設計した場合、±2%の膜厚制御
ができればよい。そこでこれと同等およびこれより薄
い、10nm、20nm、30nmのものを試作したと
ころ、反射率を実用上問題のない程度に保つことがで
き、半導体分布ブラッグ反射鏡の抵抗値を低減させるこ
とができた1.3μm帯面発光型レーザ素子を実現、レ
ーザ発振に成功した。なお試作したレーザ素子の他の構
成は後述のとおりである。
As an example of a more detailed examination result for obtaining an effective reflectance, for example, in a 1.3 μm band surface emitting laser device, Al x Ga 1 -x As (x = 1.0)
(Low refractive index layer to low refractive index layer) and Al y Ga 1-y As (y
= 0) (in the case of a high refractive index layer-refractive index large layer) 20 period stacking, the reflectance of the semiconductor distributed Bragg reflector is 99.7% or less Al z Ga 1-z As ( 0 ≦ y <z
<X ≦ 1) The thickness of the layer is 30 nm. The wavelength band in which the reflectance is 99.5% or more is 53 nm. When the reflectance is designed to be 99.5% or more, it is only necessary to control the film thickness by ± 2%. Therefore, when prototypes of 10 nm, 20 nm, and 30 nm which are equivalent to and thinner than this were prototyped, the reflectivity could be kept to a practically acceptable level, and the resistance value of the semiconductor distributed Bragg reflector could be reduced. A 1.3 μm band surface emitting laser device was realized, and laser oscillation was successful. Other configurations of the prototyped laser element are as described below.

【0034】なお多層膜反射鏡においては設計波長(膜
厚制御が完全にできたとして)を含んで反射率の高い帯
域がある。高反射率の帯域(反射率が狙いの波長に対し
て必要値以上である領域を含む)と呼ぶ。設計波長の反
射率が最も高く、波長が離れるにしたがってごくわずか
ずつ低下している領域である。これはある領域から急激
に低下する。そして狙いの波長に対して必要な反射率以
上となるように、本来、多層膜反射鏡の膜厚を原子層レ
ベルで完全に制御する必要がある。
In the multilayer reflector, there is a band having a high reflectance including the design wavelength (assuming that the film thickness can be completely controlled). It is referred to as a high-reflectance band (including a region where the reflectivity is equal to or more than a required value for a target wavelength). This is the region where the reflectance at the design wavelength is the highest and decreases very little as the wavelength increases. It drops off sharply from some area. Originally, it is necessary to completely control the film thickness of the multilayer mirror at the atomic layer level so that the reflectance is higher than the required reflectance for the target wavelength.

【0035】しかし実際には±1%程度の膜厚誤差は生
じるので狙いの波長と最も反射率の高い波長はずれてし
まう。例えば狙いの波長が1.3μmの場合、膜厚制御
が1%ずれたとき、最も反射率の高い波長は13nmず
れてしまう。よってこの高反射率の帯域(ここでは反射
率が狙いの波長に対して必要値以上である領域)は広い
方が望ましい。しかし中間層を厚くするとこの帯域が狭
くなる傾向にある。
However, a film thickness error of about ± 1% actually occurs, so that the target wavelength deviates from the wavelength having the highest reflectance. For example, when the target wavelength is 1.3 μm, when the film thickness control is shifted by 1%, the wavelength having the highest reflectance is shifted by 13 nm. Therefore, it is desirable that the band of the high reflectance (here, the region where the reflectance is equal to or more than a required value with respect to a target wavelength) is wide. However, thickening the intermediate layer tends to narrow this band.

【0036】このように本発明のようなレーザ発振波長
が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体レー
ザにおいて、このような半導体分布ブラッグ反射鏡の構
成を工夫、最適化することにより、反射率を高く維持し
たまま抵抗値を低減させることができるので、動作電
圧、発振閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱防止
ならびに安定発振、少エネルギー駆動が可能となる。
As described above, in the long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm as in the present invention, the configuration of such a semiconductor distributed Bragg reflector is devised and optimized. Since the resistance value can be reduced while maintaining a high reflectance, the operating voltage, the oscillation threshold current, and the like can be reduced, so that heat generation of the laser element, stable oscillation, and low-energy driving can be achieved.

【0037】再び図1に戻り、最上部の、p−Alx
1-xAs(x=0)層は、電極とコンタクトを取るた
めのコンタクト層(p−コンタクト層)としての役割も
持っている。ここで、量子井戸活性層のIn組成xは3
9%(Ga0.61In0.39As)とした。また量子井戸活性層の
厚さは7nmとした。なお量子井戸活性層は、GaAs
基板に対して約2.8%の圧縮歪を有していた。
Referring again to FIG. 1, the uppermost p-Al x G
The a 1-x As (x = 0) layer also has a role as a contact layer (p-contact layer) for making contact with the electrode. Here, the In composition x of the quantum well active layer is 3
9% (Ga0.61In0.39As). The thickness of the quantum well active layer was 7 nm. The quantum well active layer is made of GaAs.
It had a compression strain of about 2.8% with respect to the substrate.

【0038】またこの面発光型半導体レーザ全体の成長
方法はMOCVD法で行った。この場合、格子緩和は見
られなかった。半導体レーザの各層を構成する原料に
は、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMG(トリ
メチルガリウム)、TMI(トリメチルインジウム)、
AsH3(アルシン)、PH3(フォスフィン)を用い
た。また、キャリアガスにはH2を用いた。図1に示し
た素子の活性層(量子井戸活性層)のように歪が大きい
場合は、非平衡となる低温成長が好ましい。ここでは、
GaInAs層(量子井戸活性層)は550℃で成長さ
せている。
The entire surface emitting semiconductor laser was grown by MOCVD. In this case, no lattice relaxation was observed. The materials constituting each layer of the semiconductor laser include TMA (trimethylaluminum), TMG (trimethylgallium), TMI (trimethylindium),
AsH 3 (arsine) and PH 3 (phosphine) were used. H 2 was used as a carrier gas. In the case where the strain is large as in the active layer (quantum well active layer) of the device shown in FIG. here,
The GaInAs layer (quantum well active layer) is grown at 550 ° C.

【0039】ここで使用したMOCVD法は過飽和度が
高く高歪活性層の結晶成長に適している。またMBE法
のような高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供
給時間を制御すれば良いので量産性にも優れている。
The MOCVD method used here has a high degree of supersaturation and is suitable for crystal growth of a high strain active layer. In addition, high vacuum is not required as in the MBE method, and the supply flow rate and supply time of the source gas may be controlled.

【0040】またこの例では、電流経路外の部分をプロ
トン(H+)照射によって絶縁層(高抵抗部)を作っ
て、電流狭さく部を形成した。そしてこの例では、上部
反射鏡の最上部の層であり上部反射鏡一部となっている
p−コンタクト層上に光出射部を除いてp側電極を形成
し、基板の裏面にn側電極を形成した。この例では、上
下反射鏡に挟まれた、キャリアが注入され再結合する活
性領域(本実施例では上部及び下部スペーサ層と多重量
子井戸活性層とからなる共振器)において、活性領域内
にはAlを含んだ材料(III族に占める割合が1%以
上)を用いず、さらに、下部及び上部反射鏡の低屈折率
層の最も活性層に近い層をGaxIn1-xyAs1-y(0
<x<1、0<y≦1)の非発光再結合防止層としてい
る。
In this example, a portion outside the current path was irradiated with protons (H + ) to form an insulating layer (high-resistance portion) to form a current narrowing portion. In this example, a p-side electrode is formed on the p-contact layer which is the uppermost layer of the upper reflector and is a part of the upper reflector, excluding the light emitting portion, and an n-side electrode is formed on the back surface of the substrate. Was formed. In this example, the active region (in this embodiment, a resonator composed of the upper and lower spacer layers and the multiple quantum well active layer) sandwiched between the upper and lower reflectors and into which carriers are injected and recombined, has an active region. material containing al (percentage of group III 1% or more) without using a further layer closest to the active layer of the low refractive index layer of the lower and upper reflector Ga x in 1-x P y As 1 -y (0
<X <1, 0 <y ≦ 1).

【0041】キャリアは、活性層に最も近くワイドギャ
ップである上部及び下部反射鏡の低屈折率層間に閉じ込
められるので、活性領域のみをAlを含まない層(II
I族に占める割合が1%以下)で構成しても活性領域に
接する反射鏡の低屈折率層(ワイドギャップ層)にAl
を含んだ構造としたのでは、キャリアが注入され再結合
する時、この界面で非発光再結合が生じ発光効率は低下
してしまう。よって活性領域はAlを含まない層で構成
することが望ましい。
Since the carriers are confined between the low-refractive index layers of the upper and lower reflectors, which are the wide gap closest to the active layer, only the active region contains an Al-free layer (II).
Even if it is composed of 1% or less in the group I), the low refractive index layer (wide gap layer) of the reflecting mirror in contact with the active region is made of Al.
The that of the is structure containing, when the carrier is recombined are injected, luminous efficiency occurs non-radiative recombination at the interface is lowered. Therefore, it is desirable that the active region be formed of a layer containing no Al.

【0042】またこのGaxIn1-xyAs1-y(0<x
<1、0<y≦1)層よりなる非発光再結合防止層は、
その格子定数がGaAs基板よりも小さく、引張り歪を
有している。エピタキシャル成長では下地の情報を反映
して成長するので基板表面に欠陥があると成長層へ這い
上がっていく。しかし歪層があるとそのような欠陥の這
い上がりが抑えられ効果があることが知られている。
The Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x
The non-radiative recombination preventing layer composed of <1, 0 <y ≦ 1)
Its lattice constant is smaller than that of a GaAs substrate and has tensile strain. In the epitaxial growth, the growth is performed by reflecting the information of the base, and if there is a defect on the surface of the substrate, it goes up to the growth layer. However, it is known that the presence of a strained layer is effective in preventing such defects from climbing.

【0043】上記欠陥が活性層に達すると発光効率を低
減させてしまう。また、歪を有する活性層では臨界膜厚
が低減し必要な厚さの層を成長できないなどの問題が生
じる。特に活性層の圧縮歪量が例えば2%以上と大きい
場合や、歪層の厚さ臨界膜厚より厚く成長する場合、低
温成長などの非平衡成長を行っても欠陥の存在で成長で
きないなど、特に問題となる。歪層があるとそのような
欠陥の這い上がりが抑えられるので、発光効率を改善し
たり、活性層の圧縮歪量が例えば2%以上の層を成長で
きたり、歪層の厚さを臨界膜厚より厚く成長することが
可能となる。
When the defect reaches the active layer, the luminous efficiency is reduced. In the case of an active layer having a strain, there arises a problem that the critical thickness is reduced and a layer having a required thickness cannot be grown. In particular, when the amount of compressive strain of the active layer is large, for example, 2% or more, or when the thickness of the strained layer is larger than the critical thickness, even if non-equilibrium growth such as low-temperature growth is performed, growth cannot be performed due to the presence of defects. This is particularly problematic. If a strained layer is present, such a defect can be prevented from climbing up, so that the luminous efficiency can be improved, a layer having a compressive strain of 2% or more of the active layer can be grown, or the thickness of the strained layer can be reduced to a critical film. It becomes possible to grow thicker than thick.

【0044】このGaxIn1-xyAs1-y(0<x<
1、0<y≦1)層は活性領域に接しており活性領域に
キャリアを閉じ込める役割も持っているが、GaxIn
1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)層は格子定
数が小さくなるほどバンドギャップエネルギーを大きく
取り得る。例えばGaxIn1-xP(y=1の場合)の場
合、xが大きくなりGaPに近づくと格子定数が大きく
なり、バンドギャップは大きくなる。
This Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <
1,0 <y ≦ 1) layer also has the role of carrier confinement in which the active region in contact with the active region but, Ga x an In
The 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1) layer can have a larger band gap energy as the lattice constant decreases. For example, in the case of Ga x In 1-x P (when y = 1), as x increases and approaches x GaP, the lattice constant increases and the band gap increases.

【0045】バンドギャップEgは、直接遷移でEg
(Γ)=1.351+0.643x+0.786x2、間接遷移でEg
(X)=2.24+0.02xと与えられている。よって活性領
域とGa xIn1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦
1)層のヘテロ障壁は大きくなるのでキャリア閉じ込め
が良好となり、しきい値電流低減、温度特性改善などの
効果がある。
The band gap Eg is determined by the direct transition.
(Γ) = 1.351 + 0.643x + 0.786xTwo, Eg with indirect transition
(X) = 2.24 + 0.02x. Therefore active territory
Area and Ga xIn1-xPyAs1-y(0 <x <1, 0 <y ≦
1) Carrier confinement because the hetero barrier of the layer becomes large
Becomes better and the threshold current reduction, temperature characteristic improvement, etc.
effective.

【0046】さらにこのGaxIn1-xyAs1-y(0<
x<1、0<y≦1)層よりなる非発光再結合防止層
は、その格子定数がGaAs基板よりも大きく、圧縮歪
を有しており、かつ前記活性層の格子定数が前記Gax
In1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)層より
も大きく圧縮歪を有している。
Further, the Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <
x <1, 0 <y ≦ 1) The non-radiative recombination preventing layer has a larger lattice constant than the GaAs substrate, has a compressive strain, and has a lattice constant of the active layer of Ga x.
It has a larger compressive strain than the In 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1) layer.

【0047】またこのGaxIn1-xyAs1-y(0<x
<1、0<y≦1)層の歪の方向が活性層と同じ方向な
ので、活性層が感じる実質的な圧縮歪量を低減する方向
に働く。歪が大きいほど外的要因の影響を受けやすいの
で、活性層の圧縮歪量が例えば2%以上と大きい場合
や、臨界膜厚を超えた場合に特に有効である。
The Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x
<1, 0 <y ≦ 1) Since the direction of strain of the layer is the same as that of the active layer, it acts in the direction of reducing the substantial amount of compressive strain felt by the active layer. The larger the strain is, the more easily affected by external factors. Therefore, it is particularly effective when the amount of compressive strain of the active layer is as large as 2% or more, or when it exceeds the critical film thickness.

【0048】例えば発振波長が1.3μm帯の面発光型
レーザはGaAs基板上に形成するのが好ましく、共振
器には半導体多層膜反射鏡を用いる場合が多く、トータ
ル厚さが5〜8μmで50〜80層の半導体層を活性層
成長前に成長する必要がある。(一方、端面発光型レー
ザの場合、活性層成長前のトータル厚さは2μm程度で
3層程度の半導体層を成長するだけで良い。)
[0048] For example surface emitting laser with an oscillation wavelength of 1.3μm band is preferably formed on a GaAs substrate, the often used semiconductor multilayer reflector cavity, a total thickness of at 5~8μm It is necessary to grow 50 to 80 semiconductor layers before growing the active layer. (On the other hand, in the case of the edge emitting laser, the total thickness before growing the active layer is about 2 μm, and it is only necessary to grow about three semiconductor layers.)

【0049】この場合、高品質のGaAs基板を用いて
もさまざまな原因(一度発生した欠陥は基本的には結晶
成長方向に這い上がるし、ヘテロ界面での欠陥発生など
がある)でGaAs基板表面の欠陥密度に比べて活性層
成長直前の表面の欠陥密度はどうしても増えてしまう。
活性層成長以前に、歪層の挿入や、活性層が感じる実質
的な圧縮歪量が低減すると、活性層成長直前の表面にあ
る欠陥の影響を低減できるようになる。
In this case, even if a high-quality GaAs substrate is used, the surface of the GaAs substrate may have various causes (defects once generated basically crawl in the crystal growth direction and defects are generated at the hetero interface). The defect density on the surface immediately before the growth of the active layer is inevitably higher than the defect density of the active layer.
If the insertion of a strained layer or the substantial amount of compressive strain felt by the active layer is reduced before the growth of the active layer, the influence of defects on the surface immediately before the growth of the active layer can be reduced.

【0050】この例では、活性領域内及び反射鏡と活性
領域との界面にAlを含まない構成としたので、キャリ
ア注入時にAlに起因していた結晶欠陥が原因となる非
発光再結合がなくなり、非発光再結合が低減した。
In this example, since Al is not contained in the active region and at the interface between the reflector and the active region, non-radiative recombination caused by crystal defects caused by Al during carrier injection is eliminated. And non-radiative recombination was reduced.

【0051】前述のように、反射鏡と活性領域との界面
にAlを含まない構成とする、すなわち非発光再結合防
止層を設けることを、上下反射鏡ともに適用することが
好ましいが、一方の反射鏡に適用するだけでも効果があ
る。またこの例では、上下反射鏡とも半導体分布ブラッ
グ反射鏡としたが、一方の反射鏡を半導体分布ブラッグ
反射鏡とし、他方の反射鏡を誘電体反射鏡としても良
い。また前述の例では、反射鏡低屈折率層の最も活性層
に近い層のみをGaxIn1-xyAs1-y(0<x<1、
0<y≦1)の非発光再結合防止層としているが、複数
層のGaxIn1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦
1)を非発光再結合防止層としても良い。
As described above, it is preferable to apply a structure in which Al is not contained at the interface between the reflector and the active region, that is, to provide a non-radiative recombination preventing layer for both the upper and lower reflectors. It is effective even when applied to a reflector. In this example, both the upper and lower reflecting mirrors are semiconductor distributed Bragg reflecting mirrors, but one reflecting mirror may be a semiconductor distributed Bragg reflecting mirror and the other reflecting mirror may be a dielectric reflecting mirror. In the above-described example, only the layer closest to the active layer in the low-refractive index layer of the reflector is Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <1,
Although a non-radiative recombination prevention layer of 0 <y ≦ 1) is used, a plurality of layers of Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦
1) may be a non-radiative recombination preventing layer.

【0052】さらにこの例では、GaAs基板と活性層
との間の下部反射鏡にこの考えを適用し、活性層の成長
時に問題となる、Alに起因する結晶欠陥の活性層への
這い上がりによる悪影響が押さえられ、活性層を高品質
に結晶成長することができる。これらにより、発光効率
は高く、信頼性は実用上十分な面発光型半導体レーザが
得られた。また、半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率
層のすべてではなく、少なくとも活性領域に最も近い部
分をAlを含まないGaxIn1-xyAs1-y(0<x<
1、0<y≦1)層としただけなので、反射鏡の積層数
を特に増加させることなく、上記効果を得ることができ
ている。
Further, in this example, this idea is applied to the lower reflector between the GaAs substrate and the active layer, and a crystal defect caused by Al, which is a problem during the growth of the active layer, rises into the active layer. The adverse effect is suppressed, and the active layer can be crystal-grown with high quality. As a result, a surface-emitting type semiconductor laser having high luminous efficiency and sufficient reliability for practical use was obtained. In addition, not all of the low refractive index layers of the semiconductor distributed Bragg reflector but at least a portion closest to the active region is Ga x In 1 -x Py As 1 -y (0 <x <
Since only 1, 0 <y ≦ 1) layers, the above-described effect can be obtained without particularly increasing the number of stacked reflectors.

【0053】このようにして製作した面発光型半導体レ
ーザの発振波長は約1.2μmであった。GaAs基板
上のGaInAsは、In組成の増加で長波長化するが
歪み量の増加をともない、従来1.1μmまでが長波長
化の限界と考えられていた(文献「IEEE Phot
onics.Technol.Lett.Vol.9
(1997)pp.1319−1321」参照)。
The oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser manufactured as described above was about 1.2 μm. GaInAs on a GaAs substrate has a longer wavelength due to an increase in the In composition, but with an increase in the amount of strain. Conventionally, up to 1.1 μm has been considered to be the limit of a longer wavelength (see the document “IEEE Photo”).
onics. Technol. Lett. Vol. 9
(1997) p. 1319-1321 ").

【0054】しかしながら今回発明者が製作したよう
に、600℃以下の低温成長などの非平衡度の高い成長
法により高歪のGaInAs量子井戸活性層を従来より
厚くコヒーレント成長することが可能となり、波長は
1.2μmまで到達できた。なおこの波長はSi半導体
基板に対して透明である。従ってSi基板上に電子素子
と光素子を集積した回路チップにおいてSi基板を通し
た光伝送が可能となる。
However, as produced by the present inventors, a high strain GaInAs quantum well active layer can be coherently grown thicker than before by a method of high non-equilibrium growth such as low temperature growth at 600 ° C. or lower. Reached 1.2 μm. This wavelength is transparent to the Si semiconductor substrate. Therefore, light transmission through the Si substrate becomes possible in a circuit chip in which an electronic element and an optical element are integrated on the Si substrate.

【0055】以上の説明より明らかなようにIn組成が
大きい高圧縮歪のGaInAsを活性層に用いることに
より、GaAs基板上に長波長帯の面発光型半導体レー
ザを形成できることがわかった。なお前述のように、こ
のような面発光型半導体レーザは、MOCVD法で成長
させることができるが、MBE法等の他の成長方法を用
いることもできる。また活性層の積層構造として、3重
量子井戸構造(TQW)の例を示したが、他の井戸数の
量子井戸を用いた構造(SQW、MQW)等を用いるこ
ともできる。
As is clear from the above description, it was found that a surface emitting semiconductor laser in a long wavelength band can be formed on a GaAs substrate by using GaInAs having a large In composition and a high compression strain as the active layer. As described above, such a surface emitting semiconductor laser can be grown by MOCVD, but other growth methods such as MBE can also be used. Although the triple quantum well structure (TQW) has been described as an example of the stacked structure of the active layer, a structure (SQW, MQW) using a quantum well of another number of wells may be used.

【0056】レーザの構造も他の構造にしてもかまわな
い。また共振器長はλの厚さとしたがλ/2の整数倍と
することができる。望ましくはλの整数倍である。また
半導体基板としてGaAsを用いた例を示したが、In
Pなどの他の半導体基板を用いた場合でも上記の考え方
を適用できる。反射鏡の周期は他の周期でも良い。
The structure of the laser may be another structure. Although the length of the resonator is set to the thickness of λ, it can be set to an integral multiple of λ / 2. Desirably, it is an integral multiple of λ. Also, an example in which GaAs is used as the semiconductor substrate has been described.
The above concept can be applied even when another semiconductor substrate such as P is used. The period of the reflecting mirror may be another period.

【0057】なおこの例では活性層として、主たる元素
がGa、In、Asよりなる層、すなわちGaxIn1-x
As(GaInAs活性層)の例を示したが、より長波
長のレーザ発振を行うためには、Nを添加し主たる元素
がGa、In、N、Asからなる層(GaInNAs活
性層)とすればよい。
In this example, as the active layer, a layer whose main element is Ga, In, or As, that is, Ga x In 1 -x
Although an example of As (GaInAs active layer) has been described, in order to perform laser oscillation of a longer wavelength, a layer (GaInNAs active layer) in which N is added and the main element is Ga, In, N, and As is used. Good.

【0058】実際にGaInNAs活性層の組成を変え
ることにより、1.3μm帯、1.55μm帯のそれぞ
れにおいて、レーザ発振を行うことが可能であった。組
成を検討することにより、さらに長波長の例えば1.7
μm帯の面発光レーザも可能となる。
[0058] Indeed, by changing the composition of the GaInNAs active layer, 1.3 .mu.m band, in each of 1.55μm band, it was possible to perform laser oscillation. By studying the composition, a longer wavelength, for example, 1.7
A surface emitting laser in the μm band is also possible.

【0059】また、活性層にGaAsSbを用いてもG
aAs基板上に1.3μm帯面発光レーザを実現でき
る。このように波長1.1μm〜1.7μmの半導体レ
ーザは従来適した材料がなかったが、活性層に高歪のG
aInAs、GaInNAs、GaAsSbを用い、か
つ、非発光再結合防止層を設けることにより、従来安定
発振が困難であった波長1.1μm〜1.7μm帯の長
波長領域において、高性能な面発光レーザを実現できる
ようになった。
[0059] Also, by using the GaAsSb in the active layer G
A 1.3 μm band surface emitting laser can be realized on an aAs substrate. As described above, a semiconductor laser having a wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm has not conventionally been available with a suitable material.
By using aInAs, GaInNAs, and GaAsSb, and providing a non-radiative recombination preventing layer, a high-performance surface emitting laser in a long wavelength region of the 1.1 μm to 1.7 μm band where stable oscillation has been difficult in the past. Can be realized.

【0060】次に本発明の光送受信システムに適用され
る発光素子である長波長帯面発光型半導体レーザの他の
構成について、図3を用いて説明する。この場合も図1
の場合と同様に面方位(100)のn−GaAs基板を
使用している。それぞれの媒質内における発振波長λの
1/4倍の厚さ(λ/4の厚さ)でn−AlxGa1-x
s(x=0.9)とn−AlxGa1-xAs(x=0)を
交互に35周期積層したn−半導体分布ブラッグ反射鏡
(Al0.9Ga0.1As/GaAs下部反射鏡)を形成し、その上に
λ/4の厚さのn−GaxIn1-xyAs1-y(x=0.
5、y=1)層を積層した。この例ではn−GaxIn
1-xyAs1-y(x=0.5、y=1)層も下部反射鏡
の一部であり低屈折率層となっている。
Next, another configuration of a long wavelength band surface emitting semiconductor laser which is a light emitting element applied to the optical transmitting / receiving system of the present invention will be described with reference to FIG. Also in this case, FIG.
As in the case of (1), an n-GaAs substrate having a plane orientation of (100) is used. N-Al x Ga 1 -x A in a thickness of 1 / of the oscillation wavelength λ (thickness of λ / 4) in each medium.
An n-semiconductor distributed Bragg reflector (Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs lower reflector) in which s (x = 0.9) and n-Al x Ga 1-x As (x = 0) are alternately stacked for 35 periods. formed, n-Ga x in 1- x P thickness on the lambda / 4 Part y As 1-y (x = 0.
5, y = 1) layers were laminated. In this example, n-Ga x In
The 1-x Py As 1-y (x = 0.5, y = 1) layer is also a part of the lower reflector and is a low refractive index layer.

【0061】そしてその上に、アンドープ下部GaAs
スペーサ層と、3層のGaxIn1-xyAs1-y量子井戸
層である活性層(量子井戸活性層)とGaAsバリア層
(15nm)から構成される多重量子井戸活性層(この
例では3重量子井戸(TQW))と、アンドープ上部Ga
Asスペーサ層とが積層されて、媒質内における発振波
長の1波長分の厚さ(λの厚さ)の共振器を形成してい
る。
On top of that, undoped lower GaAs
A multi-quantum well active layer (a quantum well active layer) composed of a spacer layer, an active layer (quantum well active layer) which is a three-layer Ga x In 1-x N y As 1-y quantum well layer, and a GaAs barrier layer (15 nm). In the example, triple quantum well (TQW)) and undoped upper Ga
An As spacer layer is laminated to form a resonator having a thickness (λ thickness) of one oscillation wavelength in the medium.

【0062】さらにその上に、p−半導体分布ブラッグ
反射鏡(上部反射鏡)が形成されている。上部反射鏡
は、被選択酸化層となるAlAs層を、GaInP層と
AlGaAs層で挟んだ3λ/4の厚さの低屈折率層
(厚さが(λ/4−15nm)のCドープp−Gax
1-xyAs1-y(x=0.5、y=1)層、Cドープ
p−Al zGa1-zAs(z=1)被選択酸化層(厚さ3
0nm)、厚さが(2λ/4−15nm)のCドープp
−AlxGa1-xAs層(x=0.9))と、厚さがλ/
4のGaAs層(1周期)と、Cドープのp−Alx
1-xAs層(x=0.9)とp−AlxGa1-xAs
(x=0)層をそれぞれの媒質内における発振波長の1
/4倍の厚さで交互に積層した周期構造(22周期)と
から構成されている半導体分布ブラッグ反射鏡(Al0.9G
a0.1As/GaAs上部反射鏡)である。
Further, a p-semiconductor distributed Bragg
A reflecting mirror (upper reflecting mirror) is formed. Top reflector
Is a method in which an AlAs layer to be a selectively oxidized layer is formed as a GaInP layer.
Low refractive index layer having a thickness of 3λ / 4 sandwiched between AlGaAs layers
(C-doped p-Ga having a thickness of (λ / 4-15 nm)xI
n1-xPyAs1-y(X = 0.5, y = 1) layer, C-doped
p-Al zGa1-zAs (z = 1) selective oxidation layer (thickness 3
0 nm) and a C-doped p having a thickness of (2λ / 4-15 nm)
-AlxGa1-xAs layer (x = 0.9)) and the thickness is λ /
4 GaAs layer (one period) and C-doped p-AlxG
a1-xAs layer (x = 0.9) and p-AlxGa1-xAs
The (x = 0) layer has an oscillation wavelength of 1 in each medium.
With a periodic structure (22 periods) alternately stacked with a thickness of / 4 times
Consisting of a semiconductor distributed Bragg reflector (Al0.9G
a0.1As / GaAs upper reflector).

【0063】なおこの例においても、図3では複雑にな
るので図示することは省略しているが、半導体分布ブラ
ッグ反射鏡の構造は、図2に示したような低屈折率層
(屈折率小の層)と高屈折率層(屈折率大の層)の間
に、屈折率が小と大の間の値をとる材料層AlzGa1-z
As(0≦y<z<x≦1)を設けたものである。
[0063] Note that also in this embodiment, it is omitted for illustration since complicated in Figure 3, the structure of a semiconductor distributed Bragg reflector, the low refractive index layer as shown in FIG. 2 (refractive index Small Layer) and a high refractive index layer (high refractive index layer), a material layer Al z Ga 1-z having a refractive index between low and high
As (0 ≦ y <z <x ≦ 1) is provided.

【0064】そして、最上部の、p−AlxGa1-xAs
(x=0)層は、電極とコンタクトを取るためのコンタ
クト層(p−コンタクト層)としての役割も持たせてい
る。ここで量子井戸活性層のIn組成xは37%、N
(窒素)組成は0.5%とした。また量子井戸活性層の
厚さは7nmとした。
Then, the uppermost p-Al x Ga 1 -x As
The (x = 0) layer also serves as a contact layer (p-contact layer) for making contact with the electrode. Here, the In composition x of the quantum well active layer is 37%,
(Nitrogen) composition was 0.5%. The thickness of the quantum well active layer was 7 nm.

【0065】またこの面発光型半導体レーザの成長方法
はMOCVD法で行った。半導体レーザの各層を構成す
る原料には、TMA(トリメチルアルミニウム)、TM
G(トリメチルガリウム)、TMI(トリメチルインジ
ウム)、AsH3(アルシン)、PH3(フォスフィ
ン)、そして窒素の原料にはDMHy(ジメチルヒドラ
ジン)を用いた。DMHyは低温で分解するので600
℃以下のような低温成長に適しており、特に低温成長の
必要な歪みの大きい量子井戸層を成長する場合に好まし
い。なおキャリアガスにはH2を用いた。
The surface emitting semiconductor laser was grown by MOCVD. The materials constituting each layer of the semiconductor laser include TMA (trimethylaluminum), TM
G (trimethyl gallium), TMI (trimethyl indium), AsH 3 (arsine), PH 3 (phosphine), and DMHy (dimethylhydrazine) were used as raw materials for nitrogen. DMHy decomposes at low temperature, so 600
It is suitable for low-temperature growth at a temperature of less than or equal to ° C., and is particularly preferable when growing a quantum well layer having a large strain that requires low-temperature growth. Note that H 2 was used as a carrier gas.

【0066】またこの例では、GaInNAs層(量子
井戸活性層)は540℃で成長した。MOCVD法は過
飽和度が高くNと他のV族を同時に含んだ材料の結晶成
長に適している。またMBE法のような高真空を必要と
せず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すれば良い
ので量産性にも優れている。
In this example, the GaInNAs layer (quantum well active layer) was grown at 540 ° C. The MOCVD method has a high degree of supersaturation and is suitable for crystal growth of a material containing N and another V group simultaneously. In addition, high vacuum is not required as in the MBE method, and the supply flow rate and supply time of the source gas may be controlled.

【0067】さらにこの例では、所定の大きさのメサ部
分をp−GaxIn1-xyAs1-y(x=0.5、y=
1)層に達するまで、p−AlzGa1-zAs(z=1)
被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れた
AlzGa1-zAs(z=1)層を水蒸気で側面から酸化
してAlxy電流狭さく層を形成している。
[0067] Further in this example, the predetermined size mesa portion of the p-Ga x In 1-x P y As 1-y (x = 0.5, y =
Until reaching 1) layer, p-Al z Ga 1- z As (z = 1)
The selective oxidation layer is formed by exposing the side surface, and the Al x Ga 1 -z As (z = 1) layer on the side surface is oxidized from the side surface with water vapor to form an Al x O y current narrowing layer. .

【0068】最後にポリイミド(絶縁膜)でメサエッチ
ングで除去した部分を埋め込んで平坦化し、上部反射鏡
上のポリイミドを除去し、p−コンタクト層上に光出射
部を除いてp側電極を形成し、GaAs基板の裏面にn
側電極を形成した。
Finally, a portion removed by mesa etching with a polyimide (insulating film) is buried and flattened, the polyimide on the upper reflector is removed, and a p-side electrode is formed on the p-contact layer except for the light emitting portion. And n on the back surface of the GaAs substrate.
Side electrodes were formed.

【0069】この例においては、被選択酸化層の下部に
上部反射鏡の一部としてGaxIn1 -xyAs1-y(0<
x<1、0<y≦1)層が挿入している。例えばウェッ
トエッチングの場合では、硫酸系エッチャントを用いれ
ば、AlGaAs系に対してGaInPAs系はエッチ
ング停止層として用いることができるため、GaxIn
1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)層が挿入さ
れていることで、選択酸化のためのメサエッチングの高
さを厳密に制御できる。このため、均一性、再現性を高
められ、低コスト化が図れる。
In this example, the lower part of the selectively oxidized layer
Ga as part of the top reflectorxIn1 -xPyAs1-y(0 <
x <1, 0 <y ≦ 1) layers are inserted. For example
In the case of etching, a sulfuric acid-based etchant is used.
For example, the GaInPAs system is an etch to the AlGaAs system.
Ga can be used as a stopping layer.xIn
1-xPyAs1-y(0 <x <1, 0 <y ≦ 1) layer inserted
The high mesa etching for selective oxidation.
Can be strictly controlled. Therefore, uniformity and reproducibility are improved.
Cost can be reduced.

【0070】またこの例の面発光型半導体レーザ(素
子)を一次元または二次元に集積した場合、素子製作時
における制御性が良好になることにより、アレイ内の各
素子の素子特性の均一性、再現性も極めて良好になると
いう効果がある。
When the surface-emitting type semiconductor laser (element) of this example is integrated one-dimensionally or two-dimensionally, the controllability at the time of manufacturing the element is improved, and the uniformity of the element characteristics of each element in the array is improved. In addition, there is an effect that reproducibility becomes extremely good.

【0071】なおこの例では、エッチングストップ層を
兼ねるGaxIn1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦
1)層を上部反射鏡側に設けたが、下部反射鏡側に設け
ても良い。またこの例においても、上下反射鏡に挟まれ
た、キャリアが注入され再結合する活性領域(本実施例
では上部及び下部スペーサ層と多重量子井戸活性層とか
らなる共振器)において、活性領域内にはAlを含んだ
材料を用いず、さらに下部及び上部反射鏡の低屈折率層
の最も活性層に近い層をGaxIn1-xyAs1-y(0<
x<1、0<y≦1)の非発光再結合防止層としてい
る。つまりこの例では、活性領域内及び反射鏡と活性領
域との界面に、Alを含まない構成としているので、キ
ャリア注入時に、Alに起因していた結晶欠陥が原因と
なる非発光再結合を低減させることができる。
In this example, Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦
1) Although the layer is provided on the upper reflecting mirror side, it may be provided on the lower reflecting mirror side. Also in this example, in the active region (in this embodiment, a resonator composed of the upper and lower spacer layers and the multiple quantum well active layer) sandwiched between the upper and lower reflectors and into which carriers are injected and recombined, the active region No material containing Al is used, and the lower refractive index layers of the lower and upper mirrors, which are closest to the active layer, are formed of Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <
(x <1, 0 <y ≦ 1). That is, in this example, Al is not included in the active region and at the interface between the reflecting mirror and the active region, so that non-radiative recombination caused by crystal defects caused by Al during carrier injection is reduced. Can be done.

【0072】なお反射鏡と活性領域との界面にAlを含
まない構成を、この例のように上下反射鏡に適用するこ
とが好ましいが、いずれか一方の反射鏡に適用するだけ
でも効果がある。またこの例では、上下反射鏡とも半導
体分布ブラッグ反射鏡としたが、一方の反射鏡を半導体
分布ブラッグ反射鏡とし、他方の反射鏡を誘電体反射鏡
としても良い。
[0072] Note that the structure at the interface between the reflector and the active region does not contain Al, it is preferably applied to the upper and lower reflector as in this example, it is effective just to apply either one of the reflecting mirrors . In this example, both the upper and lower reflecting mirrors are semiconductor distributed Bragg reflecting mirrors, but one reflecting mirror may be a semiconductor distributed Bragg reflecting mirror and the other reflecting mirror may be a dielectric reflecting mirror.

【0073】さらにこの例でも、GaAs基板と活性層
との間の下部反射鏡に図1の例の場合と同様の考えを適
用したので、活性層の成長時に問題となるAlに起因す
る結晶欠陥の活性層への這い上がりによる悪影響が押さ
えられ、活性層を高品質に結晶成長することができる。
[0073] Also further in this embodiment, since the application of the same concept as in the example of FIG. 1 the bottom reflector between the GaAs substrate and the active layer, crystal defects due to Al which is a problem during the growth of the active layer Of the active layer is suppressed, and crystal growth of the active layer with high quality can be achieved.

【0074】なお、このような非発光再結合防止層は、
図1、図3のいずれの構成においても半導体分布ブラッ
グ反射鏡の一部を構成するので、その厚さは、媒質内に
おける発振波長λの1/4倍の厚さ(λ/4の厚さ)と
している。あるいはそれを複数層も設けても良い。
Incidentally, such a non-radiative recombination preventing layer is
1 and 3, a part of the semiconductor distributed Bragg reflector is formed, and its thickness is 、 of the oscillation wavelength λ in the medium (thickness of λ / 4). ). Alternatively, a plurality of layers may be provided.

【0075】以上の説明より明らかなように、このよう
な構成により、発光効率は高く、信頼性は実用上十分な
面発光型半導体レーザが得られた。また、半導体分布ブ
ラッグ反射鏡の低屈折率層のすべてではなく、少なくと
も活性領域に最も近い部分をAlを含まないGaxIn
1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)の非発光再
結合防止層としただけなので、反射鏡の積層数を特に増
加させることなく、上記効果を得ることができた。
As is clear from the above description, a surface-emitting type semiconductor laser having high luminous efficiency and sufficient reliability for practical use was obtained with such a configuration. Also, not all of the low refractive index layers of the semiconductor distributed Bragg reflector, but at least the portion closest to the active region is Ga x In containing no Al.
1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1) is used only as a non-radiative recombination prevention layer, so that the above-described effect can be obtained without particularly increasing the number of stacked reflectors. I was able to.

【0076】またこのような構成にしても、ポリイミド
の埋め込みは容易であるので、配線(この例ではp側電
極)が段切れしにくく、素子の信頼性は高いものが得ら
れる。このように製作した面発光型半導体レーザの発振
波長は約1.3μmであった。
In addition, even in such a configuration, since the polyimide can be easily embedded, the wiring (p-side electrode in this example) is hardly disconnected, and a device having high reliability can be obtained. The oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser manufactured in this manner was about 1.3 μm.

【0077】この例では、主たる元素がGa、In、
N、Asからなる層を活性層に用いた(GaInNAs
活性層)ので、GaAs基板上に長波長帯の面発光型半
導体レーザを形成できた。またAlとAsを主成分とし
た被選択酸化層の選択酸化により電流狭さくを行ったの
で、しきい値電流は低かった。
In this example, the main elements are Ga, In,
A layer composed of N and As was used as an active layer (GaInNAs
As a result, a long-wavelength surface emitting semiconductor laser could be formed on the GaAs substrate. Further, the current was narrowed by selective oxidation of the selectively oxidized layer containing Al and As as main components, so that the threshold current was low.

【0078】被選択酸化層を選択酸化したAl酸化膜か
らなる電流狭さく層を用いた電流狭さく構造によると、
電流狭さく層を活性層に近づけて形成することで電流の
広がりを抑えられ、大気に触れない微小領域に効率良く
キャリアを閉じ込めることができる。
According to the current narrowing structure using the current narrowing layer made of the Al oxide film in which the selectively oxidized layer is selectively oxidized,
By forming the current narrowing layer close to the active layer, the spread of current can be suppressed, and carriers can be efficiently confined in a minute region that is not exposed to the atmosphere.

【0079】更に酸化してAl酸化膜となることで屈折
率が小さくなり凸レンズの効果でキャリアの閉じ込めら
れた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、極
めて効率が良くなり、しきい値電流は低減できる。また
容易に電流狭さく構造を形成できることから、製造コス
トを低減できる。
Further, by oxidizing to form an Al oxide film, the refractive index is reduced, and light can be efficiently confined in a minute region in which carriers are confined by the effect of a convex lens. Can be reduced. In addition, since the current narrowing structure can be easily formed, the manufacturing cost can be reduced.

【0080】以上の説明から明らかなように図3のよう
な構成においても図1の場合と同様に、1.3μm帯の
面発光型半導体レーザを実現でき、しかも低消費電力で
低コストの素子が得られる。なお、図3の面発光型半導
体レーザも図1の場合と同様にMOCVD法で成長させ
ることができるが、MBE法等の他の成長方法を用いる
こともできる。また窒素の原料に、DMHyを用いた
が、活性化した窒素やNH3等他の窒素化合物を用いる
こともできる。
As is clear from the above description, a 1.3 μm band surface emitting semiconductor laser can be realized in the configuration as shown in FIG. Is obtained. The surface emitting semiconductor laser of FIG. 3 can be grown by MOCVD as in the case of FIG. 1, but other growth methods such as MBE can be used. Although DMHy is used as a nitrogen source, activated nitrogen and other nitrogen compounds such as NH 3 can be used.

【0081】さらに活性層の積層構造として3重量子井
戸構造(TQW)の例を示したが、他の井戸数の量子井
戸を用いた構造(SQW、DQW、MQW)等を用いる
こともできる。レーザの構造も他の構造にしてもかまわ
ない。
Further, although an example of a triple quantum well structure (TQW) is shown as the laminated structure of the active layer, a structure using other quantum wells (SQW, DQW, MQW) or the like may be used. The structure of the laser may be another structure.

【0082】また図3の面発光型半導体レーザにおい
て、GaInNAs活性層の組成を変えることで、1.
55μm帯、更にはもっと長波長の1.7μm帯の面発
光型半導体レーザも可能となる。GaInNAs活性層
にTl、Sb、Pなど他のIII−V族元素が含まれて
いてもかまわない。また活性層にGaAsSbを用いて
も、GaAs基板上に1.3μm帯の面発光型半導体レ
ーザを実現できる。
In the surface-emitting type semiconductor laser shown in FIG. 3, by changing the composition of the GaInNAs active layer, 1.
A surface emitting semiconductor laser in the 55 μm band, and even in the longer wavelength 1.7 μm band, is also possible. The GaInNAs active layer may contain other III-V elements such as Tl, Sb, and P. Also, even if GaAsSb is used for the active layer, a 1.3 μm band surface emitting semiconductor laser can be realized on a GaAs substrate.

【0083】なお活性層にGaInAsを用いた場合、
従来1.1μmまでが長波長化の限界と考えられていた
が、600℃以下の低温成長により高歪のGaInAs
量子井戸活性層を従来よりも厚く成長することが可能と
なり、波長は1.2μmまで到達できる。
When GaInAs is used for the active layer,
Conventionally, up to 1.1 μm has been considered to be the limit of increasing the wavelength.
The quantum well active layer can be grown thicker than before, and the wavelength can reach up to 1.2 μm.

【0084】このように、波長1.1μm〜1.7μm
の半導体レーザは従来適した材料がなかったが、活性層
に高歪のGaInAs、GaInNAs、GaAsSb
を用い、かつ非発光再結合防止層を設けることにより、
従来安定発振が困難であった波長1.1μm〜1.7μ
m帯の長波長領域において、高性能な面発光レーザを実
現できるようになり、光通信システムへの応用ができる
ようになった。
As described above, the wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm
Although the semiconductor laser of the prior art did not have a suitable material, the active layer has a high strain of GaInAs, GaInNAs, and GaAsSb.
By using a non-radiative recombination prevention layer,
Wavelength of 1.1 μm to 1.7 μ for which stable oscillation has conventionally been difficult
In the long wavelength region of the m-band, a high-performance surface emitting laser can be realized, and application to an optical communication system has become possible.

【0085】図4はこのような長波長帯面発光半導体レ
ーザ素子を、面方位(100)のn−GaAsウエハに
多数のチップとして形成した例、ならびにレーザ素子チ
ップを示したものである。ここで示したレーザ素子チッ
プには、1〜n個のレーザ素子が形成されているが、そ
の個数nはその用途に応じて、数ならびに配列方法が決
められる。
FIG. 4 shows an example in which such a long wavelength band surface emitting semiconductor laser device is formed as a large number of chips on an n-GaAs wafer having a plane orientation of (100), and a laser device chip. In the laser element chip shown here, 1 to n laser elements are formed, and the number n and the arrangement method are determined according to the application.

【0086】ところで従来の半導体レーザは温度変化に
より、しきい値電流が変化してしまうため、通信システ
ムにおいて定電流で制御することは困難であり、端面型
レーザにおいては発光面の反対側に光が漏れることを利
用して反対側に受光素子(フォトダイオード)を設け、
光量をフィードバックして光量が一定になるように制御
する必要があった。面発光型レーザは反対側に受光素子
を配置することができないので、ファイバに達するまで
もしくはファイバ以降に受光する機構を設け、光量が一
定になるようにリアルタイムに制御するといった複雑な
機構が必要になってしまう。
However, since the threshold current of a conventional semiconductor laser changes due to a change in temperature, it is difficult to control the semiconductor laser with a constant current in a communication system. A light-receiving element (photodiode) is provided on the opposite side
It was necessary to feed back the light amount and control the light amount to be constant. Since a surface emitting laser cannot have a light receiving element on the opposite side, a complicated mechanism is required, such as providing a mechanism to receive light until it reaches the fiber or after the fiber and controlling it in real time so that the amount of light is constant. turn into.

【0087】図5は本発明における長波長帯面発光半導
体レーザのI-L(電流−光出力)特性の一例である。従
来の半導体レーザと異なり、温度変化によるしきい値電
流の変動は非常に少なく、I-Lの傾きが温度変化の影響
を受けている。したがって、駆動電流を一定にして半導
体レーザを駆動すると、温度変化を含めた光出力の変動
幅は大きいものとはならない。
FIG. 5 shows an example of the IL (current-light output) characteristic of the long wavelength band surface emitting semiconductor laser according to the present invention. Unlike a conventional semiconductor laser, the threshold current fluctuates very little due to a temperature change, and the slope of IL is affected by the temperature change. Therefore, when the semiconductor laser is driven with a constant drive current, the fluctuation width of the optical output including the temperature change does not become large.

【0088】図5において、電流を6mAに設定して半導
体レーザを駆動したとすると、温度範囲 10°から70°
で光出力の変動幅は0.1mWであり、温度範囲10°から100
°で光出力の変動幅は0.25mWである。それぞれ信号レベ
ルの光量変動によるS/N(シグナル−ノイズ比)は26d
B、18dBとなり、一般の環境である20°から70°におけ
る通信においては十分な信号品質を得ることができる。
In FIG. 5, if the semiconductor laser is driven with the current set to 6 mA, the temperature range is from 10 ° to 70 °.
The fluctuation range of the optical output is 0.1mW, and the temperature range is 10 ° to 100 °.
In °, the fluctuation range of the optical output is 0.25 mW. S / N (signal-to-noise ratio) is 26d due to light intensity fluctuation of each signal level
B, which is 18 dB, and sufficient signal quality can be obtained in communication in a general environment of 20 ° to 70 °.

【0089】一般に定電流電源は構成の簡単な回路を用
いても電流変動は±2〜3%以内であり、容易に定電流制
御することが可能である。図6に示すように、光出力の
上限と下限を設定し、想定する温度上限と下限により光
出力上限と温度下限により得られる電流aと光出力下限
と温度上限により得られる電流bの範囲内での電流を一
定値xで制御すれば、図6の光出力範囲の出力を得るこ
とができる。以上のように、本発明の半導体レーザを目
標光出力に対して電流を設定し定電流で駆動すれば実用
的な通信システムの構築が可能である。
In general, a constant current power supply has a current variation within ± 2 to 3% even if a circuit having a simple structure is used, so that constant current control can be easily performed. As shown in FIG. 6, the upper limit and the lower limit of the light output are set, and the current a obtained by the light output upper limit and the temperature lower limit by the assumed temperature upper limit and the lower limit is within the range of the current b obtained by the light output lower limit and the temperature upper limit. By controlling the current at a constant value x, an output in the light output range of FIG. 6 can be obtained. As described above, if the semiconductor laser of the present invention is driven with a constant current while setting a current with respect to a target optical output, a practical communication system can be constructed.

【0090】半導体レーザは経年変化と共にしきい値電
流がわずかずつ上昇していき寿命に達する。そこで経年
変化により信号品質を劣化させない手段が望まれる。図
7のように通信経路の途中で光量を監視し、その値を発
光制御部へフィードバックし、受光素子によるモニタ光
量から補正電流を得られるデータをあらかじめ用意して
おき、設定電流値を定期的または随時に補正すること
で、経年変化による光出力の変動をなくすことができ、
実用的な通信システムの構築が可能である。
The threshold current of a semiconductor laser gradually increases with aging and reaches its life. Therefore, means for preventing signal quality from deteriorating due to aging is desired. As shown in FIG. 7, the amount of light is monitored in the middle of the communication path, the value is fed back to the light emission control unit, data for obtaining a correction current from the amount of light monitored by the light receiving element is prepared in advance, and the set current value is periodically changed. Or by correcting at any time, it is possible to eliminate fluctuations in light output due to aging,
It is possible to construct a practical communication system.

【0091】また、半導体のレーザの経年変化や異常の
監視をするには、受信側の受光素子での状態がわかれば
よく、これを送信側にデータとして送ることにより伝達
することができる。通信のデータとは別に受光素子のデ
ータを定期的または随時に送り、通信制御部はこのモニ
タ光量データを発光制御部に送り、その値をLD制御部
へフィードバックし、モニタ光量から補正電流を得られ
るデータをあらかじめ用意しておき、設定電流値を補正
することで、経年変化による光出力の変動をなくすこと
ができ、実用的な通信システムの構築が可能である。
In order to monitor the secular change or abnormality of the semiconductor laser, it is sufficient to know the state of the light receiving element on the receiving side, and this can be transmitted by sending it to the transmitting side as data. The data of the light receiving element is sent periodically or as needed separately from the communication data, and the communication control unit sends the monitor light amount data to the light emission control unit, feeds back the value to the LD control unit, and obtains the correction current from the monitor light amount. By preparing data to be used in advance and correcting the set current value, fluctuations in optical output due to aging can be eliminated, and a practical communication system can be constructed.

【0092】[0092]

【発明の効果】〔請求項1に対応した効果〕コンピュー
タ・ネットワーク、長距離大容量通信の幹線系など光フ
ァイバー通信が期待されているレーザ発振波長が1.1
μm帯〜1.7μm帯の分野において、動作電圧、発振
閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も少なく安定
した発振ができる面発光型半導体レーザおよびそれを用
いた通信システムが存在しなかったが、本発明のように
半導体分布ブラッグ反射鏡を工夫することにより、動作
電圧、発振閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も
少なく安定した発振ができ、また低コストで実用的な光
通信システムが実現できた。
[Effect of the Invention] [Claim 1 to the corresponding Effect] computer networks, the laser oscillation wavelength trunk lines such as fiber optic communications is expected long-distance large-capacity communications 1.1
In the field of the μm band to the 1.7 μm band, there has been no surface emitting semiconductor laser capable of lowering the operating voltage, the oscillation threshold current and the like, generating less heat from the laser element and performing stable oscillation, and a communication system using the same. However, by devising a semiconductor distributed Bragg reflector as in the present invention, the operating voltage, oscillation threshold current, and the like can be reduced, the laser element generates less heat, and stable oscillation can be achieved. The system has been realized.

【0093】さらに、従来複雑な機構で半導体レーザの
制御を実現してきたが、前期面発光型半導体レーザのI-
L温度特性を生かした簡単な機構で半導体レーザを制御
可能な光通信システムが実現できた。
Further, conventionally, the control of the semiconductor laser has been realized by a complicated mechanism.
An optical communication system capable of controlling a semiconductor laser with a simple mechanism utilizing the L temperature characteristic has been realized.

【0094】〔請求項2に対応した効果〕コンピュータ
・ネットワーク、長距離大容量通信の幹線系など光ファ
イバー通信が期待されているレーザ発振波長が1.1μ
m帯〜1.7μm帯の分野において、安定して使用でき
る長波長帯面発光半導体レーザおよびそれを用いた通信
システムが存在しなかったが、本発明のように、非発光
再結合防止層を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チ
ップとすることにより安定した発振が可能となり、これ
を発光光源とした実用的な光通信システムが実現でき
た。
[0094] [Claim 2 in the corresponding Effect] computer networks, the laser oscillation wavelength trunk lines such as fiber optic communications is expected long-distance high-capacity communication is 1.1μ
In the field of m band to 1.7 μm band, there is no long wavelength band surface emitting semiconductor laser that can be used stably and a communication system using the same. By using the surface emitting semiconductor laser device chip thus provided, stable oscillation became possible, and a practical optical communication system using this as a light emitting light source was realized.

【0095】さらに、従来複雑な機構で半導体レーザの
制御を実現してきたが、前期面発光型半導体レーザのI-
L温度特性を生かした簡単な機構で半導体レーザを制御
可能な光通信システムが実現できた。
Further, conventionally, the control of the semiconductor laser has been realized by a complicated mechanism.
An optical communication system capable of controlling a semiconductor laser with a simple mechanism utilizing the L temperature characteristic has been realized.

【0096】〔請求項3に対応した効果〕このような光
通信システムにおいて、通信経路中に光量を監視する機
構を設け、光量から制御電流値の補正を行なうので、半
導体レーザの経年変化による影響を低減した光通信シス
テムを実現できた。
[Effects Corresponding to Claim 3] In such an optical communication system, a mechanism for monitoring the light amount is provided in the communication path, and the control current value is corrected based on the light amount. An optical communication system with reduced noise was realized.

【0097】〔請求項4に対応した効果〕このような光
通信システムにおいて、受信側の受光素子の光量を監視
する機構を設け、送信側にデータとして転送し、光量か
ら制御電流値の補正を行なうので、半導体レーザの経年
変化による影響を低減した光通信システムが実現でき
た。
[Effects Corresponding to Claim 4] In such an optical communication system, a mechanism for monitoring the light amount of the light receiving element on the receiving side is provided, the data is transferred to the transmitting side as data, and the control current value is corrected from the light amount. since performed, an optical communication system capable of reducing the effects of aging of the semiconductor laser can be realized.

【0098】〔請求項5に対応した効果〕このような光
通信システムにおいて、受信側の受光素子の光量を監視
する機構として、信号受光する受光素子を利用し、送信
側にデータとして転送し、光量から制御電流値の補正を
行なうので、半導体レーザの経年変化による影響を低減
した光通信システムが実現できた。
[Effects Corresponding to Claim 5] In such an optical communication system, a light receiving element for receiving a signal is used as a mechanism for monitoring the light amount of the light receiving element on the receiving side, and the data is transferred to the transmitting side as data. Since the control current value is corrected from the light quantity, an optical communication system in which the influence of the aging of the semiconductor laser is reduced can be realized.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザの素子部断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an element part of a long-wavelength band surface emitting semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザの半導体分布ブラッグ反射鏡の構成の部分断面
図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a configuration of a semiconductor distributed Bragg reflector of a long wavelength band surface emitting semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザの他の構成の素子部断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of an element portion of another configuration of a long-wavelength band surface emitting semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ素子を形成したウエハ基板ならびにレーザ素子
チップを示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a wafer substrate and a laser element chip on which a long wavelength band surface emitting semiconductor laser element according to one embodiment of the present invention is formed.

【図5】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ素子の温度別の電流−光出力特性を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing current-light output characteristics at different temperatures of the long-wavelength band surface emitting semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ素子を電流で制御する際の、光出力上限および
下限値、想定温度の上限および下限から電流値を設定す
ることを説明する図である。
FIG. 6 illustrates setting of a current value from an upper limit and a lower limit of an optical output and an upper limit and a lower limit of an assumed temperature when a long wavelength band surface emitting semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention is controlled by a current. FIG.

【図7】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ素子を電流で制御する際の、通信経路中の光量
を監視し、発光制御する場合の構成例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a configuration in a case where a long wavelength band surface emitting semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention is controlled by current, by monitoring the amount of light in a communication path and performing light emission control.

フロントページの続き (72)発明者 宮垣 一也 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 鈴木 幸栄 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 金井 健 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 和多田 篤行 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 佐藤 俊一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 菅原 悟 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 曳地 秀一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 関谷 卓朗 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 佐藤 新治 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 5F073 AA51 AA65 AA74 AB17 BA02 CA07 CA17 DA05 DA14 DA27 DA35 EA15 GA12 5K002 AA07 BA13 CA11 Continued on the front page (72) Inventor Kazuya Miyagaki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Yukie Suzuki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Kanai 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Watada Atsuyuki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Shunichi Sato 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Satoru Satoru Satoru 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Shuichi Hikichi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Takuro Sekiya 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Shinji Sato Ota-ku, Tokyo 1-3-6 Nakamagome F-term in Ricoh Co., Ltd. (Reference) 5F073 AA51 AA65 AA74 AB17 BA02 CA07 CA17 DA05 DA14 DA27 DA35 EA15 GA12 5K002 AA07 BA13 CA11

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザチップと該レーザチップと接続さ
れる光通信システムにおいて、前記レーザチップは発振
波長が1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活
性層を、主たる元素がGa、In、N、Asからなる
層、もしくはGa、In、Asよりなる層とし、レーザ
光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた
反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レー
ザ素子チップであって、前記反射鏡はそれを構成する材
料層の屈折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波干
渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であると
ともに、前記屈折率が小の材料層はAlxGa1-xAs
(0<x≦1)とし、前記屈折率が大の材料層はAly
Ga1-yAs(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、
かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と
大の間の値をとる材料層AlzGa1-zAs(0≦y<z
<x≦1)を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チッ
プを発光光源とした光通信システムであって、定電流電
源を用い、光出力の上限と下限を設定し、想定する温度
上限と下限により光出力上限と温度下限により電流−光
出力特性から得られる電流aと光出力下限と温度上限に
より電流−光出力特性から得られる電流bの範囲内の電
流値で前記半導体レーザを制御することを特徴とする光
通信システム。
In a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, and an active layer for generating light includes a main element of Ga, A surface emitting type having a layer structure of In, N, and As or a layer of Ga, In, and As and having a resonator structure including reflectors provided above and below the active layer to obtain a laser beam. A semiconductor laser element chip, wherein the reflecting mirror is a semiconductor distributed Bragg reflecting mirror that periodically changes a refractive index of a material layer constituting the reflecting mirror to small / large and reflects incident light by light wave interference; The material layer having a small ratio is Al x Ga 1 -x As.
(0 <x ≦ 1) and then, the material layer of the refractive index is large is Al y
A reflecting mirror having Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1),
And a material layer Al z Ga 1 -z As (0 ≦ y <z) in which the refractive index takes a value between small and large between the material layers with small and large refractive indexes.
An optical communication system using a surface-emitting type semiconductor laser device chip provided with <x ≦ 1) as a light emitting light source, wherein an upper limit and a lower limit of an optical output are set using a constant current power supply, and an upper limit and a lower limit of an assumed temperature. Controlling the semiconductor laser with a current value within the range of the current a obtained from the current-light output characteristic by the light output upper limit and the temperature lower limit and the current b obtained from the current-light output characteristic by the light output lower limit and the temperature upper limit. An optical communication system, comprising:
【請求項2】 レーザチップと該レーザチップと接続さ
れる光通信システムにおいて、前記レーザチップは発振
波長が1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活
性層を、主たる元素がGa、In、N、Asからなる
層、もしくはGa、In、Asよりなる層とし、レーザ
光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた
反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レー
ザ素子チップであって、前記反射鏡はそれを構成する材
料の屈折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波干渉
によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとと
もに、前記屈折率が小の材料はAlxGa1-xAs(0<
x≦1)とし、前記屈折率が大の材料はAlyGa1-y
s(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、前記活性層
と前記反射鏡の間にGaInPもしくはGaInPAs
よりなる非発光再結合防止層を設けてなる面発光型半導
体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムで
あって、定電流電源を用い、光出力の上限と下限を設定
し、想定する温度上限と下限により光出力上限と温度下
限により電流−光出力特性から得られる電流aと光出力
下限と温度上限により電流−光出力特性から得られる電
流bの範囲内の電流値で前記半導体レーザを制御するこ
とを特徴とする光通信システム。
2. In a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, and has an active layer for generating light, wherein the main element is Ga, A surface emitting type having a layer structure of In, N, and As or a layer of Ga, In, and As and having a resonator structure including reflectors provided above and below the active layer to obtain a laser beam. A semiconductor laser device chip, wherein the reflecting mirror is a semiconductor distributed Bragg reflecting mirror that periodically changes the refractive index of a material forming the reflecting mirror to small / large and reflects incident light by light wave interference; Is smaller than that of Al x Ga 1 -x As (0 <
x ≦ 1), and the material having a large refractive index is Al y Ga 1-y A
s (0 ≦ y <x ≦ 1), wherein GaInP or GaInPAs is provided between the active layer and the reflector.
An optical communication system using a surface-emitting type semiconductor laser device chip provided with a non-radiative recombination prevention layer comprising a constant-current power supply, setting upper and lower limits of optical output, and setting an assumed temperature The semiconductor laser has a current value within the range of the current a obtained from the current-light output characteristic by the light output upper limit and the temperature lower limit by the upper limit and the lower limit, and the current b obtained from the current-light output characteristic by the light output lower limit and the temperature upper limit. An optical communication system characterized by controlling.
【請求項3】 前記光通信システムにおいて、通信経路
中に光量の監視を行なう機構を設け、光量から電流補正
値に変換する手段を有し、前期光量監視機構から得た光
量から電流の補正値を求め、設定電流の補正を行なった
電流値で前記半導体レーザ制御をすることを特徴とする
請求項1または2記載の光通信システム。
3. The optical communication system according to claim 1, further comprising a mechanism for monitoring a light amount in a communication path, a unit for converting the light amount into a current correction value, and a current correction value based on the light amount obtained from the light amount monitoring mechanism. 3. The optical communication system according to claim 1, wherein the semiconductor laser control is performed using a current value obtained by correcting the set current.
【請求項4】 前記光通信システムにおいて、受信側の
受光素子の光量を監視する機構を有し、またその光量か
ら電流補正値に変換する手段を有し、前期受光素子の光
量監視機構から得た光量をデータとして送信側の制御機
構に伝送し、その光量から電流の補正値を求め、設定電
流の補正を行なった電流値で前記半導体レーザ制御をす
ることを特徴とする請求項1または2に記載の光通信シ
ステム。
4. The optical communication system according to claim 1, further comprising a mechanism for monitoring a light amount of the light receiving element on the receiving side, and a means for converting the light amount to a current correction value. 3. The semiconductor laser control device according to claim 1, further comprising: transmitting the light quantity to the control mechanism on the transmission side as data, obtaining a current correction value from the light quantity, and controlling the semiconductor laser with the current value obtained by correcting the set current. The optical communication system according to claim 1.
【請求項5】 前記通信経路の終端部は、受信側受光素
子であり、前記光量監視機構は前記受光素子とし、該受
光素子の光量をデータとして送信側の制御機構に伝送
し、その光量から電流の補正値を求め、設定電流の補正
を行なった電流値で前記半導体レーザ制御をすることを
特徴とする請求項3記載の光通信システム。
5. An end portion of the communication path is a light receiving element on a receiving side, the light amount monitoring mechanism is the light receiving element, and the light amount of the light receiving element is transmitted as data to a control mechanism on a transmitting side. 4. The optical communication system according to claim 3, wherein a correction value of a current is obtained, and the semiconductor laser control is performed using the current value obtained by correcting the set current.
JP2001053217A 2001-02-27 2001-02-27 Optical communication system Pending JP2002261389A (en)

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