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JP2006351571A - Mode-locked semiconductor laser and its manufacturing method - Google Patents

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JP2006351571A
JP2006351571A JP2005171903A JP2005171903A JP2006351571A JP 2006351571 A JP2006351571 A JP 2006351571A JP 2005171903 A JP2005171903 A JP 2005171903A JP 2005171903 A JP2005171903 A JP 2005171903A JP 2006351571 A JP2006351571 A JP 2006351571A
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active layer
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semiconductor laser
gain
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JP2005171903A
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Inventor
Hideki Ono
英輝 小野
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize mode locking using a small gain current, and to generate high speed-optical pulses having narrow width in the time base of light-emitting pulses. <P>SOLUTION: A mode-locked semiconductor laser includes a gain region 24 for generating a stimulated emission light and a saturable absorption region 26 for partially absorbing the stimulation-emitted light generated in the region 24, in a series with respect to the longitudinal direction in an active layer 20. The gain region is constituted of 24 bulk semiconductor crystals, and the saturable absorption region 26 is constituted of a multiple-quantum-well structure. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、モード同期半導体レーザ及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a mode-locked semiconductor laser and a manufacturing method thereof.

光パルスを発生するレーザ装置の1つに、受動モード同期半導体レーザがある。   One laser device that generates optical pulses is a passive mode-locked semiconductor laser.

図8を参照して、従来の受動モード同期半導体レーザについて説明する。図8は、従来の受動モード同期半導体レーザを概略的に示す断面図である。受動モード同期半導体レーザ110は、下クラッド層112、活性層120及び上クラッド層114を順に積層した積層構造を有している。ファブリペロー型の受動モード同期半導体レーザ110では、活性層120の長手方向の両端に劈開で形成された端面(劈開面ともいう。)116a及び116bの間で共振器が構成される。   A conventional passive mode-locked semiconductor laser will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a conventional passive mode-locked semiconductor laser. The passive mode-locked semiconductor laser 110 has a stacked structure in which a lower cladding layer 112, an active layer 120, and an upper cladding layer 114 are stacked in this order. In the Fabry-Perot passive mode-locked semiconductor laser 110, a resonator is formed between end surfaces (also referred to as cleaved surfaces) 116a and 116b formed by cleavage at both ends in the longitudinal direction of the active layer 120.

下クラッド層112の下面112aに、受動モード同期半導体レーザ110の長手方向に連続して共用電極132が設けられている。上クラッド層114の上面114aに、受動モード同期半導体レーザ110の長手方向に分離されて、利得領域用電極134及び可飽和吸収用電極136が設けられている。活性層120の、利得領域用電極134に対応する領域、すなわち、利得領域用電極134と共用電極132の間の領域は、利得領域124として機能する領域である。また、活性層120の、可飽和吸収領域用電極136に対応する領域、すなわち、可飽和吸収領域用電極136と共用電極132の間の領域は、可飽和吸収領域126として機能する領域である。   A common electrode 132 is provided on the lower surface 112 a of the lower cladding layer 112 continuously in the longitudinal direction of the passive mode-locking semiconductor laser 110. A gain region electrode 134 and a saturable absorption electrode 136 are provided on the upper surface 114 a of the upper cladding layer 114 so as to be separated in the longitudinal direction of the passive mode-locking semiconductor laser 110. A region of the active layer 120 corresponding to the gain region electrode 134, that is, a region between the gain region electrode 134 and the common electrode 132 is a region functioning as the gain region 124. In addition, a region of the active layer 120 corresponding to the saturable absorption region electrode 136, that is, a region between the saturable absorption region electrode 136 and the common electrode 132 is a region functioning as the saturable absorption region 126.

利得領域用電極134には、直流電源144が接続されていて、直流電源144により、利得領域124に順方向電圧が印加される。利得領域124では、順方向電圧の印加により、複数のモードを含む誘導放出光である多モード誘導放出光が発生する。利得領域124で発生した多モード誘導放出光は、活性層120の両劈開面116a及び116bの間に構成された共振器により増幅される。   A DC power supply 144 is connected to the gain region electrode 134, and a forward voltage is applied to the gain region 124 by the DC power supply 144. In the gain region 124, application of forward voltage generates multimode stimulated emission light that is stimulated emission light including a plurality of modes. The multimode stimulated emission light generated in the gain region 124 is amplified by a resonator formed between the two cleavage surfaces 116 a and 116 b of the active layer 120.

可飽和吸収領域用電極136には、直流電源146が接続されていて、直流電源146により、可飽和吸収領域126に逆方向電圧が印加される。可飽和吸収領域126では、逆方向電圧の印加により、活性層120で増幅される多モード誘導放出光の一部が吸収される。この可飽和吸収領域126での吸収飽和作用により、多モード誘導放出光の位相の一致が図られる。この結果、光パルスの時間軸での幅が短い高速光パルスが得られる。   A DC power source 146 is connected to the saturable absorption region electrode 136, and a reverse voltage is applied to the saturable absorption region 126 by the DC power source 146. In the saturable absorption region 126, a part of the multimode stimulated emission light amplified by the active layer 120 is absorbed by the application of the reverse voltage. Due to the absorption saturation action in the saturable absorption region 126, the phases of the multimode stimulated emission light are matched. As a result, a high-speed optical pulse with a short width on the time axis of the optical pulse is obtained.

上述した従来の受動モード同期半導体レーザでは、活性層120は、下クラッド層112上に一様に成長したバルク半導体結晶として形成されている(例えば、非特許文献1参照)。   In the conventional passive mode-locked semiconductor laser described above, the active layer 120 is formed as a bulk semiconductor crystal uniformly grown on the lower cladding layer 112 (see, for example, Non-Patent Document 1).

また、従来の受動モード同期半導体レーザの他の例として、活性層120は、下クラッド層112上に一様に成長した多重量子井戸(MQW:Multi−Quantum Well)構造として形成されているものがある(例えば、非特許文献2参照)。   As another example of a conventional passive mode-locked semiconductor laser, the active layer 120 is formed as a multi-quantum well (MQW) structure grown uniformly on the lower cladding layer 112. Yes (for example, see Non-Patent Document 2).

一方、活性層120をバルク半導体結晶とした場合と、MQW構造とした場合の、利得領域124における発光スペクトルについての報告がある(例えば、非特許文献3参照)。   On the other hand, there are reports on the emission spectrum in the gain region 124 when the active layer 120 is a bulk semiconductor crystal and when the active layer 120 is an MQW structure (see, for example, Non-Patent Document 3).

図9及び図10を参照して、この解析結果につき簡単に説明する。   The analysis result will be briefly described with reference to FIGS. 9 and 10.

図9は、活性層のエネルギーバンドを示す図であって、横方向に高さ方向の位置を取って示し、縦方向にエネルギーを取って示している。図9(A)は、活性層をバルク半導体結晶とした場合のエネルギーバンドを示し、及び、図9(B)は、活性層をMQW構造とした場合のエネルギーバンドを示している。   FIG. 9 is a diagram showing the energy band of the active layer, showing the position in the height direction in the horizontal direction and taking the energy in the vertical direction. FIG. 9A shows an energy band when the active layer is a bulk semiconductor crystal, and FIG. 9B shows an energy band when the active layer has an MQW structure.

図9(A)に示される、活性層をバルク半導体結晶とした場合は、キャリアが蓄積される井戸層154の厚さTbulkが厚くなる。従って、蓄積されたキャリアが取りうるエネルギー分布は、連続的となって幅が広くなる。これに対し、図9(B)に示される、活性層をMQW構造とした場合は、井戸層156及びバリア層157が交互に存在するため、井戸層156の厚さTMQWが薄くなり、その結果、エネルギー分布は離散的になり幅が狭くなる。 When the active layer shown in FIG. 9A is a bulk semiconductor crystal, the thickness T bulk of the well layer 154 in which carriers are accumulated increases. Therefore, the energy distribution that the accumulated carriers can take becomes continuous and wide. On the other hand, when the active layer shown in FIG. 9B has an MQW structure, since the well layers 156 and the barrier layers 157 are alternately present, the thickness T MQW of the well layer 156 is reduced. As a result, the energy distribution is discrete and narrow.

図10は、キャリアである電子の熱平衡時のエネルギー分布を示す図である。横軸に、電子のエネルギーEを、kTで規格化して示している。また、縦軸に、電子のエネルギーに対応する分布密度n(E)を取って示している。   FIG. 10 is a diagram showing an energy distribution during thermal equilibrium of electrons as carriers. On the horizontal axis, the electron energy E is normalized by kT. The vertical axis shows the distribution density n (E) corresponding to the energy of electrons.

図10(A)の曲線Iは、活性層をバルク半導体結晶とした場合における、電子が励起された熱平衡時のエネルギー分布を示している。バルク半導体結晶は、放物線状の状態密度関数ρ(E)(〜(E−Eg)1.2)(図10(A)中、点線IIで示す。)を有している。 A curve I in FIG. 10A shows an energy distribution at the time of thermal equilibrium in which electrons are excited when the active layer is a bulk semiconductor crystal. The bulk semiconductor crystal has a parabolic state density function ρ (E) (to (E-Eg) 1.2 ) (indicated by a dotted line II in FIG. 10A).

図10(B)の曲線IIIは、活性層をMQW構造とした場合における、電子が励起された熱平衡時のエネルギー分布を示している。MQW構造は、階段状の状態密度関数ρ(E)(=一定)(図10(B)中、点線IVで示す。)を有している。   A curve III in FIG. 10B shows an energy distribution at the time of thermal equilibrium in which electrons are excited when the active layer has an MQW structure. The MQW structure has a step-like state density function ρ (E) (= constant) (indicated by a dotted line IV in FIG. 10B).

ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、Egは、バルク半導体結晶のバンドギャップエネルギー、及び、Eは、MQW構造での最も低い量子準位のエネルギーである。 Here, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, Eg is the band gap energy of the bulk semiconductor crystal, and E 1 is the lowest quantum level energy in the MQW structure.

図10(A)に示されるように、活性層をバルク半導体結晶とした場合は、エネルギー分布の幅(半値幅)は、1.8程度である。これに対し、図10(B)に示されるように、活性層をMQW構造とした場合は、エネルギー分布の幅(半値幅)は0.7程度である。このように、活性層120をバルク半導体結晶にすると、MQW構造にした場合に比べて、エネルギー分布の幅が広くなることが分かる。   As shown in FIG. 10A, when the active layer is a bulk semiconductor crystal, the width (half width) of the energy distribution is about 1.8. On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the active layer has an MQW structure, the width (half width) of the energy distribution is about 0.7. Thus, when the active layer 120 is made of a bulk semiconductor crystal, it can be seen that the width of the energy distribution becomes wider than when the MQW structure is used.

電子の再結合による発光スペクトルのエネルギー分布の幅は、電子のエネルギー分布の幅に対応するので、発光波長の帯域幅は、バルク半導体結晶の方が広くなり、MQW活性層の方が狭くなる。   Since the width of the energy distribution of the emission spectrum due to electron recombination corresponds to the width of the energy distribution of electrons, the bandwidth of the emission wavelength is wider in the bulk semiconductor crystal and narrower in the MQW active layer.

次に、可飽和吸収領域126での吸収飽和について説明する(例えば、非特許文献3参照)。可飽和吸収領域126では、光の強度が増大すると、当該光によって励起された励起子の密度も増大する。励起子密度の増大によって、ボーア半径で定まる1つの励起子が占有する空間内に励起子が2つ以上存在せざるを得ない状態になると、励起子間の相互作用によって励起子状態が破壊される。この結果、励起子による光吸収ピークが消滅し、吸収飽和が起こる。従って、吸収飽和が起こるためには、可飽和吸収領域126が、1つの励起子が占有する空間内に励起子が2つ以上存在せざるを得ない状態になることが必要である。   Next, absorption saturation in the saturable absorption region 126 will be described (for example, see Non-Patent Document 3). In the saturable absorption region 126, when the light intensity increases, the density of excitons excited by the light also increases. When the exciton density is increased and two or more excitons exist in the space occupied by one exciton determined by the Bohr radius, the exciton state is destroyed by the interaction between the excitons. The As a result, the light absorption peak due to excitons disappears and absorption saturation occurs. Therefore, in order for absorption saturation to occur, the saturable absorption region 126 needs to be in a state where two or more excitons must exist in the space occupied by one exciton.

可飽和吸収領域126がバルク半導体結晶で形成されている場合は、励起子を閉じ込める井戸層154の厚さTbulkが厚いため、励起子を受け入れる空間が広く、従って、吸収飽和を起こさせるためには、高い強度の光が必要である。 In the case where the saturable absorption region 126 is formed of a bulk semiconductor crystal, the thickness T bulk of the well layer 154 that confines excitons is thick, so that a space for receiving excitons is wide, and therefore, to cause absorption saturation. Requires high intensity light.

一方、可飽和吸収領域126が、MQW構造で形成されている場合は、励起子を閉じ込める井戸層156の厚さTMQWが薄いため、励起子を受け入れる空間が狭く、その結果、吸収飽和を起こさせるために必要な光の強度は低くなる。すなわち、可飽和吸収領域126をMQW構造とした方が、バルク半導体結晶とするよりも吸収飽和が起こりやすい。
M.Kwakernaak、Roland Schreieck、Andreas Neiger Heinz Jackel、 Emilio Gini Werner Vogt、“Spectral Phase Measurement of Mode−Locked Diode Laser Pulses by Beating Sidebands Generated by Electrooptical Mixing”、IEEE Photonics Technology Letters Vol.12、No.12、pp.1677−1679、2000 小川 洋、荒平 慎、加藤幸雄、国松大介著「超高速モード同期半導体レーザ」電子通信学会論文誌Vol.J84−C、No.1、pp.1−10、2001年1月 応用物理学会編、「半導体レーザの基礎」pp.164−171、オーム社、1987年
On the other hand, when the saturable absorption region 126 is formed in the MQW structure, the thickness T MQW of the well layer 156 that confines the exciton is thin, so that the space for receiving the exciton is narrow, resulting in absorption saturation. The intensity of light required for the reduction is low. That is, when the saturable absorption region 126 has the MQW structure, absorption saturation is more likely to occur than when the bulk semiconductor crystal is used.
M.M. Kwakernaak, Roland Schreieck, Andreas Neiger Heinz Jackel, Emilio Gini Werner Vogt, "Spectral Phase Measurement of Mode-Locked Diode Laser Pulses by Beating Sidebands Generated by Electrooptical Mixing", IEEE Photonics Technology Letters Vol. 12, no. 12, pp. 1677-1679, 2000 Hiroshi Ogawa, Shin Arahira, Yukio Kato, Daisuke Kunimatsu “Ultrafast Mode-Locked Semiconductor Laser”, IEICE Transactions, Vol. J84-C, no. 1, pp. 1-10, January 2001 Edited by Japan Society of Applied Physics, “Basics of Semiconductor Lasers” pp. 164-171, Ohmsha, 1987

モード同期半導体レーザでは、エネルギー分布を示す光スペクトル波形と、時間分布を示す光パルス波形とが、互いにフーリエ変換の関係にある。   In a mode-locked semiconductor laser, an optical spectrum waveform indicating an energy distribution and an optical pulse waveform indicating a time distribution are in a Fourier transform relationship with each other.

従って、バルク半導体結晶として形成された活性層120を備える、受動モード同期半導体レーザは、その発光スペクトルのエネルギー分布幅が広いため、短パルス化に有利である。その一方で、バルク半導体結晶では、吸収飽和が起こりにくいため、この受動モード同期半導体レーザでは、モード同期を実現するためには大きな利得電流が必要になる。   Therefore, a passive mode-locked semiconductor laser including the active layer 120 formed as a bulk semiconductor crystal is advantageous for shortening the pulse because the energy distribution width of its emission spectrum is wide. On the other hand, since absorption saturation is unlikely to occur in a bulk semiconductor crystal, this passive mode-locked semiconductor laser requires a large gain current to realize mode locking.

また、MQW構造として形成された活性層を備える、受動モード同期半導体レーザでは、吸収飽和が起こりやすいため、小さな利得電流でモード同期を実現できる。しかしながら、発光スペクトルのエネルギー分布幅が狭いため、この受動モード同期半導体レーザは、短パルス化に不利である。   Further, in a passive mode-locked semiconductor laser including an active layer formed as an MQW structure, absorption saturation is likely to occur, so that mode locking can be realized with a small gain current. However, since the energy distribution width of the emission spectrum is narrow, this passive mode-locked semiconductor laser is disadvantageous for shortening the pulse.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、小さな利得電流でモード同期を実現し、かつ、発光パルスの時間軸での幅が狭い高速光パルスを発生するモード同期半導体レーザ及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to generate a high-speed optical pulse that realizes mode locking with a small gain current and has a narrow width on the time axis of the light emission pulse. It is an object of the present invention to provide a mode-locked semiconductor laser and a manufacturing method thereof.

上述した目的を達成するために、この発明のモード同期半導体レーザは、誘導放出光を生成するための利得領域と、利得領域で生成された誘導放出光を部分的に吸収するための可飽和吸収領域とを、長手方向に対して直列に含む活性層を備えている。利得領域はバルク半導体結晶によって構成され、及び、可飽和吸収領域は多重量子井戸構造によって構成されている。   In order to achieve the above-described object, a mode-locked semiconductor laser according to the present invention includes a gain region for generating stimulated emission light and a saturable absorption for partially absorbing stimulated emission light generated in the gain region. And an active layer including the region in series with respect to the longitudinal direction. The gain region is constituted by a bulk semiconductor crystal, and the saturable absorption region is constituted by a multiple quantum well structure.

上述したモード同期半導体レーザの実施にあたり、好ましくは、活性層は、さらに、受動導波路領域を含み、利得領域、可飽和吸収領域及び受動導波路領域は、活性層の長手方向に直列に配置されているのが良い。   In implementing the mode-locked semiconductor laser described above, preferably, the active layer further includes a passive waveguide region, and the gain region, the saturable absorption region, and the passive waveguide region are arranged in series in the longitudinal direction of the active layer. It is good to have.

また、活性層は、さらに受動導波路領域を含み、受動導波路領域と活性層の長手方向に対して一方の端面との間に、利得領域及び可飽和吸収領域を備え、受動導波路領域にブラッグ格子を設けるのが良い。   The active layer further includes a passive waveguide region, and includes a gain region and a saturable absorption region between the passive waveguide region and one end face with respect to the longitudinal direction of the active layer. A Bragg grating may be provided.

上述したモード同期半導体レーザの実施にあたり、好ましくは、活性層の長手方向に、利得領域を複数備えるのが良い。   In implementing the mode-locked semiconductor laser described above, it is preferable to provide a plurality of gain regions in the longitudinal direction of the active layer.

また、この発明のモード同期半導体レーザの他の好適な実施形態によれば、誘導放出光を生成するための利得領域と、利得領域で生成された誘導放出光を変調するための変調領域とを含む活性層を備えている。利得領域は、バルク半導体結晶によって構成され、及び、変調領域は、多重量子井戸構造によって構成されている。   According to another preferred embodiment of the mode-locked semiconductor laser of the present invention, a gain region for generating stimulated emission light and a modulation region for modulating the stimulated emission light generated in the gain region are provided. An active layer is included. The gain region is composed of a bulk semiconductor crystal, and the modulation region is composed of a multiple quantum well structure.

また、この発明のモード同期半導体レーザの製造方法は、以下の工程を備えている。先ず、下クラッド層上に、多重量子井戸構造のMQW活性層を一様に成長させる。次に、MQW活性層上に、可飽和吸収領域に対応する第1領域のMQW活性層の部分を覆い、かつ、利得領域に対応する第2領域のMQW活性層の部分を露出させる選択マスクを形成する。次に、選択マスクを用いたエッチングにより、第2領域のMQW活性層の部分を除去する。次に、選択マスクを用いて、第2領域の下クラッド層上に、バルク半導体結晶を成長させて利得領域を形成する。   The method for manufacturing a mode-locked semiconductor laser according to the present invention includes the following steps. First, an MQW active layer having a multiple quantum well structure is uniformly grown on the lower cladding layer. Next, a selection mask is formed on the MQW active layer so as to cover a portion of the MQW active layer in the first region corresponding to the saturable absorption region and to expose a portion of the MQW active layer in the second region corresponding to the gain region. Form. Next, the MQW active layer portion in the second region is removed by etching using a selection mask. Next, using a selection mask, a bulk semiconductor crystal is grown on the lower cladding layer of the second region to form a gain region.

また、この発明のモード同期半導体レーザの製造方法の他の実施形態によれば、以下の工程を備えている。先ず、下クラッド層上に、多重量子井戸構造のMQW活性層を一様に成長させる。次に、MQW活性層上に、可飽和吸収領域に対応する第1領域のMQW活性層の部分を覆い、かつ、利得領域に対応する第2領域及び受動導波路領域に対応する第3領域のMQW活性層の部分を露出させる第1選択マスクを形成する。次に、第1選択マスクを用いたエッチングにより、第2領域及び第3領域のMQW活性層の部分を除去する。次に、第1選択マスクを用いて、第2領域及び第3領域の下クラッド層上に、バルク半導体結晶を成長させる。次に、バルク半導体結晶上に、第2領域のバルク半導体結晶の部分を覆い、かつ、第3領域のバルク半導体結晶の部分を露出させる第2選択マスクを形成する。次に、第1及び第2選択マスクを用いたエッチングにより、第3領域の前記バルク半導体結晶の部分を除去する。次に、第3領域の下クラッド層上に、バルク半導体結晶を成長させ、受動導波路領域とする。   According to another embodiment of the method for manufacturing a mode-locked semiconductor laser of the present invention, the following steps are provided. First, an MQW active layer having a multiple quantum well structure is uniformly grown on the lower cladding layer. Next, on the MQW active layer, the MQW active layer portion of the first region corresponding to the saturable absorption region is covered, and the second region corresponding to the gain region and the third region corresponding to the passive waveguide region are covered. A first selection mask that exposes a portion of the MQW active layer is formed. Next, the MQW active layer portions in the second region and the third region are removed by etching using the first selection mask. Next, a bulk semiconductor crystal is grown on the lower cladding layer of the second region and the third region using the first selection mask. Next, a second selection mask is formed on the bulk semiconductor crystal so as to cover the bulk semiconductor crystal portion in the second region and expose the bulk semiconductor crystal portion in the third region. Next, the bulk semiconductor crystal portion in the third region is removed by etching using the first and second selection masks. Next, a bulk semiconductor crystal is grown on the lower cladding layer of the third region to form a passive waveguide region.

この発明のモード同期半導体レーザによれば、活性層の利得領域を高速光パルスの生成に有利なバルク半導体結晶にし、及び、活性層の可飽和吸収領域を吸収飽和が起こりやすい多重量子井戸(MQW:Multi−Quantum Well)構造にしているので、時間軸上でのパルス幅が狭い高速光パルスを発生するとともに、小さな利得電流を実現できる。   According to the mode-locked semiconductor laser of the present invention, the gain region of the active layer is made into a bulk semiconductor crystal that is advantageous for the generation of high-speed optical pulses, and the saturable absorption region of the active layer is subjected to multiple quantum wells (MQW : Multi-Quantum Well) structure, it is possible to generate a high-speed optical pulse with a narrow pulse width on the time axis and to realize a small gain current.

また、活性層に受動導波路領域を設けることで、繰り返し周波数を低くするなどの周波数の調整を行うことができる。さらに、受動導波路領域にブラッグ格子を形成すると、ブラッグ格子の周期に応じて定まる波長の光について、共振させることが可能となり、すなわち、モード同期半導体レーザの発振波長の制御が可能になる。   Further, by providing a passive waveguide region in the active layer, it is possible to adjust the frequency, such as reducing the repetition frequency. Furthermore, when a Bragg grating is formed in the passive waveguide region, it is possible to resonate light having a wavelength determined according to the period of the Bragg grating, that is, it is possible to control the oscillation wavelength of the mode-locked semiconductor laser.

さらに、活性層に利得領域を複数備えると、各利得領域でそれぞれ発生した光パルスが共振器内を伝播することになるので、繰り返し周波数を利得領域の個数に応じて逓倍の周波数にすることができる。   Furthermore, if the active layer has a plurality of gain regions, the optical pulse generated in each gain region propagates in the resonator, so the repetition frequency can be set to a frequency multiplied by the number of gain regions. it can.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の、形状、大きさ及び配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の組成(材質)および数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the composition (material) and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiment.

(第1実施形態のモード同期半導体レーザの構成)
図1を参照して、第1実施形態のモード同期半導体レーザにつき説明する。図1は、第1実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図で、モード同期半導体レーザ上面に直交し、かつその長手方向に沿った縦断面の切り口で示している。
(Configuration of Mode-locked Semiconductor Laser of First Embodiment)
A mode-locked semiconductor laser according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the mode-locked semiconductor laser according to the first embodiment, and is shown by a cut in a longitudinal section perpendicular to the upper surface of the mode-locked semiconductor laser and along the longitudinal direction thereof.

モード同期半導体レーザ(以下、単に半導体レーザと称することもある。)10は、下クラッド層12、活性層20及び上クラッド層14を順に積層した積層構造を有している。ファブリペロー型のモード同期半導体レーザ10では、その長手方向の両端に劈開で形成された端面(劈開面とも称する。)16a及び16bの間の活性層20に共振器が構成される。   A mode-locked semiconductor laser (hereinafter sometimes simply referred to as a semiconductor laser) 10 has a stacked structure in which a lower cladding layer 12, an active layer 20, and an upper cladding layer 14 are stacked in this order. In the Fabry-Perot type mode-locked semiconductor laser 10, a resonator is formed in the active layer 20 between end faces (also referred to as cleaved faces) 16a and 16b formed by cleavage at both ends in the longitudinal direction.

ここで、活性層20の屈折率は、下クラッド層12及び上クラッド層14の屈折率よりも大きく設定されている。このため、活性層20から下クラッド層12及び上クラッド層14への光の漏洩が防止される。   Here, the refractive index of the active layer 20 is set to be larger than the refractive indexes of the lower cladding layer 12 and the upper cladding layer 14. For this reason, leakage of light from the active layer 20 to the lower cladding layer 12 and the upper cladding layer 14 is prevented.

下クラッド層12は、例えば、N型のInPで形成され、また、上クラッド層14は、例えば、P型のInPで形成される。   The lower cladding layer 12 is made of, for example, N type InP, and the upper cladding layer 14 is made of, for example, P type InP.

活性層20は、長手方向に沿って直列に配置された、利得領域24と可飽和吸収領域26の領域を含む。利得領域24は、誘導放出光を生成するための領域であり、及び、可飽和吸収領域26は、利得領域24で生成された誘導放出光を部分的に吸収するための領域である。   The active layer 20 includes a gain region 24 and a saturable absorption region 26 arranged in series along the longitudinal direction. The gain region 24 is a region for generating stimulated emission light, and the saturable absorption region 26 is a region for partially absorbing the stimulated emission light generated in the gain region 24.

ここで、利得領域24は、例えば、InGa1−XAs1−Y(ただし、X、Yは、それぞれ0≦X≦1、0≦Y≦1を満たす。)の不純物がドープされていない、膜厚が10nm以上100nm以下程度のバルク半導体結晶として形成される。なお、以下の説明においては、InGa1−XAs1−YをInGaAsPと表し、InGaAsPの組成比の選択は、X及びYの値を適宜選択することで行われるものとする。利得領域24におけるInGaAsPの組成比は、所望のバンドギャップ波長、例えば、1.55μmのバンドギャップ波長が得られるように選択される。 Here, the gain region 24 is doped with, for example, In X Ga 1-X As Y P 1-Y (where X and Y satisfy 0 ≦ X ≦ 1 and 0 ≦ Y ≦ 1 respectively). It is not formed as a bulk semiconductor crystal having a film thickness of about 10 nm to 100 nm. In the following description, In X Ga 1-X As Y P 1-Y a represents a InGaAsP, selection of the composition ratio of InGaAsP shall be performed by appropriately selecting the values of X and Y. The composition ratio of InGaAsP in the gain region 24 is selected so as to obtain a desired band gap wavelength, for example, a band gap wavelength of 1.55 μm.

可飽和吸収領域26は、一層あたりの膜厚が10nm以下のInGaAsPを積層した多重量子井戸(MQW)構造として形成されている。可飽和吸収領域26におけるInGaAsPの組成比は、従来周知の通り、利得領域24のバンドギャップ波長と同等に、または、利得領域24のバンドギャップ波長よりもわずかに大きく設定されている。ここで、可飽和吸収領域26での光吸収効果を高めるためには、従来知られているように、可飽和吸収領域26のバンドギャップ波長が利得領域24のバンドギャップ波長よりもわずかに、例えば、0.01〜0.09μm程度大きくなるように設定されるのが好適である。   The saturable absorption region 26 is formed as a multiple quantum well (MQW) structure in which InGaAsP having a thickness of 10 nm or less per layer is stacked. The composition ratio of InGaAsP in the saturable absorption region 26 is set to be equal to or slightly larger than the band gap wavelength of the gain region 24 as is conventionally known. Here, in order to enhance the light absorption effect in the saturable absorption region 26, as is conventionally known, the band gap wavelength of the saturable absorption region 26 is slightly smaller than the band gap wavelength of the gain region 24, for example, It is preferable that the thickness is set to be about 0.01 to 0.09 μm.

下クラッド層12の下面12aに、半導体レーザ10の長手方向に連続して共用電極32が設けられている。この共用電極32は、基準電位、例えば接地電位に接続される。上クラッド層14の上面14aに、半導体レーザ10の長手方向に分離されて、利得領域用電極34及び可飽和吸収領域用電極36が設けられている。利得領域用電極34は、利得領域24に対応する、直上の上面領域に設けられている。また、可飽和吸収領域用電極36は、可飽和吸収領域26に対応する、直上の上面領域に設けられている。   A common electrode 32 is provided on the lower surface 12 a of the lower cladding layer 12 continuously in the longitudinal direction of the semiconductor laser 10. The shared electrode 32 is connected to a reference potential, for example, a ground potential. A gain region electrode 34 and a saturable absorption region electrode 36 are provided on the upper surface 14 a of the upper cladding layer 14 so as to be separated in the longitudinal direction of the semiconductor laser 10. The gain region electrode 34 is provided in the upper surface region immediately above the gain region 24. The saturable absorption region electrode 36 is provided in the upper surface region corresponding to the saturable absorption region 26.

利得領域用電極34には、直流電源44が接続されていて、直流電源44により、利得領域24に順方向電圧が印加される。利得領域24では、順方向電圧の印加により、複数のモードを含む誘導放出光である多モード誘導放出光が発生する。利得領域24で発生した多モード誘導放出光は、活性層20に構成される共振器により増幅される。   A DC power supply 44 is connected to the gain region electrode 34, and a forward voltage is applied to the gain region 24 by the DC power supply 44. In the gain region 24, multimode stimulated emission light, which is stimulated emission light including a plurality of modes, is generated by applying a forward voltage. Multimode stimulated emission light generated in the gain region 24 is amplified by a resonator configured in the active layer 20.

可飽和吸収領域用電極36には、直流電源46が接続されていて、直流電源46により、可飽和吸収領域26に逆方向電圧が印加される。可飽和吸収領域26では、逆方向電圧の印加により、この多モード誘導放出光の一部が吸収される。この可飽和吸収領域26での吸収飽和作用により、多モード誘導放出光の位相の一致が図られる。この結果、光パルスの時間軸での幅が短い高速光パルスが得られる。   A DC power supply 46 is connected to the saturable absorption region electrode 36, and a reverse voltage is applied to the saturable absorption region 26 by the DC power supply 46. In the saturable absorption region 26, a part of the multimode stimulated emission light is absorbed by application of a reverse voltage. Due to the absorption saturation action in the saturable absorption region 26, the phases of the multimode stimulated emission light are matched. As a result, a high-speed optical pulse with a short width on the time axis of the optical pulse is obtained.

(第1実施形態のモード同期半導体レーザの製造方法)
図2を参照して、第1実施形態のモード同期半導体レーザの製造方法について説明する。図2は、第1実施形態のモード同期半導体レーザの製造方法を説明するための工程図である。図2(A)〜(D)は、図1と同様に、モード同期半導体レーザ上面に直交し、かつその長手方向に沿った縦断面の切り口で示している。
(Method for Manufacturing Mode-Locked Semiconductor Laser of First Embodiment)
With reference to FIG. 2, a method of manufacturing the mode-locked semiconductor laser according to the first embodiment will be described. FIG. 2 is a process diagram for explaining the method of manufacturing the mode-locked semiconductor laser according to the first embodiment. 2 (A) to 2 (D), as in FIG. 1, are shown by cuts in a vertical section perpendicular to the top surface of the mode-locked semiconductor laser and along the longitudinal direction thereof.

先ず、下クラッド層12上に、MQW構造のMQW活性層60を一様に成長させる。MQW活性層60の成長は、有機金属気相成長(MOVPE:Metal−Organic Vapor Phase Epitaxy)法、又は、分子線エピタキシャル成長(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法など任意好適な周知の方法で行えば良い(図2(A))。   First, an MQW active layer 60 having an MQW structure is uniformly grown on the lower cladding layer 12. The MQW active layer 60 may be grown by any suitable known method such as metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) or molecular beam epitaxy (MBE) (Molecular Beam Epitaxy). FIG. 2 (A)).

次に、MQW活性層60上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン酸窒化膜などの絶縁膜を、任意公的な周知の方法、例えば、CVD法で形成する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチングにより絶縁膜を加工して、可飽和吸収領域26に対応する第1領域76のMQW活性層60の部分を覆い、かつ、利得領域24に対応する第2領域74のMQW活性層60の部分を露出させる選択マスク70を形成する(図2(B))。   Next, an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed on the MQW active layer 60 by any publicly known method, for example, a CVD method. Thereafter, the insulating film is processed by photolithography and etching to cover the portion of the MQW active layer 60 in the first region 76 corresponding to the saturable absorption region 26 and in the MQW of the second region 74 corresponding to the gain region 24. A selection mask 70 that exposes a portion of the active layer 60 is formed (FIG. 2B).

次に、選択マスク70を用いたウェットエッチングにより、第2領域74のMQW活性層60の部分を除去する。このウェットエッチングは、エッチャントして、例えば、硫酸、過酸化水素水及び水を硫酸:過酸化水素水:水=3:1:1の質量比で混合させた過水硫酸を用いて行われる。ウェットエッチングによって、残存した第1領域76のMQW活性層60の部分が、可飽和吸収領域26になる。なお、ウェットエッチングに代えて、ドライエッチング、例えば、塩素とアルゴンの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching)を行っても良い(図2(C))。   Next, the portion of the MQW active layer 60 in the second region 74 is removed by wet etching using the selection mask 70. This wet etching is performed using, for example, perhydrosulfuric acid in which sulfuric acid, hydrogen peroxide solution, and water are mixed at a mass ratio of sulfuric acid: hydrogen peroxide solution: water = 3: 1: 1. The remaining portion of the MQW active layer 60 in the first region 76 becomes the saturable absorption region 26 by the wet etching. Note that dry etching, for example, reactive ion etching using a mixed gas of chlorine and argon as an etching gas may be performed instead of wet etching (FIG. 2C).

次に、ウェットエッチングの際に用いた選択マスク70をそのまま用いて、第2領域74の下クラッド層12上に、バルク半導体結晶を成長させて、利得領域24とする。バルク半導体結晶の成長は、MOVPE法、又は、MBE法など任意好適な周知の方法で行えば良い(図2(D))。   Next, using the selection mask 70 used in wet etching as it is, a bulk semiconductor crystal is grown on the lower cladding layer 12 of the second region 74 to form the gain region 24. The bulk semiconductor crystal may be grown by any suitable known method such as MOVPE method or MBE method (FIG. 2D).

なお、光パルスの時間幅は、非特許文献2に記載されているように、可飽和吸収領域26の長さに依存し、可飽和吸収領域26の長さが長くなると、光パルスの時間幅が広がってしまう。また、可飽和吸収領域26の長さが短くなると、飽和吸収作用が低下し、モード同期が適切に行われずやはり光パルスの時間幅が広がってしまう。従って、可飽和吸収領域26の長さは高精度に制御される必要がある。ここで、選択マスク70は、フォトリソグラフィ法を利用して形成されるため、可飽和吸収領域26を極めて高精度の寸法で形成することができる。   As described in Non-Patent Document 2, the time width of the optical pulse depends on the length of the saturable absorption region 26. When the length of the saturable absorption region 26 is increased, the time width of the optical pulse is increased. Will spread. Further, when the length of the saturable absorption region 26 is shortened, the saturation absorption action is reduced, and mode synchronization is not appropriately performed, and the time width of the optical pulse is also widened. Therefore, the length of the saturable absorption region 26 needs to be controlled with high accuracy. Here, since the selection mask 70 is formed by using a photolithography method, the saturable absorption region 26 can be formed with extremely high precision.

次に、選択マスク70を除去した後、活性層20上に、上クラッド層14を成長させ、上クラッド層14の上面14a上に利得領域用電極34及び可飽和吸収領域用電極36を形成し、及び、下クラッド層12の下面12a上に共用電極32を形成することによって、図1を参照して説明した第1実施形態のモード同期半導体レーザが形成される。なお、上クラッド層14、利得領域用電極34、可飽和吸収領域用電極36及び共用電極32の形成は、従来周知の方法で行えば良く、ここでは説明を省略する。   Next, after removing the selection mask 70, the upper cladding layer 14 is grown on the active layer 20, and the gain region electrode 34 and the saturable absorption region electrode 36 are formed on the upper surface 14 a of the upper cladding layer 14. By forming the common electrode 32 on the lower surface 12a of the lower cladding layer 12, the mode-locked semiconductor laser according to the first embodiment described with reference to FIG. 1 is formed. The formation of the upper cladding layer 14, the gain region electrode 34, the saturable absorption region electrode 36, and the common electrode 32 may be performed by a conventionally known method, and the description thereof is omitted here.

(第1実施形態のモード同期半導体レーザの動作)
図1を参照して第1実施形態のモード同期半導体レーザの動作について説明する。利得領域用電極34と共用電極32の間に、上クラッド層14から下クラッド層12の方向、すなわち順方向の直流電圧を印加する。また、可飽和吸収領域用電極36と共用電極32の間に、下クラッド層12から上クラッド層14の方向、すなわち逆方向の直流電圧を印加する。
(Operation of Mode-locked Semiconductor Laser of First Embodiment)
The operation of the mode-locked semiconductor laser according to the first embodiment will be described with reference to FIG. A direct current voltage in the direction from the upper cladding layer 14 to the lower cladding layer 12, that is, the forward direction, is applied between the gain region electrode 34 and the common electrode 32. Further, a DC voltage in the direction from the lower cladding layer 12 to the upper cladding layer 14, that is, the reverse direction is applied between the saturable absorption region electrode 36 and the common electrode 32.

利得領域用電極34と共用電極32の間に、順方向の直流電圧を印加することにより、活性層20の利得領域24にはキャリアが注入され、複数のモードを含む誘導放出光である多モード誘導放出光が発生する。多モード誘導放出光は、活性層20の劈開面16a及び16bの間に形成された共振器により増幅される。   By applying a forward DC voltage between the gain region electrode 34 and the common electrode 32, carriers are injected into the gain region 24 of the active layer 20, and multimode which is stimulated emission light including a plurality of modes. Stimulated emission light is generated. The multimode stimulated emission light is amplified by a resonator formed between the cleavage surfaces 16 a and 16 b of the active layer 20.

活性層20で共振する多モード誘導放出光の一部は、可飽和吸収領域26を通過する際に吸収され、この可飽和吸収領域26での吸収飽和によって、位相が一致し、パルス状になる。すなわち、第1実施形態の半導体レーザは受動モード同期半導体レーザとして機能する。可飽和吸収領域26でパルス状になった光が、劈開面16a及び16bの少なくとも一方から放出される。   A part of the multimode stimulated emission light resonating in the active layer 20 is absorbed when passing through the saturable absorption region 26, and the phase is matched and becomes pulsed by the absorption saturation in the saturable absorption region 26. . That is, the semiconductor laser of the first embodiment functions as a passive mode-locked semiconductor laser. The light pulsed in the saturable absorption region 26 is emitted from at least one of the cleavage planes 16a and 16b.

第1実施形態のモード同期半導体レーザによれば、活性層の利得領域を高速光パルスの生成に有利なバルク半導体結晶にしているので、利得領域をMQW構造とした場合に比べて、時間軸上でのパルス幅が狭い高速光パルスを発生することが可能になる。また、可飽和吸収領域を吸収飽和が起こりやすいMQW構造にしているので、小さな利得電流を実現できる。   According to the mode-locked semiconductor laser of the first embodiment, since the gain region of the active layer is a bulk semiconductor crystal that is advantageous for generating high-speed optical pulses, the gain region is on the time axis as compared with the case where the gain region has an MQW structure. It is possible to generate a high-speed optical pulse with a narrow pulse width. Further, since the saturable absorption region has an MQW structure in which absorption saturation is likely to occur, a small gain current can be realized.

ここでは、活性層20として、InGaAsPのバルク半導体結晶及びMQW構造を備える例について説明したが、活性層20の材質は何らInGaAsPに限定されるものではなく、例えば、AlGaAs系の半導体を用いても良い。   Here, an example has been described in which the active layer 20 includes an InGaAsP bulk semiconductor crystal and an MQW structure, but the material of the active layer 20 is not limited to InGaAsP, and for example, an AlGaAs-based semiconductor may be used. good.

(第2実施形態のモード同期半導体レーザの構成)
図3を参照して、第2実施形態のモード同期半導体レーザにつき説明する。図3は第2実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図で、モード同期半導体レーザ上面に直交し、かつその長手方向に沿った縦断面の切り口で示している。
(Configuration of Mode-locked Semiconductor Laser of Second Embodiment)
A mode-locked semiconductor laser according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the mode-locked semiconductor laser according to the second embodiment, which is shown by a cut in a longitudinal section perpendicular to the upper surface of the mode-locked semiconductor laser and along the longitudinal direction thereof.

第2実施形態のモード同期半導体レーザ10aは、活性層20aに、さらに、受動導波路領域28が設けられた点が、図1を参照して説明した、第1実施形態のモード同期半導体レーザ10と異なっている。第2実施形態のモード同期半導体レーザ10aでは、活性層20aに、モード同期半導体レーザ10aの長手方向に沿って、利得領域24a、受動導波路領域28及び可飽和吸収領域26aが順に設けられている。なお、受動導波路領域28を備える点以外は、第1実施形態のモード同期半導体レーザ10と同様の構成なので、重複する説明を省略する。   The mode-locked semiconductor laser 10a of the second embodiment is that the active layer 20a is further provided with a passive waveguide region 28. The mode-locked semiconductor laser 10 of the first embodiment described with reference to FIG. Is different. In the mode-locked semiconductor laser 10a of the second embodiment, a gain region 24a, a passive waveguide region 28, and a saturable absorption region 26a are sequentially provided in the active layer 20a along the longitudinal direction of the mode-locked semiconductor laser 10a. . Since the configuration is the same as that of the mode-locked semiconductor laser 10 of the first embodiment except that the passive waveguide region 28 is provided, redundant description is omitted.

受動導波路領域28は、バルク半導体結晶及びMQW構造のいずれで形成されても良いが、ここでは、InGaAsPのバルク半導体結晶で設けられているものとして説明する。受動導波路領域28は、繰り返し周波数を低くする場合に、共振器長、すなわち、モード同期半導体レーザ10の長手方向の長さを長くするために付加される。受動導波路領域28におけるInGaAsPの組成比は、受動導波路領域28での誘導放出光の吸収を抑制するために、バンドギャップ波長が、利得領域24a及び可飽和吸収領域26aのいずれのバンドギャップ波長よりも小さい値になるように設定される。   The passive waveguide region 28 may be formed of either a bulk semiconductor crystal or an MQW structure. Here, the passive waveguide region 28 will be described as being provided with an InGaAsP bulk semiconductor crystal. The passive waveguide region 28 is added to increase the resonator length, that is, the length of the mode-locked semiconductor laser 10 in the longitudinal direction when the repetition frequency is lowered. The composition ratio of InGaAsP in the passive waveguide region 28 is such that the band gap wavelength is either the gain region 24a or the saturable absorption region 26a in order to suppress absorption of stimulated emission light in the passive waveguide region 28. Is set to a smaller value.

なお、従来周知のように、バンドギャップ波長が異なるInGaAsP間では屈折率も異なる。このため、受動導波路領域28のバンドギャップ波長を1.55μmに対して大きく異なる波長に設定すると、受動導波路領域28と、活性層20aの受動導波路領域28以外の部分、すなわち、利得領域24a及び可飽和吸収領域26aとの境界で、屈折率の差による光の反射が起こる。この結果、雑音が生じる原因となったり、また、モード同期が起こらなくなったりする恐れがある。一方、受動導波路領域28のバンドギャップ波長を1.55μmに近い値にすると、受動導波路領域28での光の吸収が大きくなり、損失を引き起こす恐れがある。   As is well known, the refractive index is different between InGaAsPs having different bandgap wavelengths. For this reason, when the band gap wavelength of the passive waveguide region 28 is set to a wavelength significantly different from 1.55 μm, the passive waveguide region 28 and the portion other than the passive waveguide region 28 of the active layer 20a, that is, the gain region. Reflection of light due to the difference in refractive index occurs at the boundary between 24a and the saturable absorption region 26a. As a result, noise may be generated, and mode synchronization may not occur. On the other hand, when the band gap wavelength of the passive waveguide region 28 is set to a value close to 1.55 μm, the absorption of light in the passive waveguide region 28 increases, which may cause a loss.

そこで、利得領域24aのバンドギャップ波長が1.55μmのときは、受動導波路領域28のバンドギャップ波長は1.0〜1.5μmの範囲、好適には、1.2〜1.3μmの範囲にするのが良い。   Therefore, when the band gap wavelength of the gain region 24a is 1.55 μm, the band gap wavelength of the passive waveguide region 28 is in the range of 1.0 to 1.5 μm, preferably in the range of 1.2 to 1.3 μm. It is good to be.

(第2実施形態のモード同期半導体レーザの製造方法)
図4を参照して、第2実施形態のモード同期半導体レーザの製造方法について説明する。図4は、第2実施形態のモード同期半導体レーザの製造方法を説明するための工程図である。図4(A)〜(E)は、図3と同様に、モード同期半導体レーザ上面に直交し、かつその長手方向に沿った縦断面の切り口で示している。
(Method for Manufacturing Mode-Locked Semiconductor Laser of Second Embodiment)
With reference to FIG. 4, a method of manufacturing the mode-locked semiconductor laser according to the second embodiment will be described. FIG. 4 is a process diagram for explaining the method of manufacturing the mode-locked semiconductor laser according to the second embodiment. 4A to 4E, as in FIG. 3, are shown by cuts in a longitudinal section perpendicular to the top surface of the mode-locked semiconductor laser and along the longitudinal direction thereof.

先ず、下クラッド層12上に、MQW構造のMQW活性層60を一様に成長させる。MQW活性層60の成長は、MOVPE法、又は、MBE法など任意好適な周知の方法で行えば良い(図4(A))。   First, an MQW active layer 60 having an MQW structure is uniformly grown on the lower cladding layer 12. The growth of the MQW active layer 60 may be performed by any suitable known method such as the MOVPE method or the MBE method (FIG. 4A).

次に、MQW活性層60上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン酸窒化膜などの絶縁膜を、任意公的な周知の方法、例えば、CVD法で形成する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチングにより絶縁膜を加工して、可飽和吸収領域26aに対応する第1領域76aのMQW活性層60の部分を覆い、かつ、利得領域24a及び受動導波路領域28にそれぞれ対応する、第2及び第3領域74a及び78のMQW活性層60の部分を露出させる第1選択マスク71を形成する(図4(B))。   Next, an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed on the MQW active layer 60 by any publicly known method, for example, a CVD method. Thereafter, the insulating film is processed by photolithography and etching to cover the MQW active layer 60 portion of the first region 76a corresponding to the saturable absorption region 26a, and to correspond to the gain region 24a and the passive waveguide region 28, respectively. A first selection mask 71 that exposes the MQW active layer 60 in the second and third regions 74a and 78 is formed (FIG. 4B).

次に、第1選択マスク71を用いたウェットエッチングにより、第2領域74a及び第3領域78のMQW活性層60の部分を除去する。このウェットエッチングは、エッチャントして、例えば、上述した過水硫酸を用いて行われる。ウェットエッチングによって、残存した第1領域76aのMQW活性層60の部分が、可飽和吸収領域26aになる。なお、第1実施形態と同様に、ウェットエッチングに代えて、ドライエッチングを行っても良い(図4(C))。   Next, portions of the MQW active layer 60 in the second region 74 a and the third region 78 are removed by wet etching using the first selection mask 71. This wet etching is performed using, for example, the above-described perhydrosulfuric acid as an etchant. The remaining portion of the MQW active layer 60 in the first region 76a becomes the saturable absorption region 26a by the wet etching. As in the first embodiment, dry etching may be performed instead of wet etching (FIG. 4C).

次に、ウェットエッチングの際に用いた第1選択マスク71をそのまま用いて、第2領域74a及び第3領域78の下クラッド層12上に、バルク半導体結晶62を成長させる。バルク半導体結晶62の成長は、MOVPE法、又は、MBE法など任意好適な周知の方法で行えば良い。その後、バルク半導体結晶62上に、第2領域74aのバルク半導体結晶62の部分を覆い、かつ、第3領域78に対応するバルク半導体結晶62の部分を露出させる第2選択マスク72を形成する。第2選択マスク72は、第1選択マスクと同様に形成することができる(図4(D))。   Next, the bulk semiconductor crystal 62 is grown on the lower cladding layer 12 of the second region 74 a and the third region 78 using the first selection mask 71 used in the wet etching as it is. The bulk semiconductor crystal 62 may be grown by any suitable known method such as MOVPE method or MBE method. Thereafter, a second selection mask 72 is formed on the bulk semiconductor crystal 62 so as to cover the portion of the bulk semiconductor crystal 62 in the second region 74 a and expose the portion of the bulk semiconductor crystal 62 corresponding to the third region 78. The second selection mask 72 can be formed in the same manner as the first selection mask (FIG. 4D).

次に、第1及び第2選択マスク71及び72を用いたウェットエッチングにより、第3領域78のバルク半導体結晶62の部分を除去する。このウェットエッチングでは、エッチャントして、例えば、上述した過水硫酸を用いて行われる。このウェットエッチングによって、残存したバルク半導体結晶62の第2領域74aの部分が、利得領域24aになる。なお、MQW活性層60の除去と同様にウェットエッチングに代えて、ドライエッチングを行っても良い。その後、第3領域78の下クラッド層上12に、バルク半導体結晶を成長させ、受動導波路領域28とする。利得領域24a、可飽和吸収領域26a及び受動導波路領域28から活性層20aが構成される(図4(E))。   Next, the portion of the bulk semiconductor crystal 62 in the third region 78 is removed by wet etching using the first and second selection masks 71 and 72. This wet etching is performed using, for example, the above-described perhydrosulfuric acid as an etchant. By this wet etching, the portion of the second region 74a of the remaining bulk semiconductor crystal 62 becomes the gain region 24a. Note that dry etching may be performed instead of wet etching as in the removal of the MQW active layer 60. Thereafter, a bulk semiconductor crystal is grown on the lower cladding layer 12 of the third region 78 to form a passive waveguide region 28. The active region 20a is configured by the gain region 24a, the saturable absorption region 26a, and the passive waveguide region 28 (FIG. 4E).

なお、光パルスの時間幅は、非特許文献2に記載されているように、可飽和吸収領域の長さに依存し、可飽和吸収領域の長さが長くなると、光パルスの時間幅が広がってしまう。また、可飽和吸収領域の長さが短くなると、飽和吸収作用が低下し、モード同期が適切に行われずやはり光パルスの時間幅が広がってしまう。従って、可飽和吸収領域の長さは高精度に制御される必要がある。ここで、第1及び第2選択マスク71及び72は、フォトリソグラフィ法を利用して形成されるため、極めて高精度の寸法で形成することができる。   As described in Non-Patent Document 2, the time width of the optical pulse depends on the length of the saturable absorption region. As the length of the saturable absorption region increases, the time width of the optical pulse increases. End up. Further, when the length of the saturable absorption region is shortened, the saturated absorption action is reduced, and mode synchronization is not appropriately performed, and the time width of the optical pulse is also increased. Therefore, the length of the saturable absorption region needs to be controlled with high accuracy. Here, since the first and second selection masks 71 and 72 are formed using a photolithography method, they can be formed with extremely high precision.

次に、第1及び第2選択マスク71及び72を除去した後、活性層20a上に、上クラッド層14を成長させ、上クラッド層14の上面14a上に利得領域用電極34及び可飽和吸収領域用電極36を形成し、及び、下クラッド層12の下面12a上に共用電極を形成することによって、図3を参照して説明した第2実施形態のモード同期半導体レーザが形成される。なお、上クラッド層14、利得領域用電極34、可飽和吸収領域用電極36及び共用電極32の形成は、従来周知の方法で行えば良く、ここでは説明を省略する。   Next, after removing the first and second selection masks 71 and 72, the upper cladding layer 14 is grown on the active layer 20a, and the gain region electrode 34 and the saturable absorption are formed on the upper surface 14a of the upper cladding layer 14. By forming the region electrode 36 and forming the common electrode on the lower surface 12a of the lower cladding layer 12, the mode-locked semiconductor laser according to the second embodiment described with reference to FIG. 3 is formed. The formation of the upper cladding layer 14, the gain region electrode 34, the saturable absorption region electrode 36, and the common electrode 32 may be performed by a conventionally known method, and the description thereof is omitted here.

第2実施形態のモード同期半導体レーザによれば、活性層20aに受動導波路領域28が付加されているので、第1実施形態のモード同期半導体レーザで得られる効果に加えて、繰り返し周波数を低くするなどの周波数の調整を行うことができる。   According to the mode-locked semiconductor laser of the second embodiment, since the passive waveguide region 28 is added to the active layer 20a, the repetition frequency is lowered in addition to the effect obtained by the mode-locked semiconductor laser of the first embodiment. It is possible to adjust the frequency such as.

ここでは、活性層20aに、モード同期半導体レーザ10aの長手方向に沿って、利得領域24a、受動導波路領域28及び可飽和吸収領域26aが順に設けられた例について示しているが、利得領域24a、受動導波路領域28及び可飽和吸収領域26aの配置は、この順に限定されず、いずれの順に配置しても同様の効果が得られる。   Here, an example is shown in which a gain region 24a, a passive waveguide region 28, and a saturable absorption region 26a are sequentially provided in the active layer 20a along the longitudinal direction of the mode-locking semiconductor laser 10a. The arrangement of the passive waveguide region 28 and the saturable absorption region 26a is not limited to this order, and the same effect can be obtained regardless of the order.

(第3実施形態のモード同期半導体レーザ)
図5を参照して、第3実施形態のモード同期半導体レーザについて説明する。図5は第3実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図で、受動モード同期半導体レーザ上面に直交し、かつその長手方向に沿った縦断面の切り口で示してある。
(Mode-locked semiconductor laser of the third embodiment)
A mode-locked semiconductor laser according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the mode-locked semiconductor laser according to the third embodiment, and is shown by a cut in a longitudinal section perpendicular to the upper surface of the passive mode-locked semiconductor laser and along the longitudinal direction thereof.

なお、図3を参照して説明した第2実施形態のモード同期半導体レーザと重複する説明は省略する。第3実施形態のモード同期半導体レーザは、活性層20bの端面16a及び16b間に、利得領域24b、可飽和吸収領域26b及び受動導波路領域29を順に備え、さらに、受動導波路領域29にブラッグ格子80を設けている点が第2実施形態のモード同期半導体レーザと異なっている。   In addition, the description which overlaps with the mode synchronous semiconductor laser of 2nd Embodiment demonstrated with reference to FIG. 3 is abbreviate | omitted. The mode-locked semiconductor laser according to the third embodiment includes a gain region 24b, a saturable absorption region 26b, and a passive waveguide region 29 in this order between the end faces 16a and 16b of the active layer 20b. The difference from the mode-locked semiconductor laser of the second embodiment is that the grating 80 is provided.

ブラッグ格子80は、受動導波路領域29の上クラッド層側の表面領域に形成されている。このブラッグ格子80は、均一な周期(格子間隔)で設けられている。受動導波路領域29は、ブラッグ格子80の周期で決まるブラッグ波長の光を反射する、すなわち、波長選択性を有している。このため、一方の端面16aと受動導波路領域29との間で共振器が形成され、ブラッグ波長の光についてモード同期動作が生じる。   The Bragg grating 80 is formed in the surface region on the upper cladding layer side of the passive waveguide region 29. The Bragg grating 80 is provided with a uniform period (lattice interval). The passive waveguide region 29 reflects light with a Bragg wavelength determined by the period of the Bragg grating 80, that is, has wavelength selectivity. For this reason, a resonator is formed between the one end face 16a and the passive waveguide region 29, and a mode-locking operation occurs with respect to light having a Bragg wavelength.

第3実施形態のモード同期半導体レーザの製造するにあたり、利得領域24b、可飽和吸収領域26b及び受動導波路領域29を備える活性層20bが構成されるまでの工程は、図4を参照して説明した第2実施形態のモード同期半導体レーザと同様に行われる。   In manufacturing the mode-locked semiconductor laser according to the third embodiment, the steps until the active layer 20b including the gain region 24b, the saturable absorption region 26b, and the passive waveguide region 29 are configured will be described with reference to FIG. This is performed in the same manner as the mode-locked semiconductor laser of the second embodiment.

ブラッグ格子80の形成は、受動導波路領域29に対応する領域にバルク半導体結晶が形成された後、例えば、任意好適な周知のフォトリソグラフィ及びエッチングによって行われる。この場合、ブラッグ格子80は、受動導波路領域29に凹凸構造として形成されることになる。   The formation of the Bragg grating 80 is performed, for example, by any suitable known photolithography and etching after the bulk semiconductor crystal is formed in the region corresponding to the passive waveguide region 29. In this case, the Bragg grating 80 is formed as an uneven structure in the passive waveguide region 29.

活性層20bに、モード同期半導体レーザ10bの長手方向に沿って、利得領域24b、可飽和吸収領域26b及び受動導波路領域29が順に設けられた例について、図5を参照して説明したが、利得領域24b、可飽和吸収領域26b及び受動導波路領域29の配置は、この順に限定されず、一方の劈開面16aと受動導波路領域29の間に、モード同期半導体レーザ10の長手方向に沿って、利得領域24b及び可飽和吸収領域26bが形成されていれば、その順によらず、同様の効果が得られる。   The example in which the active region 20b is sequentially provided with the gain region 24b, the saturable absorption region 26b, and the passive waveguide region 29 along the longitudinal direction of the mode-locked semiconductor laser 10b has been described with reference to FIG. The arrangement of the gain region 24b, the saturable absorption region 26b, and the passive waveguide region 29 is not limited to this order. Between the one cleavage plane 16a and the passive waveguide region 29, the longitudinal direction of the mode-locked semiconductor laser 10 is provided. If the gain region 24b and the saturable absorption region 26b are formed, the same effect can be obtained regardless of the order.

第3実施形態のモード同期半導体レーザによれば、受動導波路領域29にブラッグ格子を形成しているので、第2実施形態のモード同期半導体レーザの効果に加え、さらに、モード同期半導体レーザの発振波長の制御が可能になるという効果が得られる。   According to the mode-locked semiconductor laser of the third embodiment, since the Bragg grating is formed in the passive waveguide region 29, in addition to the effect of the mode-locked semiconductor laser of the second embodiment, the oscillation of the mode-locked semiconductor laser is further performed. The effect that the wavelength can be controlled is obtained.

(第4実施形態のモード同期半導体レーザ)
図6を参照して、第4実施形態のモード同期半導体レーザについて説明する。図6は第4実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図で、モード同期半導体レーザ上面に直交し、かつその長手方向に沿った縦断面の切り口で示してある。
(Mode-locked semiconductor laser of the fourth embodiment)
A mode-locked semiconductor laser according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the mode-locked semiconductor laser according to the fourth embodiment, and is shown by a cut in a longitudinal section perpendicular to the upper surface of the mode-locked semiconductor laser and along the longitudinal direction thereof.

ここで、図3を参照して説明した第2実施形態のモード同期半導体レーザと重複する説明は省略する。第4実施形態のモード同期半導体レーザ10cは、劈開面16aと16bからなる共振器中央に可飽和吸収領域26cを配置し、可飽和吸収領域26cの両側の活性層20cに利得領域を複数備える点、例えば、第1利得領域25a及び第2利得領域25bの二つの利得領域を備える点が第2実施形態のモード同期半導体レーザと異なっている。   Here, the description overlapping the mode-locked semiconductor laser of the second embodiment described with reference to FIG. 3 is omitted. The mode-locked semiconductor laser 10c according to the fourth embodiment has a saturable absorption region 26c disposed in the center of the resonator composed of the cleaved surfaces 16a and 16b, and includes a plurality of gain regions in the active layer 20c on both sides of the saturable absorption region 26c. For example, it differs from the mode-locked semiconductor laser of the second embodiment in that it includes two gain regions, a first gain region 25a and a second gain region 25b.

第4実施形態のモード同期半導体レーザによれば、第1利得領域25a及び第2利得領域25bのそれぞれから光パルスが発生し、可飽和吸収領域26cの左右から光パルスが可飽和吸収領域26cに入射するので、共振器内を2個の光パルスが伝播し、繰り返し周波数を2倍にすることができる。   According to the mode-locked semiconductor laser of the fourth embodiment, an optical pulse is generated from each of the first gain region 25a and the second gain region 25b, and the optical pulse enters the saturable absorption region 26c from the left and right of the saturable absorption region 26c. Since it is incident, two optical pulses propagate in the resonator, and the repetition frequency can be doubled.

なお、ここでは、可飽和吸収領域26cを共振器の中央に配置する例を示しているが、可飽和吸収領域の位置はこれに限定されるものではない。例えば、両劈開面16a、16bから可飽和吸収領域26cまでの距離を1:2とすることにより、繰り返し周波数を3倍にすることができる。このように、共振器端ではなく共振器内部に可飽和吸収領域を配置し、その両側に利得領域を備えることによって、繰り返し周波数を逓倍の周波数にすることができる。   Here, an example is shown in which the saturable absorption region 26c is arranged in the center of the resonator, but the position of the saturable absorption region is not limited to this. For example, the repetition frequency can be tripled by setting the distance from the two cleavage surfaces 16a, 16b to the saturable absorption region 26c to 1: 2. Thus, by arranging the saturable absorption region inside the resonator instead of the resonator end and providing the gain regions on both sides thereof, the repetition frequency can be set to a multiplied frequency.

また、ここでは、受動導波路領域28c及び28dを備えるモード同期半導体レーザに適用する例について説明したが、この例に限定されない。受動導波路領域を備えない構成にしても良いし、また、受動導波路領域にブラッグ格子を設けて波長選択性を有する構成にしても良い。   Although an example applied to a mode-locked semiconductor laser including the passive waveguide regions 28c and 28d has been described here, the present invention is not limited to this example. The passive waveguide region may not be provided, or a Bragg grating may be provided in the passive waveguide region to provide wavelength selectivity.

(第5実施形態のモード同期半導体レーザ)
図7を参照して、第5実施形態のモード同期半導体レーザについて説明する。図7は第5実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図で、モード同期半導体レーザ上面に直交し、かつその長手方向に沿った縦断面の切り口で示してある。
(Mode-locked semiconductor laser of the fifth embodiment)
A mode-locked semiconductor laser according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the mode-locked semiconductor laser according to the fifth embodiment, and is shown by a cut in a longitudinal section perpendicular to the upper surface of the mode-locked semiconductor laser and along the longitudinal direction thereof.

ここで、図1を参照して説明した第1実施形態のモード同期半導体レーザと重複する説明は省略する。   Here, the description overlapping the mode-locked semiconductor laser of the first embodiment described with reference to FIG. 1 is omitted.

活性層20dは、長手方向に沿って順次に並べられた、利得領域24dと変調領域27の領域を含む。利得領域24dは、誘導放出光を生成するための領域であり、及び、変調領域27は、利得領域24で生成された誘導放出光を変調するための領域である。   The active layer 20d includes a gain region 24d and a modulation region 27, which are sequentially arranged along the longitudinal direction. The gain region 24d is a region for generating stimulated emission light, and the modulation region 27 is a region for modulating the stimulated emission light generated in the gain region 24.

上クラッド層14の上面14aに、半導体レーザ10dの長手方向に分離されて、利得領域用電極34及び変調領域用電極37が設けられている。利得領域用電極34は、利得領域24dに対応する、直上の上面領域に設けられている。また、変調領域用電極37は、変調領域27に対応する、直上の上面領域に設けられている。   A gain region electrode 34 and a modulation region electrode 37 are provided on the upper surface 14a of the upper cladding layer 14 so as to be separated in the longitudinal direction of the semiconductor laser 10d. The gain region electrode 34 is provided in an upper surface region immediately above the gain region 24d. The modulation region electrode 37 is provided in the upper surface region immediately above the modulation region 27.

図1を参照して説明した第1実施形態のモード同期半導体レーザは、可飽和吸収領域26に、可飽和吸収領域26に逆方向電圧が印加することにより光パルスの飽和吸収を生じさせる、受動モード同期半導体レーザとして機能する。   The mode-locked semiconductor laser according to the first embodiment described with reference to FIG. 1 is a passive type that generates saturated absorption of an optical pulse by applying a reverse voltage to the saturable absorption region 26. Functions as a mode-locked semiconductor laser.

これに対し、第5実施形態のモード同期半導体レーザでは、変調領域用電極37に、発振器47が接続されている。この発振器47を用いて、活性層20dに形成された共振器の繰り返し周波数の整数倍に一致した発振周波数で周波数変調を行うことにより、モード同期を行うことができ、第5実施形態のモード同期半導体レーザは、いわゆる能動モード同期半導体レーザとして機能する。   In contrast, in the mode-locked semiconductor laser of the fifth embodiment, an oscillator 47 is connected to the modulation region electrode 37. By using this oscillator 47, mode synchronization can be performed by performing frequency modulation at an oscillation frequency that matches an integer multiple of the repetition frequency of the resonator formed in the active layer 20d, and the mode synchronization of the fifth embodiment is achieved. The semiconductor laser functions as a so-called active mode-locked semiconductor laser.

第5実施形態のモード同期半導体レーザによれば、第1実施形態の受動モード同期半導体レーザと同様の効果を、能動モード半導体レーザでも得ることができる。   According to the mode-locked semiconductor laser of the fifth embodiment, the same effect as that of the passive mode-locked semiconductor laser of the first embodiment can be obtained even with the active mode semiconductor laser.

第1実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structural example of the mode synchronous semiconductor laser of 1st Embodiment. 第1実施形態のモード同期半導体レーザの製造方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the mode synchronous semiconductor laser of 1st Embodiment. 第2実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structural example of the mode-locking semiconductor laser of 2nd Embodiment. 第2実施形態のモード同期半導体レーザの製造方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the mode synchronous semiconductor laser of 2nd Embodiment. 第3実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structural example of the mode-locking semiconductor laser of 3rd Embodiment. 第4実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structural example of the mode-locking semiconductor laser of 4th Embodiment. 第5実施形態のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structural example of the mode-locking semiconductor laser of 5th Embodiment. 従来のモード同期半導体レーザの構成例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structural example of the conventional mode-locking semiconductor laser. 活性層のエネルギーバンドを示す図である。It is a figure which shows the energy band of an active layer. 電子の熱平衡時のエネルギー分布を示す図である。It is a figure which shows the energy distribution at the time of the thermal equilibrium of an electron.

符号の説明Explanation of symbols

10、10a、10b、10c、10d モード同期半導体レーザ
12、112 下クラッド層
12a、112a 下クラッド層の下面
14、114 上クラッド層
14a、114a 上クラッド層の上面
16a、16b、116a、116b 端面(劈開面)
20、20a、20b、20c、20d、120 活性層
24、24a、24b、24d、124 利得領域
25a 第1利得領域
25b 第2利得領域
26、26a、26b、26c、126 可飽和吸収領域
27 変調領域
28、28c、28d、29 受動導波路領域
32、132 共用電極
34、134 利得領域用電極
34a 第1利得領域用電極
34b 第2利得領域用電極
36、136 可飽和吸収領域用電極
44、44a、44b、46、144、146 直流電源
47 発振器
60 MQW活性層
62 バルク半導体結晶
70 選択マスク
71 第1選択マスク
72 第2選択マスク
74、74a 第2領域
76、76a 第1領域
78 第3領域
80 ブラッグ格子
110 受動モード同期半導体レーザ
154、156 井戸層
157 バリア層
10, 10a, 10b, 10c, 10d mode-locked semiconductor laser
12, 112 Lower cladding layer 12a, 112a Lower cladding layer 14, 114 Upper cladding layer 14a, 114a Upper cladding layer upper surface 16a, 16b, 116a, 116b End face (cleavage surface)
20, 20a, 20b, 20c, 20d, 120 Active layer 24, 24a, 24b, 24d, 124 Gain region 25a First gain region 25b Second gain region 26, 26a, 26b, 26c, 126 Saturable absorption region 27 Modulation region 28, 28c, 28d, 29 Passive waveguide region 32, 132 Common electrode 34, 134 Gain region electrode 34a First gain region electrode 34b Second gain region electrode 36, 136 Saturable absorption region electrode 44, 44a, 44b, 46, 144, 146 DC power supply 47 Oscillator 60 MQW active layer 62 Bulk semiconductor crystal 70 Selection mask 71 First selection mask 72 Second selection mask 74, 74a Second region 76, 76a First region 78 Third region 80 Bragg Lattice 110 Passive mode-locked semiconductor laser 154, 156 Well layer 157 Bar A layer

Claims (7)

誘導放出光を生成するための利得領域と、該利得領域で生成された前記誘導放出光を部分的に吸収するための可飽和吸収領域とを、長手方向に対して直列に含む活性層を備え、
前記利得領域がバルク半導体結晶によって構成され、及び、前記可飽和吸収領域が多重量子井戸構造によって構成されている
ことを特徴とするモード同期半導体レーザ。
An active layer including a gain region for generating stimulated emission light and a saturable absorption region for partially absorbing the stimulated emission light generated in the gain region in series with respect to the longitudinal direction. ,
A mode-locked semiconductor laser, wherein the gain region is constituted by a bulk semiconductor crystal, and the saturable absorption region is constituted by a multiple quantum well structure.
前記活性層は、さらに、受動導波路領域を含み、
前記利得領域、前記可飽和吸収領域及び前記受動導波路領域は、前記活性層の長手方向に直列に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のモード同期半導体レーザ。
The active layer further includes a passive waveguide region,
2. The mode-locked semiconductor laser according to claim 1, wherein the gain region, the saturable absorption region, and the passive waveguide region are arranged in series in a longitudinal direction of the active layer.
前記活性層は、さらに、受動導波路領域を含み、
該受動導波路領域と前記活性層の長手方向に対して一方の端面との間に、前記利得領域及び前記可飽和吸収領域が配置され、
該受動導波路領域にブラッグ格子を設ける
ことを特徴とする請求項1に記載のモード同期半導体レーザ。
The active layer further includes a passive waveguide region,
The gain region and the saturable absorption region are disposed between the passive waveguide region and one end face with respect to the longitudinal direction of the active layer,
2. The mode-locked semiconductor laser according to claim 1, wherein a Bragg grating is provided in the passive waveguide region.
前記活性層の長手方向に、前記利得領域を複数備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のモード同期半導体レーザ。
The mode-locked semiconductor laser according to claim 1, wherein a plurality of the gain regions are provided in a longitudinal direction of the active layer.
誘導放出光を生成するための利得領域と、該利得領域で生成された前記誘導放出光を変調するための変調領域とを含む活性層を備え、
前記利得領域がバルク半導体結晶によって構成され、及び、前記変調領域が多重量子井戸構造によって構成されている
ことを特徴とするモード同期半導体レーザ。
An active layer including a gain region for generating stimulated emission light and a modulation region for modulating the stimulated emission light generated in the gain region;
A mode-locked semiconductor laser, wherein the gain region is formed of a bulk semiconductor crystal, and the modulation region is formed of a multiple quantum well structure.
下クラッド層上に、多重量子井戸構造のMQW活性層を一様に成長させる工程と、
該MQW活性層上に、可飽和吸収領域に対応する第1領域の前記MQW活性層の部分を覆い、かつ、利得領域に対応する第2領域の前記MQW活性層の部分を露出させる選択マスクを形成する工程と、
該選択マスクを用いたエッチングにより、前記第2領域のMQW活性層の部分を除去する工程と、
前記選択マスクを用いて、前記第2領域の前記下クラッド層上に、バルク半導体結晶を成長させて利得領域を形成する工程と
を備えることを特徴とするモード同期半導体レーザの製造方法。
A step of uniformly growing an MQW active layer having a multiple quantum well structure on the lower cladding layer;
A selection mask is formed on the MQW active layer so as to cover a portion of the MQW active layer in the first region corresponding to the saturable absorption region and to expose a portion of the MQW active layer in the second region corresponding to the gain region. Forming, and
Removing a portion of the MQW active layer in the second region by etching using the selection mask;
Forming a gain region by growing a bulk semiconductor crystal on the lower cladding layer in the second region using the selection mask.
下クラッド層上に、多重量子井戸構造のMQW活性層を一様に成長させる工程と、
該MQW活性層上に、可飽和吸収領域に対応する第1領域の前記MQW活性層の部分を覆い、かつ、利得領域に対応する第2領域及び受動導波路領域に対応する第3領域の前記MQW活性層の部分を露出させる第1選択マスクを形成する工程と、
前記第1選択マスクを用いたエッチングにより、第2領域及び第3領域のMQW活性層の部分を除去する工程と、
前記第1選択マスクを用いて、第2領域及び第3領域の前記下クラッド層上に、バルク半導体結晶を成長させる工程と、
前記バルク半導体結晶上に、前記第2領域のバルク半導体結晶の部分を覆い、かつ、前記第3領域のバルク半導体結晶の部分を露出させる第2選択マスクを形成する工程と、
前記第1及び第2選択マスクを用いたエッチングにより、前記第3領域の前記バルク半導体結晶の部分を除去する工程と、
前記第3領域の前記下クラッド層上に、バルク半導体結晶を成長させ、受動導波路領域とする工程と
を備えることを特徴とするモード同期半導体レーザの製造方法。
A step of uniformly growing an MQW active layer having a multiple quantum well structure on the lower cladding layer;
A portion of the MQW active layer in the first region corresponding to the saturable absorption region is covered on the MQW active layer, and the second region corresponding to the gain region and the third region corresponding to the passive waveguide region are covered. Forming a first selective mask exposing a portion of the MQW active layer;
Removing portions of the MQW active layer in the second region and the third region by etching using the first selection mask;
Using the first selection mask to grow a bulk semiconductor crystal on the lower cladding layer in the second region and the third region;
Forming a second selection mask on the bulk semiconductor crystal so as to cover the bulk semiconductor crystal portion of the second region and to expose the bulk semiconductor crystal portion of the third region;
Removing the bulk semiconductor crystal portion of the third region by etching using the first and second selection masks;
And a step of growing a bulk semiconductor crystal on the lower cladding layer in the third region to form a passive waveguide region.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009049310A (en) * 2007-08-22 2009-03-05 Sony Corp Semiconductor laser, bio-imaging system, microscope, optical disk device, optical pickup, processing machine, and endoscope
WO2022118647A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 パナソニックホールディングス株式会社 Optical frequency comb device and measurement device
CN116316033A (en) * 2023-05-24 2023-06-23 青岛翼晨镭硕科技有限公司 Semiconductor saturable absorber mirror, preparation method thereof and laser

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009049310A (en) * 2007-08-22 2009-03-05 Sony Corp Semiconductor laser, bio-imaging system, microscope, optical disk device, optical pickup, processing machine, and endoscope
WO2022118647A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 パナソニックホールディングス株式会社 Optical frequency comb device and measurement device
CN116316033A (en) * 2023-05-24 2023-06-23 青岛翼晨镭硕科技有限公司 Semiconductor saturable absorber mirror, preparation method thereof and laser
CN116316033B (en) * 2023-05-24 2023-08-15 青岛翼晨镭硕科技有限公司 Semiconductor saturable absorber mirror, preparation method thereof and laser

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