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JP2002217488A - Element and system of surface emission laser, wavelength adjusting method, surface-emitting laser array, optical interconnection system, and local area network system - Google Patents

Element and system of surface emission laser, wavelength adjusting method, surface-emitting laser array, optical interconnection system, and local area network system

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Publication number
JP2002217488A
JP2002217488A JP2001011577A JP2001011577A JP2002217488A JP 2002217488 A JP2002217488 A JP 2002217488A JP 2001011577 A JP2001011577 A JP 2001011577A JP 2001011577 A JP2001011577 A JP 2001011577A JP 2002217488 A JP2002217488 A JP 2002217488A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
emitting laser
surface emitting
quantum well
well structure
wavelength
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001011577A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoto Jikutani
直人 軸谷
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 JP2001011577A priority Critical patent/JP2002217488A/en
Publication of JP2002217488A publication Critical patent/JP2002217488A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-emitting laser element which can suppress leakage of electrons in the well layer of a multi-quantum structural part, when electric field is applied and obtain large refractive index variations in a high electric field. SOLUTION: This surface-emitting laser element is equipped with the multi- quantum well structure part 104 between an active layer 101 and a couple of distribution Bragg reflectors 102 and 103 facing each other across the active layer 101, and is provided with a pair (105, 106) of 1st electrodes for applying currents to the active layer 101 and a pair (106, 107) of 2nd electrodes for applying an electric field to the multi-quantum well structure part 104 independently of each other; and the electric field is applied to the multi-quantum well structure part 104 by the pair of the 2nd electrodes to vary the refractive index of the multi-quantum well structure part 104, thereby varying the oscillation frequency.

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、発振波長を変化さ
せることの可能な面発光レーザ素子および面発光レーザ
システムおよび波長調整方法および面発光レーザアレイ
および光インターコネクションシステムおよびローカル
エリアネットワークシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting laser device, a surface emitting laser system, a wavelength adjusting method, a surface emitting laser array, an optical interconnection system, and a local area network system capable of changing an oscillation wavelength.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体基板に対して、垂直にレー
ザ光を出射する面発光レーザ素子は、共振器体積が小さ
いことから、発振閾値電流が低く、高速変調が可能であ
る。更に、ビーム広がりが狭く、他の光学デバイスとの
結合が良く、また、2次元アレイ化も容易であり、光伝
送,光インターコネクションのアレイ光源としての期待
が大きい。
2. Description of the Related Art Conventionally, a surface emitting laser device that emits a laser beam perpendicularly to a semiconductor substrate has a small cavity volume and therefore has a low oscillation threshold current and can perform high-speed modulation. Further, the beam spread is narrow, the coupling with other optical devices is good, and it is easy to form a two-dimensional array, and there is great expectation as an array light source for optical transmission and optical interconnection.

【0003】また、近年、10Gbpsを超える光伝送
速度を持つシステムとして、波長分割多重(WDM)通
信が注目され研究,開発が行われている。現在、伝送速
度10Gbpsのファーストギガビットイーサとして4
波長のWDM通信が提案されており、将来的には更に波
長分割数を増やしたシステムが必要とされる。このよう
な波長分割多重通信では、微少な波長間隔で発振波長を
制御する必要があり、波長可変機構を有する面発光レー
ザが必要と考えられる。
In recent years, wavelength division multiplexing (WDM) communication has attracted attention as a system having an optical transmission rate exceeding 10 Gbps, and research and development have been carried out. At present, 4 Gigabit Ethernet with a transmission speed of 10 Gbps
Wavelength WDM communication has been proposed, and a system that further increases the number of wavelength divisions is required in the future. In such wavelength division multiplex communication, it is necessary to control the oscillation wavelength at minute wavelength intervals, and it is considered that a surface emitting laser having a wavelength variable mechanism is required.

【0004】面発光レーザでは、共振器の光学長を変え
ることで、発振波長を変化させることができる。従来、
共振器の光学長を変える代表的な方法として、次のもの
が案出されている。
[0004] In a surface emitting laser, the oscillation wavelength can be changed by changing the optical length of the resonator. Conventionally,
As a typical method for changing the optical length of the resonator, the following has been devised.

【0005】例えば、文献「Appl.Phys.Le
tt.62 1993 p.p.219」では、共振器
中にキャリア注入によるプラズマ効果によって屈折率を
変化させる半導体層を設け、共振器の光学長を可変とし
ている。
[0005] For example, the document "Appl. Phys. Le
tt. 62 1993 p. p. 219 ", a semiconductor layer that changes the refractive index by a plasma effect due to carrier injection is provided in the resonator, and the optical length of the resonator is variable.

【0006】また、特開平6−188518号では、共
振器中に多重量子井戸構造を設け、垂直電界印加によっ
て屈折率を変化させ、共振器の光学長を可変としてい
る。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 188518/1994, a multiple quantum well structure is provided in a resonator, and the refractive index is changed by applying a vertical electric field to make the optical length of the resonator variable.

【0007】また、特開平10−27943号では、マ
イクロマシンニング技術によって基板張り合わせ等の手
法を用いて共振器中に空洞を作製し、静電力で機械的に
空洞の厚さを制御し共振器長を変化させている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-27943, a cavity is formed in a resonator by a technique such as lamination of substrates by a micromachining technique, and the thickness of the cavity is mechanically controlled by electrostatic force to control the cavity length. Is changing.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】キャリア注入によるプ
ラズマ効果を用いる方法は、電気変調の中では屈折率を
最も大きく変化させることが可能である。しかしなが
ら、そのために必要な電流密度は大きく、消費電力が大
きく、素子が発熱するという問題がある。
In the method using the plasma effect by carrier injection, the refractive index can be changed most greatly in electric modulation. However, there is a problem that the current density required for this is large, the power consumption is large, and the element generates heat.

【0009】また、マイクロマシンニングにより機械的
に変調を行う方式では、製造工程が煩雑であり、素子の
歩留まり,信頼性に問題がある。
In the method of mechanically modulating by micromachining, the manufacturing process is complicated, and there is a problem in the yield and reliability of the device.

【0010】これに対し、多重量子井戸変調層を用いる
場合には、電圧駆動型であるため必要な消費電力が小さ
く、また素子作製においても、結晶成長以外の屈折率変
調領域を作り込むための特別な工程を必要としない。
On the other hand, when a multiple quantum well modulation layer is used, the power consumption is small because of the voltage drive type. No special process is required.

【0011】多重量子井戸構造では、量子サイズ効果に
基づく量子閉じ込めシュタルク効果によって、従来のバ
ルクを用いた場合に比べて高効率の屈折率変調効果を得
ることができる。この原理に基づく面発光レーザでは、
十数nmの波長可変幅を得ることができる。多重量子井
戸構造における屈折率変化は、垂直電界印加下での励起
子吸収端の長波長シフトに起因した効果であり、印加電
界が比較的大きくなく、井戸幅が広過ぎない場合には、
井戸内のキャリアの準位には印加電界の2乗と井戸幅の
4乗に比例したエネルギーの変化が起こり、これに起因
して屈折率に変化が生じる。
In the multiple quantum well structure, the refractive index modulation effect with higher efficiency can be obtained by the quantum confinement Stark effect based on the quantum size effect than in the case of using a conventional bulk. In a surface emitting laser based on this principle,
It is possible to obtain a wavelength tunable width of more than ten nm. The change in the refractive index in the multiple quantum well structure is an effect due to a long wavelength shift of the exciton absorption edge under the application of a vertical electric field.If the applied electric field is not relatively large and the well width is not too wide,
A change in energy occurs at the carrier level in the well in proportion to the square of the applied electric field and the fourth power of the well width, and as a result, the refractive index changes.

【0012】また、井戸幅が厚すぎる場合には、量子効
果及び励起子効果は薄れ、バルク特性に近づく。逆に、
井戸幅が薄い場合には、もともと量子準位が高いことか
ら、容易にキャリアリークを生じ、励起子が解離してし
まう。
On the other hand, if the well width is too thick, the quantum effect and the exciton effect are weakened, and the characteristics approach the bulk characteristics. vice versa,
When the well width is small, since the quantum level is originally high, carrier leakage easily occurs, and excitons are dissociated.

【0013】従って、量子井戸幅は量子効果が得られる
限界程度に厚く、また、障壁層のエネルギー障壁は高電
界下でのキャリアリークを抑制できる程度に高い必要が
ある。このように、屈折率の変化量は、多重量子井戸構
造に大きく依存するものであり、高電界下にわたって大
きな屈折率変化を得るためには、キャリア(特に電子)
のリークを防ぐことが重要である。
Therefore, the width of the quantum well must be large enough to obtain the quantum effect, and the energy barrier of the barrier layer must be large enough to suppress carrier leakage under a high electric field. As described above, the amount of change in the refractive index greatly depends on the multiple quantum well structure, and in order to obtain a large change in the refractive index under a high electric field, the carrier (particularly, electrons)
It is important to prevent leaks.

【0014】本発明は、電界印加時の多重量子井戸構造
部の井戸層からの電子のリークを抑制し、高電界下にわ
たって大きな屈折率変化を得ることの可能な面発光レー
ザ素子および面発光レーザシステムおよび波長調整方法
および面発光レーザアレイおよび光インターコネクショ
ンシステムおよびローカルエリアネットワークシステム
を提供することを目的としている。
The present invention relates to a surface emitting laser device and a surface emitting laser capable of suppressing the leakage of electrons from the well layer of the multiple quantum well structure when an electric field is applied and obtaining a large change in the refractive index under a high electric field. It is an object of the present invention to provide a system, a wavelength adjusting method, a surface emitting laser array, an optical interconnection system, and a local area network system.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、活性層と該活性層を挟んで
対向する一対の分布ブラッグ反射器との間に多重量子井
戸構造部を備え、活性層に電流を注入するための第1の
電極と多重量子井戸構造部に電界を印加するための第2
の電極とがそれぞれ独立に設けられ、第2の電極により
多重量子井戸構造部に電界を印加することによって多重
量子井戸構造部の屈折率を変化させ発振波長を可変とす
る面発光レーザ素子であって、前記多重量子井戸構造部
の井戸層の材料にはGaInNAs混晶が用いられるこ
とを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a multi-quantum well structure between an active layer and a pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween. A first electrode for injecting a current into the active layer and a second electrode for applying an electric field to the multiple quantum well structure.
Are provided independently of each other, and an electric field is applied to the multiple quantum well structure by the second electrode, thereby changing the refractive index of the multiple quantum well structure and making the oscillation wavelength variable. Further, GaInNAs mixed crystal is used as a material of the well layer of the multiple quantum well structure.

【0016】また、請求項2記載の発明は、活性層と該
活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器との
間に多重量子井戸構造部を備え、活性層に電流を注入す
るための第1の電極と多重量子井戸構造部に電界を印加
するための第2の電極とがそれぞれ独立に設けられ、第
2の電極により多重量子井戸構造部に電界を印加するこ
とによって多重量子井戸構造部の屈折率を変化させ発振
波長を可変とする面発光レーザ素子であって、前記多重
量子井戸構造部の井戸層は、第1のGax1In 1-x1z1
As1-z1(0<x1≦1,0≦z1≦1)層と第2のG
x2In1-x2 z2As1-z2(0<x2≦1,0<z2≦
1)層との組成の異なる2つの層により構成され、第1
のGax1In1-x1z1As1-z1(0<x1≦1,0≦z
1≦1)層は、第2のGax2In1-x2z2As1-z2(0
<x2≦1,0<z2≦1)層に比べて、伝導帯エネル
ギーおよび価電子帯エネルギーが高いことを特徴として
いる。
The invention according to claim 2 provides an active layer and the active layer.
With a pair of distributed Bragg reflectors facing each other across the active layer
With multiple quantum well structure in between, current is injected into active layer
An electric field to the first electrode and the multiple quantum well structure for
Are provided independently of each other,
An electric field is applied to the multiple quantum well structure by the two electrodes.
Oscillation by changing the refractive index of the multiple quantum well structure
A surface emitting laser device capable of changing a wavelength, wherein
The well layer of the quantum well structure has a first Gax1In 1-x1Nz1
As1-z1(0 <x1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1) layer and second G
ax2In1-x2N z2As1-z2(0 <x2 ≦ 1, 0 <z2 ≦
1) The first layer is composed of two layers having different compositions from the layer.
Gax1In1-x1Nz1As1-z1(0 <x1 ≦ 1,0 ≦ z
1 ≦ 1) The second Ga layerx2In1-x2Nz2As1-z2(0
<X2 ≦ 1, 0 <z2 ≦ 1) compared to the conduction band energy
High energy and valence band energy
I have.

【0017】また、請求項3記載の発明は、請求項1ま
たは請求項2に記載の面発光レーザ素子において、多重
量子井戸構造の障壁層には、II−VI族半導体材料が用
いられることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the surface emitting laser device according to the first or second aspect, the II-VI group semiconductor material is used for the barrier layer having the multiple quantum well structure. Features.

【0018】また、請求項4記載の発明は、請求項1乃
至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子に
おいて、前記活性層には、GaInNAs半導体材料が
用いられることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the surface emitting laser device according to any one of the first to third aspects, a GaInNAs semiconductor material is used for the active layer. I have.

【0019】また、請求項5記載の発明は、請求項1乃
至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子に
おいて、前記活性層には、GaInNAsまたはGaI
nAs半導体材料からなる量子ドット構造が用いられる
ことを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the surface emitting laser device according to any one of the first to third aspects, the active layer includes GaInNAs or GaIn.
It is characterized in that a quantum dot structure made of an nAs semiconductor material is used.

【0020】また、請求項6記載の発明は、活性層と該
活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器との
間に多重量子井戸構造部を備え、活性層に電流を注入す
るための第1の電極と多重量子井戸構造部に電界を印加
するための第2の電極とがそれぞれ独立に設けられ、第
2の電極により多重量子井戸構造部に電界を印加するこ
とによって多重量子井戸構造部の屈折率を変化させ発振
波長を可変とする面発光レーザ素子と、前記面発光レー
ザ素子の発振波長を検出する発振波長検出手段とを有す
ることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, a multiple quantum well structure is provided between an active layer and a pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween, and a current is injected into the active layer. And a second electrode for applying an electric field to the multiple quantum well structure are provided independently of each other. By applying an electric field to the multiple quantum well structure by the second electrode, the multiple quantum well It is characterized by having a surface emitting laser element that varies the oscillation wavelength by changing the refractive index of the structure portion, and oscillation wavelength detecting means that detects the oscillation wavelength of the surface emitting laser element.

【0021】また、請求項7記載の発明は、請求項6記
載の面発光レーザシステムにおいて、前記発振波長検出
手段によって検出される発振波長が所望の発振波長とな
るように、面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部への
印加電圧を調整する電圧調整手段がさらに設けられてい
ることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the surface emitting laser system according to the sixth aspect, the surface emitting laser element is so arranged that the oscillation wavelength detected by the oscillation wavelength detecting means becomes a desired oscillation wavelength. It is characterized in that voltage adjusting means for adjusting the voltage applied to the multiple quantum well structure is further provided.

【0022】また、請求項8記載の発明は、活性層と該
活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器との
間に多重量子井戸構造部を備え、活性層に電流を注入す
るための第1の電極と多重量子井戸構造部に電界を印加
するための第2の電極とがそれぞれ独立に設けられ、第
2の電極により多重量子井戸構造部に電界を印加するこ
とによって多重量子井戸構造部の屈折率を変化させ発振
波長を可変とする面発光レーザ素子本体と、該面発光レ
ーザ素子本体の光出射面とは反対の側の共振器外部に設
けられ、該面発光レーザ素子本体の光出射面から入射し
面発光レーザ素子本体を透過した発振波長付近の光を検
出する光検出手段とを有していることを特徴としてい
る。
According to a further aspect of the present invention, a multiple quantum well structure is provided between an active layer and a pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween, and a current is injected into the active layer. And a second electrode for applying an electric field to the multiple quantum well structure are provided independently of each other. By applying an electric field to the multiple quantum well structure by the second electrode, the multiple quantum well A surface emitting laser element main body that changes a refractive index of a structure portion to vary an oscillation wavelength; and a surface emitting laser element main body provided outside a resonator on a side opposite to a light emitting surface of the surface emitting laser element main body. And light detecting means for detecting light near the oscillation wavelength which has entered from the light emitting surface and transmitted through the surface emitting laser element body.

【0023】また、請求項9記載の発明は、請求項8記
載の面発光レーザ素子と、前記面発光レーザ素子の光出
射面に、波長を掃引して単色光を入射させる光入射手段
と、前記面発光レーザ素子の光出射面に光入射手段によ
って波長を掃引して単色光が入射され面発光レーザ素子
を透過した発振波長付近の光が面発光レーザ素子の光検
出手段で検出されるとき、光検出手段で検出された光の
光量を検知する光量検知手段と、面発光レーザ素子の多
重量子井戸構造部に電圧を印加する電圧印加手段と、前
記光量検知手段で検知された光の光量が最大となったと
きに、そのときの単色光の波長と面発光レーザ素子の多
重量子井戸構造部への印加電圧との関係を記憶する記憶
手段とを有していることを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a surface emitting laser element according to the eighth aspect, and a light incidence means for sweeping a wavelength to make monochromatic light incident on a light emitting surface of the surface emitting laser element. When the wavelength is swept by the light incident means on the light emitting surface of the surface emitting laser element and monochromatic light is incident, and light near the oscillation wavelength transmitted through the surface emitting laser element is detected by the light detecting means of the surface emitting laser element. Light amount detecting means for detecting the light amount of light detected by the light detecting means, voltage applying means for applying a voltage to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element, and light amount of light detected by the light amount detecting means Is characterized by having a storage means for storing the relationship between the wavelength of monochromatic light at that time and the voltage applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element at that time.

【0024】また、請求項10記載の発明は、請求項9
記載の面発光レーザシステムにおいて、面発光レーザ素
子を所望の共振波長で発振させるときに、前記電圧印加
手段は、記憶手段に記憶されている単色光の波長と面発
光レーザ素子の多重量子井戸構造部への印加電圧との関
係に基づき、所望の共振波長に対応する面発光レーザ素
子の多重量子井戸構造部への印加電圧を記憶手段から割
り出して面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部に印加
するようになっていることを特徴としている。
The invention described in claim 10 is the same as the claim 9.
In the above-described surface emitting laser system, when the surface emitting laser element is oscillated at a desired resonance wavelength, the voltage applying unit may determine the wavelength of the monochromatic light stored in the storage unit and the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element. Based on the relationship with the voltage applied to the portion, the voltage applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device corresponding to the desired resonance wavelength is determined from the storage means and applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device. It is characterized by being adapted to.

【0025】また、請求項11記載の発明は、請求項8
記載の面発光レーザ素子の共振波長を調整する波長調整
方法であって、面発光レーザ素子本体の多重量子井戸構
造部に印加電圧を印加している状態で、面発光レーザ素
子本体の光出射面から波長を連続的に変化させた単色光
を入射させ、面発光レーザ素子本体内を透過した単色光
の光量を検出することによって面発光レーザ素子本体の
共振器の共振波長を検知し、このときに多重量子井戸構
造に印加されている印加電圧と検知された共振波長との
関係を導出し、導出した印加電圧と共振波長との関係に
基づき、印加電圧を調整して共振波長を調整することを
特徴としている。
The invention according to claim 11 is the same as the invention according to claim 8.
A wavelength adjusting method for adjusting a resonance wavelength of a surface emitting laser element according to claim 1, wherein a light emitting surface of the surface emitting laser element main body is applied while an applied voltage is applied to a multiple quantum well structure portion of the surface emitting laser element main body. The wavelength of the monochromatic light whose wavelength is continuously changed is made incident, and the resonance wavelength of the resonator of the surface emitting laser element main body is detected by detecting the amount of monochromatic light transmitted through the surface emitting laser element main body. Derive the relationship between the applied voltage applied to the multiple quantum well structure and the detected resonance wavelength, and adjust the applied voltage based on the derived relationship between the applied voltage and the resonance wavelength to adjust the resonance wavelength. It is characterized by.

【0026】また、請求項12記載の発明は、請求項1
乃至請求項5,請求項8のいずれか一項に記載の面発光
レーザ素子が複数個、アレイ状に配列されていることを
特徴としている。
The invention according to claim 12 is the first invention.
A plurality of the surface emitting laser elements according to any one of claims 5 to 8 are arranged in an array.

【0027】また、請求項13記載の発明は、請求項1
乃至請求項5,請求項8のいずれか一項に記載の面発光
レーザ素子、または、請求項6,請求項7,請求項9,
請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザシステ
ム、または、請求項12記載の面発光レーザアレイが用
いられることを特徴とする光インターコネクションシス
テムである。
The invention according to claim 13 is the first invention.
The surface emitting laser device according to any one of claims 5 to 8, or claim 6, claim 7, claim 9, and claim 9.
An optical interconnection system using the surface emitting laser system according to claim 10 or the surface emitting laser array according to claim 12.

【0028】また、請求項14記載の発明は、請求項1
乃至請求項5,請求項8のいずれか一項に記載の面発光
レーザ素子、または、請求項6,請求項7,請求項9,
請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザシステ
ム、または、請求項12記載の面発光レーザアレイが用
いられることを特徴とするローカルエリアネットワーク
システムである。
The invention according to claim 14 is the first invention.
The surface emitting laser device according to any one of claims 5 to 8, or claim 6, claim 7, claim 9, and claim 9.
A local area network system using the surface emitting laser system according to claim 10 or the surface emitting laser array according to claim 12.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は、本発明の面発光レーザ素子
の一例を示す図である。図1の面発光レーザ素子は、活
性層101と該活性層101を挟んで対向する一対の分
布ブラッグ反射器102,103との間に多重量子井戸
構造部104を備え、活性層101に電流を注入するた
めの第1の電極の組(105,106)と多重量子井戸
構造部104に電界を印加するための第2の電極の組
(106,107)とがそれぞれ独立に設けられ、第2
の電極の組(106,107)により多重量子井戸構造
部104に電界を印加することによって多重量子井戸構
造部104の屈折率を変化させ発振波長を可変にするも
のとなっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of the surface emitting laser device of the present invention. The surface emitting laser device of FIG. 1 includes a multiple quantum well structure 104 between an active layer 101 and a pair of distributed Bragg reflectors 102 and 103 opposed to each other with the active layer 101 interposed therebetween. A first set of electrodes (105, 106) for injection and a second set of electrodes (106, 107) for applying an electric field to the multiple quantum well structure 104 are provided independently of each other.
By applying an electric field to the multiple quantum well structure 104 by the electrode set (106, 107), the refractive index of the multiple quantum well structure 104 is changed and the oscillation wavelength is made variable.

【0030】第1の実施形態 本発明の第1の実施形態は、図1のような面発光レーザ
素子において、多重量子井戸構造部104の井戸層の材
料にはGaInNAs混晶が用いられることを特徴とし
ている。すなわち、第1の実施形態の面発光レーザ素子
では、電界印加によって屈折率変調を行う多重量子井戸
構造部104の井戸層の半導体材料にGaInNAs混
晶を用いている。
First Embodiment In a first embodiment of the present invention, in the surface emitting laser device as shown in FIG. 1, GaInNAs mixed crystal is used as a material of a well layer of the multiple quantum well structure 104. Features. That is, in the surface emitting laser device of the first embodiment, GaInNAs mixed crystal is used as the semiconductor material of the well layer of the multiple quantum well structure 104 that modulates the refractive index by applying an electric field.

【0031】GaInNAs混晶は、窒素添加によって
主に伝導帯側のエネルギーが大きく減少しており、Ga
As等の半導体層とのヘテロ接合界面で大きな伝導帯バ
ンド不連続量が得られる。これによって、多重量子井戸
構造の伝導帯側の電子閉じ込めを向上させることがで
き、従来のInGaAs/GaAs等による多重量子井
戸構造と比べ、高電界印加下まで電子のリークを抑制す
ることができる。
In the GaInNAs mixed crystal, the energy mainly on the conduction band side is largely reduced by the addition of nitrogen.
A large conduction band discontinuity is obtained at a heterojunction interface with a semiconductor layer such as As. As a result, the electron confinement on the conduction band side of the multiple quantum well structure can be improved, and the leakage of electrons can be suppressed up to the application of a high electric field as compared with the conventional multiple quantum well structure of InGaAs / GaAs or the like.

【0032】第2の実施形態 また、本発明の第2の実施形態は、図1のような面発光
レーザ素子において、多重量子井戸構造部104の井戸
層は、第1のGax1In1-x1z1As1-z1(0<x1≦
1,0≦z1≦1)層と第2のGax2In1-x2z2As
1-z2(0<x2≦1,0<z2≦1)層との組成の異な
る2つの層により構成され、第1のGa x1In1-x1z1
As1-z1(0<x1≦1,0≦z1≦1)層は、第2の
Gax2In1-x2z2As1-z2(0<x2≦1,0<z2
≦1)層に比べて、伝導帯エネルギーおよび価電子帯エ
ネルギーが高いことを特徴としている。
[0032]Second embodiment Further, the second embodiment of the present invention employs a surface light emission as shown in FIG.
In the laser device, the well of the multiple quantum well structure 104
The layer comprises a first Gax1In1-x1Nz1As1-z1(0 <x1 ≦
1,0 ≦ z1 ≦ 1) layer and second Gax2In1-x2Nz2As
1-z2(0 <x2 ≦ 1, 0 <z2 ≦ 1)
The first Ga x1In1-x1Nz1
As1-z1The (0 <x1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1) layer is the second layer.
Gax2In1-x2Nz2As1-z2(0 <x2 ≦ 1, 0 <z2
≦ 1) The conduction band energy and valence band energy
It is characterized by high energy.

【0033】すなわち、第2の実施形態の面発光レーザ
素子では、電界印加によって屈折率変調を行う多重量子
井戸構造部104の井戸層に、組成の異なるGaInN
As層を用いて、スタガード型バンド構造を持つ量子井
戸としている。図2(a)には無電界時のスタガード型
量子井戸構造のバンドが示されている。図2(a)を参
照すると、厚さd1のGaInNAs層と組成の異なる
厚さd2のGaInNAs層とによって井戸部が構成さ
れている。スタガード型量子井戸層を図2(b)ように
バイアスすると、電界印加の初期では、電子及びホール
は、それぞれ厚さd1,d2のGaInNAs層によっ
て形成された量子井戸による閉じ込めの影響を受け、量
子準位の変化が大きい。従って、電界印加の初期におい
て大きな屈折率変化が得られる。すなわち、スタガード
型量子井戸構造では、電界印加初期の実効的な井戸幅を
狭くすることができるので、小さな電界によって大きな
屈折率変化が得られる。また、閉じ込め効果を大きくす
るために井戸幅を狭くしなくとも良いので、必要以上に
量子準位を高くすることはなく、高電界下までキャリア
リークを生じることはない。
That is, in the surface emitting laser device of the second embodiment, GaInN layers having different compositions are formed in the well layers of the multiple quantum well structure 104 which performs refractive index modulation by applying an electric field.
A quantum well having a staggered band structure is formed by using an As layer. FIG. 2A shows a band of a staggered quantum well structure in the absence of an electric field. Referring to FIG. 2A, a well portion is formed by a GaInNAs layer having a thickness d1 and a GaInNAs layer having a thickness d2 having a different composition. When the staggered quantum well layer is biased as shown in FIG. 2B, electrons and holes are affected by the confinement of the quantum wells formed by the GaInNAs layers having the thicknesses d1 and d2, respectively, at the initial stage of the electric field application. The change in the level is large. Therefore, a large change in the refractive index can be obtained at the initial stage of the electric field application. That is, in the staggered quantum well structure, since the effective well width at the initial stage of the electric field application can be reduced, a large change in the refractive index can be obtained with a small electric field. Further, since the well width does not have to be narrowed in order to increase the confinement effect, the quantum level is not increased unnecessarily, and carrier leakage does not occur even under a high electric field.

【0034】このようなスタガード型接合を得ること
は、従来、材料的に困難であったが、GaInNAs混
晶では伝導帯エネルギー及び価電子帯のエネルギーを窒
素添加量によって制御することができることから作製が
容易になる。窒素添加により、伝導帯及び価電子帯のエ
ネルギーを減少させることができるためである。従っ
て、一方のGaInNAs混晶の窒素添加量を増加さ
せ、Ga組成によって禁則帯幅が他方のGaInNAs
混晶と同程度になるように調整すると、スタガード型量
子井戸構造が容易に得られる。すなわち、井戸材料にG
aInNAsを用いると、窒素添加量を制御することで
容易にスタガード型量子井戸構造を作製できる。
Conventionally, it has been difficult to obtain such a staggered junction from the viewpoint of materials. However, in the case of GaInNAs mixed crystal, the conduction band energy and the valence band energy can be controlled by the amount of nitrogen added. Becomes easier. This is because energy of the conduction band and the valence band can be reduced by adding nitrogen. Therefore, the amount of nitrogen added to one GaInNAs mixed crystal is increased, and the forbidden band width is increased by the other GaInNAs depending on the Ga composition.
When the adjustment is made to be substantially the same as that of the mixed crystal, a staggered quantum well structure can be easily obtained. That is, G
When aInNAs is used, a staggered quantum well structure can be easily manufactured by controlling the amount of added nitrogen.

【0035】このように、第2の実施形態の面発光レー
ザ素子の多重量子井戸構造では、特に低電界の印加時で
の屈折率変化率が大きく、従来よりも低いバイアス電圧
で大きな屈折率変化を得ることができ、これによって動
作電圧が低減された波長可変面発光レーザ素子が得られ
る。
As described above, in the multi-quantum well structure of the surface emitting laser device according to the second embodiment, the refractive index change rate is particularly large when a low electric field is applied, and the refractive index change rate is large at a bias voltage lower than the conventional one. Can be obtained, whereby a wavelength tunable surface emitting laser device with a reduced operating voltage can be obtained.

【0036】第3の実施形態 本発明の第3の実施形態は、図1のような面発光レーザ
素子(さらには、第1、または、第2の実施形態の面発
光レーザ素子)において、多重量子井戸構造部104の
障壁層には、II−VI族半導体材料が用いられることを
特徴としている。II-VI族混晶は、III-V族混晶と比べ
て禁則帯幅が広く、ポテンシャルの深い多重量子井戸構
造を得ることができる。例えばGaAs基板に格子整合
するZnS0.06Se0.94では2.6eV以上の禁則帯幅
が得られ、Cd0.58Zn0.42Sでは2.8eV以上の禁
則帯幅が得られ、MnS0.88Se0.12では4.4eV以
上の禁則帯幅が得られる。このようなII-VI族混晶半導
体を多重量子井戸構造の障壁層として用いると、キャリ
アの閉じ込めが非常に強く、高電界印加下においても井
戸からのキャリア(例えば電子)のリークを効果的に抑
制でき、これによって、高電界印加下にわたって大きな
屈折率変化量が得られ、波長可変量の大きな面発光レー
ザ素子が得られる。
Third Embodiment In a third embodiment of the present invention, a multiplexed laser is used in a surface emitting laser device as shown in FIG. 1 (further, in the surface emitting laser device of the first or second embodiment). The barrier layer of the quantum well structure 104 is characterized by using a II-VI group semiconductor material. The group II-VI mixed crystal has a wider forbidden band width than the group III-V mixed crystal, and can obtain a multiple quantum well structure having a deep potential. For example, ZnS 0.06 Se 0.94 lattice-matched to a GaAs substrate has a bandgap of 2.6 eV or more, Cd 0.58 Zn 0.42 S has a bandgap of 2.8 eV or more, and MnS 0.88 Se 0.12 has a bandgap of 4.4 eV. The above forbidden band width is obtained. When such a II-VI group mixed crystal semiconductor is used as a barrier layer of a multiple quantum well structure, carrier confinement is very strong, and even when a high electric field is applied, leakage of carriers (eg, electrons) from the well can be effectively prevented. Therefore, a large amount of change in the refractive index can be obtained under the application of a high electric field, and a surface emitting laser device having a large wavelength variable amount can be obtained.

【0037】図1の面発光レーザ素子(さらには、第1
乃至第3の実施形態の面発光レーザ素子)において、活
性層101には、GaInNAs半導体材料を用いるこ
とができる。GaInNAs混晶を活性層101の材料
にすると、GaAs基板上において、0.9μmよりも
長波長帯での発振(1.3μm帯,1.55μm帯,更
にこれより長波長帯での発振)が得られる。特に、1.
3μm帯で発振するレーザ素子と石英ファイバとを用い
ることで、高速通信が可能となる。更に、この面発光レ
ーザ素子のスペーサー層を(Al)GaAsスペーサー
層とするとき、GaInNAs混晶と(Al)GaAs
スペーサー層との伝導帯バンド不連続量が大きいので、
活性層101からの電子のオーバーフローが抑制され、
無効電流及び素子発熱が低減し、温度上昇による波長変
動を減少させることができる(発振無効電流が減少し低
閾値化とともに、素子温度の上昇が抑制される)。例え
ば、文献「第47回応用物理学関係連合講演会予稿集3
1a−N−10」では、1.3μm帯の端面型レーザに
おいて発振波長の微分温度変化率が0.39nm/K、
禁則帯幅の温度変化率が0.42nm/Kと従来のIn
GaAsP材料に比べて半分程度の値であることが報告
されている。従って、GaInNAs混晶を活性層にも
用いた場合、発振波長の変動を最小限に留めることが可
能となる。これによって、素子の駆動状態,動作環境温
度等の変化に対する多重量子井戸構造のバイアス電圧制
御が簡単になる。
The surface emitting laser device shown in FIG.
In the surface emitting laser devices according to the third to third embodiments, the active layer 101 may be formed using a GaInNAs semiconductor material. When a GaInNAs mixed crystal is used as the material of the active layer 101, oscillation in the wavelength band longer than 0.9 μm (1.3 μm band, 1.55 μm band, and oscillation in the longer wavelength band) is obtained on the GaAs substrate. can get. In particular,
By using a laser element oscillating in the 3 μm band and a quartz fiber, high-speed communication becomes possible. Further, when the spacer layer of this surface emitting laser element is an (Al) GaAs spacer layer, GaInNAs mixed crystal and (Al) GaAs
Since the conduction band discontinuity with the spacer layer is large,
Electron overflow from the active layer 101 is suppressed,
Reactive current and element heat generation are reduced, and wavelength fluctuation due to temperature rise can be reduced (reduction of oscillation reactive current, lowering of threshold, and suppression of element temperature rise). For example, refer to the document “The 47th Lecture Meeting on Applied Physics, 3
1a-N-10 ", the differential temperature change rate of the oscillation wavelength is 0.39 nm / K in the 1.3 μm band end-face type laser,
The temperature change rate of the forbidden band width is 0.42 nm / K, which is
It is reported that the value is about half that of the GaAsP material. Therefore, when GaInNAs mixed crystal is also used for the active layer, it is possible to minimize the fluctuation of the oscillation wavelength. This simplifies bias voltage control of the multiple quantum well structure with respect to changes in the driving state of the device, operating environment temperature, and the like.

【0038】あるいは、上記活性層101には、GaI
nNAsまたはGaInAs半導体材料からなる量子ド
ット構造を用いることができる。GaInNAsまたは
GaInAs量子ドット構造を活性層101に用いると
きには、GaAs基板上において、1.2μm帯から
1.55μm帯の発振波長が得られる。更に、量子サイ
ズ効果によって閾値電流,動作電流が低くなり、素子発
熱が低減し、温度上昇による波長を変動を減少させるこ
とができる。
Alternatively, the active layer 101 may include GaI
A quantum dot structure made of nNAs or GaInAs semiconductor material can be used. When a GaInNAs or GaInAs quantum dot structure is used for the active layer 101, an oscillation wavelength of 1.2 μm to 1.55 μm is obtained on a GaAs substrate. Further, the threshold current and the operating current are reduced by the quantum size effect, the heat generation of the element is reduced, and the fluctuation of the wavelength due to the temperature rise can be reduced.

【0039】第4の実施形態 図3は本発明の第4の実施形態(面発光レーザシステ
ム)の構成例を示す図である。図3を参照すると、この
面発光レーザシステムは、活性層101と該活性層10
1を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器102,
103との間に多重量子井戸構造部104を備え、活性
層101に電流を注入するための第1の電極の組(10
5,106)と多重量子井戸構造部104に電界を印加
するための第2の電極の組(106,107)とがそれ
ぞれ独立に設けられ、第2の電極の組(106,10
7)により多重量子井戸構造部104に電界を印加する
ことによって多重量子井戸構造部104の屈折率を変化
させ発振波長を可変とする面発光レーザ素子110と、
面発光レーザ素子110の発振波長を検出する発振波長
検出手段120とを有している。なお、図3では、面発
光レーザ素子110として、基板側から光を取り出す構
造をもったものが例として示されている。
Fourth Embodiment FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a fourth embodiment (surface emitting laser system) of the present invention. Referring to FIG. 3, the surface emitting laser system includes an active layer 101 and the active layer 10.
A pair of distributed Bragg reflectors 102 facing each other
And a first set of electrodes (10) for injecting current into the active layer 101.
, 106) and a second set of electrodes (106, 107) for applying an electric field to the multiple quantum well structure 104 are provided independently of each other, and the second set of electrodes (106, 10
7) a surface emitting laser device 110 that changes the refractive index of the multiple quantum well structure 104 by applying an electric field to the multiple quantum well structure 104 to vary the oscillation wavelength;
Oscillation wavelength detecting means 120 for detecting the oscillation wavelength of the surface emitting laser element 110. FIG. 3 shows an example of the surface emitting laser element 110 having a structure for extracting light from the substrate side.

【0040】この面発光レーザシステムでは、面発光レ
ーザ素子110の発振波長を検出する発振波長検出手段
120が設けられていることにより、検出される発振波
長が所望の発振波長となるように、面発光レーザ素子1
10の多重量子井戸構造部104への印加電圧(バイア
ス電圧)を調整することができる。
In this surface emitting laser system, the oscillation wavelength detecting means 120 for detecting the oscillation wavelength of the surface emitting laser element 110 is provided, so that the detected oscillation wavelength becomes a desired oscillation wavelength. Light emitting laser device 1
The applied voltage (bias voltage) to the ten multiple quantum well structure portions 104 can be adjusted.

【0041】図4は本発明に係る面発光レーザシステム
の他の構成例を示す図である。図4の面発光レーザシス
テムでは、図3の面発光レーザシステムにおいて、発振
波長検出手段120によって検出される発振波長が所望
の発振波長となるように、面発光レーザ素子110の多
重量子井戸構造部104への印加電圧を調整する電圧調
整手段130がさらに設けられている。面発光レーザ素
子110の多重量子井戸構造部104への印加電圧を調
整する電圧調整手段130がさらに設けられていること
によって、面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部への
印加電圧(バイアス電圧)の調整が自動的になされる。
FIG. 4 is a diagram showing another example of the configuration of the surface emitting laser system according to the present invention. In the surface emitting laser system of FIG. 4, in the surface emitting laser system of FIG. 3, the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element 110 is set so that the oscillation wavelength detected by the oscillation wavelength detecting means 120 becomes a desired oscillation wavelength. Voltage adjusting means 130 for adjusting the voltage applied to 104 is further provided. Since the voltage adjusting means 130 for adjusting the voltage applied to the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser device 110 is further provided, the voltage (bias voltage) applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device is provided. Is automatically adjusted.

【0042】第5の実施形態 図5は本発明の第5の実施形態(面発光レーザ素子)の
構成例を示す図である。図5を参照すると、この面発光
レーザ素子は、活性層101と該活性層101を挟んで
対向する一対の分布ブラッグ反射器102,103との
間に多重量子井戸構造部104を備え、活性層101に
電流を注入するための第1の電極の組(105,10
6)と多重量子井戸構造部104に電界を印加するため
の第2の電極の組(106,107)とがそれぞれ独立
に設けられ、第2の電極の組(106,107)により
多重量子井戸構造部104に電界を印加することによっ
て多重量子井戸構造部104の屈折率を変化させ発振波
長を可変とする面発光レーザ素子本体110と、該面発
光レーザ素子本体110の光出射面とは反対の側の共振
器外部に設けられ、該面発光レーザ素子本体110の光
出射面から入射し面発光レーザ素子本体を透過した発振
波長付近の光を検出する光検出手段111とを有してい
る。
Fifth Embodiment FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a fifth embodiment (surface emitting laser element) of the present invention. Referring to FIG. 5, the surface emitting laser device includes a multiple quantum well structure 104 between an active layer 101 and a pair of distributed Bragg reflectors 102 and 103 opposed to each other with the active layer 101 interposed therebetween. A first set of electrodes (105, 10) for injecting current into
6) and a second set of electrodes (106, 107) for applying an electric field to the multiple quantum well structure 104 are provided independently of each other. The surface emitting laser device main body 110 in which the refractive index of the multiple quantum well structure portion 104 is changed by applying an electric field to the structure portion 104 to change the oscillation wavelength, and the light emitting surface of the surface emitting laser device main body 110 are opposite. And a light detecting means 111 for detecting light near the oscillation wavelength which is incident from the light emitting surface of the surface emitting laser element main body 110 and transmitted through the surface emitting laser element main body. .

【0043】ここで、光検出手段111には、光検出層
や光検出器等を用いることができる。
Here, as the light detecting means 111, a light detecting layer, a light detector, or the like can be used.

【0044】このように面発光レーザ素子本体110の
光出射面とは反対の側の共振器外部に、面発光レーザ素
子本体110の光出射面から入射し面発光レーザ素子本
体を透過した発振波長付近の光を検出する光検出手段1
11を有しているときには、共振器から発せられる光強
度、または、共振器の透過特性等の共振器構造に関する
光学情報を光検出手段111によって検出することがで
きる。
As described above, the oscillation wavelength that is incident on the outside of the cavity opposite to the light emitting surface of the surface emitting laser element main body 110 from the light emitting surface of the surface emitting laser element main body 110 and transmitted through the surface emitting laser element main body. Light detecting means 1 for detecting nearby light
When the light detecting means 11 is provided, the light detecting means 111 can detect optical information about the resonator structure such as the light intensity emitted from the resonator or the transmission characteristics of the resonator.

【0045】第6の実施形態 図6は、本発明の第6の実施形態(面発光レーザシステ
ム)の構成例を示す図である。図6を参照すると、第6
の実施形態の面発光レーザシステムは、第5の実施形態
の面発光レーザ素子(図5の面発光レーザ素子)と、面
発光レーザ素子の光出射面に、波長を掃引して単色光を
入射させる光入射手段140と、面発光レーザ素子の光
出射面に光入射手段140によって波長を掃引して単色
光を入射させ面発光レーザ素子(素子本体110)を透
過した発振波長付近の光が面発光レーザ素子の光検出手
段111で検出されるとき、光検出手段111で検出さ
れた光の光量を検知する光量検知手段141と、面発光
レーザ素子の多重量子井戸構造部104に電圧を印加す
る電圧印加手段142と、光量検知手段141で検知さ
れた光の光量が最大となったときに、そのときの単色光
の波長と面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部104
への印加電圧との関係を記憶する記憶手段143とを有
している。
Sixth Embodiment FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a sixth embodiment (surface emitting laser system) of the present invention. Referring to FIG.
In the surface emitting laser system according to the fifth embodiment, the wavelength is swept and monochromatic light is incident on the light emitting surface of the surface emitting laser element of the fifth embodiment (the surface emitting laser element of FIG. 5) and the surface emitting laser element. A light incident means 140 for causing light to enter the monochromatic light by sweeping the wavelength by the light incident means 140 onto the light emitting surface of the surface emitting laser element, and light having an oscillation wavelength near the oscillation wavelength transmitted through the surface emitting laser element (element body 110). When the light is detected by the light detecting means 111 of the light emitting laser element, a voltage is applied to the light quantity detecting means 141 for detecting the light quantity of the light detected by the light detecting means 111 and the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser element. When the light amount of the light detected by the voltage application unit 142 and the light amount detection unit 141 is maximized, the wavelength of the monochromatic light at that time and the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser element
Storage means 143 for storing the relationship with the applied voltage.

【0046】図6の面発光レーザシステムでは、面発光
レーザ素子の多重量子井戸構造部104に印加電圧を印
加している状態で、面発光レーザ素子の光出射面に光入
射手段140によって波長を掃引して単色光を入射さ
せ、面発光レーザ素子を透過した発振波長付近の光を面
発光レーザ素子の光検出手段111で検出させ、光検出
手段で検出された光の光量を光量検知手段141で検知
する。そして、光量検知手段141で検知された光の光
量が最大となったときに、そのときの単色光の波長と面
発光レーザ素子の多重量子井戸構造部104への印加電
圧との関係を記憶手段143に記憶する。そして、記憶
手段143に記憶されている単色光の波長と面発光レー
ザ素子の多重量子井戸構造部104への印加電圧との関
係に基づいて、所望の共振波長となるよう、電圧印加手
段142によって、面発光レーザ素子の多重量子井戸構
造部104への印加電圧を調節することができる。
In the surface emitting laser system shown in FIG. 6, while an applied voltage is applied to the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser element, the wavelength is set by the light incident means 140 on the light emitting surface of the surface emitting laser element. The monochromatic light is swept and made incident, the light near the oscillation wavelength transmitted through the surface emitting laser element is detected by the light detecting means 111 of the surface emitting laser element, and the light amount of the light detected by the light detecting means is detected by the light amount detecting means 141. To detect. When the light amount of the light detected by the light amount detecting unit 141 becomes maximum, the relationship between the wavelength of the monochromatic light and the voltage applied to the multiple quantum well structure unit 104 of the surface emitting laser element at that time is stored. 143. Then, based on the relationship between the wavelength of the monochromatic light stored in the storage unit 143 and the voltage applied to the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser element, the voltage application unit 142 adjusts the wavelength to a desired resonance wavelength. The voltage applied to the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser device can be adjusted.

【0047】また、図7は第6の実施形態の面発光レー
ザシステムの他の構成例を示す図である。図7の面発光
レーザシステムでは、図6の面発光レーザシステムにお
いて、面発光レーザ素子を所望の共振波長で発振させる
ときに、電圧印加手段142は、所望の共振波長に対応
する面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部104への
印加電圧を記憶手段143から自動的に割り出して面発
光レーザ素子の多重量子井戸構造部104に印加するよ
うになっている。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of the surface emitting laser system according to the sixth embodiment. In the surface emitting laser system of FIG. 7, when the surface emitting laser element is oscillated at a desired resonance wavelength in the surface emitting laser system of FIG. The voltage applied to the multiple quantum well structure 104 is automatically determined from the storage means 143 and applied to the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser device.

【0048】図7の面発光レーザシステムでは、電圧印
加手段142は、所望の共振波長に対応する面発光レー
ザ素子の多重量子井戸構造部104への印加電圧を記憶
手段143から割り出して面発光レーザ素子の多重量子
井戸構造部104に印加するようになっているので、面
発光レーザ素子本体が所望の共振波長で発振するよう
に、印加電圧を自動調節することができる。
In the surface emitting laser system shown in FIG. 7, the voltage applying means 142 determines the voltage applied to the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser element corresponding to a desired resonance wavelength from the storage means 143, and Since the voltage is applied to the multiple quantum well structure 104 of the device, the applied voltage can be automatically adjusted so that the surface emitting laser device body oscillates at a desired resonance wavelength.

【0049】このように、第6の実施形態の面発光レー
ザシステムでは、面発光レーザ素子の多重量子井戸構造
部104に印加電圧を印加している状態で、面発光レー
ザ素子本体110の光出射面から波長を連続的に変化さ
せた単色光を入射させ、面発光レーザ素子本体110内
を透過した単色光の光量を検出することによって面発光
レーザ素子本体110の共振器の共振波長(単色光の入
射波長)を検知し、このときに多重量子井戸構造部10
4に印加されている印加電圧と検知された共振波長(単
色光の入射波長)との関係を導出し、導出した印加電圧
と共振波長との関係に基づき印加電圧を調整して、共振
波長を調整することができる。
As described above, in the surface emitting laser system of the sixth embodiment, the light emission of the surface emitting laser element main body 110 is performed while the applied voltage is applied to the multiple quantum well structure 104 of the surface emitting laser element. Monochromatic light whose wavelength is continuously changed is incident from the surface, and the amount of the monochromatic light transmitted through the surface emitting laser element main body 110 is detected, whereby the resonance wavelength of the resonator of the surface emitting laser element main body 110 (monochromatic light) is detected. Of the multiple quantum well structure 10 at this time.
4, the relationship between the applied voltage and the detected resonance wavelength (the incident wavelength of monochromatic light) is derived, and the applied voltage is adjusted based on the derived relationship between the applied voltage and the resonance wavelength to change the resonance wavelength. Can be adjusted.

【0050】また、レーザ動作時の熱による波長変化
は、実際の駆動条件に近いパルスによって素子を駆動
し、注入電流と光検出電流の同期を取って、非電流注入
時の透過光を検出する事で、動作温度に対して較正(調
整)を加えることができる。この方法では、面発光レー
ザアレイに対しても一括にコリメートされた単色光を入
射させるのみで良いので、光学的なアライメントをほと
んど必要としない。また、面発光レーザ素子の共振器長
に関する情報を、受光部を流れる光電流として電気的に
検出することができるので、集積数の多い面発光レーザ
アレイに対しても容易にかつ並列に検査が行える。
The change in wavelength due to heat during laser operation is achieved by driving the element with a pulse close to the actual driving condition, synchronizing the injection current with the photodetection current, and detecting the transmitted light during non-current injection. Thus, calibration (adjustment) can be added to the operating temperature. In this method, since only collimated monochromatic light needs to be incident on the surface emitting laser array at a time, optical alignment is hardly required. In addition, since information on the cavity length of the surface emitting laser element can be electrically detected as a photocurrent flowing through the light receiving section, inspection can be performed easily and in parallel even on a surface emitting laser array with a large number of integrations. I can do it.

【0051】換言すれば、第6の実施形態の面発光レー
ザシステムでは、面発光レーザ素子本体110の光出射
面に、単色光を波長を連続的に変化させて入射し、光出
射面とは反対の側の共振器端面に設けた光検出手段11
1を用いて、透過光を検出し、共振波長を調べ、このと
きの多重量子井戸構造への印加電圧と、透過光が検出さ
れた時の入射波長とから、面発光レーザ素子の駆動条件
を調整する構成となっているので、簡便に、一括した駆
動条件の調整を行なうことができる。
In other words, in the surface emitting laser system of the sixth embodiment, monochromatic light is incident on the light emitting surface of the surface emitting laser element main body 110 while continuously changing the wavelength. Light detecting means 11 provided on the opposite end face of the resonator
1, the transmitted light is detected, the resonance wavelength is checked, and the driving condition of the surface emitting laser device is determined from the voltage applied to the multiple quantum well structure at this time and the incident wavelength when the transmitted light is detected. Since the adjustment is performed, it is possible to easily adjust the driving conditions collectively.

【0052】第7の実施形態 本発明の第7の実施形態は、上述した第1,第2,第3
または第5の実施形態の面発光レーザ素子が用いられて
いる面発光レーザアレイであり、この第7の実施形態で
は、2次元集積可能な波長可変面発光レーザアレイを提
供することができる。
Seventh Embodiment The seventh embodiment of the present invention is the same as the first, second and third embodiments described above.
Alternatively, this is a surface-emitting laser array using the surface-emitting laser element of the fifth embodiment. In the seventh embodiment, a wavelength-variable surface-emitting laser array capable of two-dimensional integration can be provided.

【0053】第8の実施形態 また、本発明の第8の実施形態は、上述した第1,第
2,第3または第5の実施形態の面発光レーザ素子、ま
たは、第4または第6の実施形態の面発光レーザシステ
ム、または、第7の実施形態の面発光レーザアレイが用
いられる光インターコネクションシステムであり、この
第8の実施形態では、用いることのできる波長帯域幅が
広い、波長分割多重(WDM)を用いた光インターコネ
クションシステムを容易に提供することができる。
Eighth Embodiment The eighth embodiment of the present invention is directed to the surface emitting laser device of the first, second, third or fifth embodiment described above, or the fourth or sixth embodiment. This is an optical interconnection system using the surface emitting laser system according to the embodiment or the surface emitting laser array according to the seventh embodiment. In the eighth embodiment, the wavelength division range is wide, An optical interconnection system using multiplexing (WDM) can be easily provided.

【0054】第9の実施形態 また、本発明の第9の実施形態は、上述した第1,第
2,第3または第5の実施形態の面発光レーザ素子、ま
たは、第4または第6の実施形態の面発光レーザシステ
ム、または、第7の実施形態の面発光レーザアレイが用
いられるローカルエリアネットワーク(LAN)システ
ムであり、この第9の実施形態では、用いることのでき
る波長帯域幅が広い、波長分割多重(WDM)を用いた
光LANシステムを容易に提供することができる。
Ninth Embodiment The ninth embodiment of the present invention is directed to the surface emitting laser device of the first, second, third or fifth embodiment, or the fourth or sixth embodiment. This is a local area network (LAN) system using the surface emitting laser system of the embodiment or the surface emitting laser array of the seventh embodiment. In the ninth embodiment, the usable wavelength bandwidth is wide. An optical LAN system using wavelength division multiplexing (WDM) can be easily provided.

【0055】[0055]

【実施例】実施例1 図8は実施例1の面発光レーザ素子の具体的な構成例を
示す図である。図8を参照すると、実施例1の面発光レ
ーザ素子は、n−GaAs基板2上に、AlAs/Ga
Asの35ペアの積層構造からなるn−DBR(分布ブ
ラッグ反射器)3と、アンドープGaAsスペーサー層
4と、GaInNAs/GaAsMQW活性層5と、ア
ンドープGaAsスペーサー層6と、p−AlAs層7
と、p−GaAsコンタクト層9と、屈折率変調のため
のGaInNAs/GaAsによる多重量子井戸構造部
11と、Al0.8Ga0.2As/GaAsの25ペアの積
層構造からなるアンドープDBR12と、p−GaAs
コンタクト層13とが順次積層されている。そして、n
−GaAs基板2の裏面にはn電極1が形成され、ま
た、p−GaAsコンタクト層9上にはp電極10が形
成され、また、p−GaAsコンタクト層13上にはp
電極14が形成されている。
Embodiment 1 FIG. 8 is a view showing a specific configuration example of the surface emitting laser device of Embodiment 1. Referring to FIG. 8, the surface emitting laser device according to the first embodiment includes an AlAs / Ga
An n-DBR (distributed Bragg reflector) 3 having a laminated structure of 35 pairs of As, an undoped GaAs spacer layer 4, a GaInNAs / GaAs MQW active layer 5, an undoped GaAs spacer layer 6, and a p-AlAs layer 7
A p-GaAs contact layer 9, a multiple quantum well structure 11 made of GaInNAs / GaAs for refractive index modulation, an undoped DBR 12 having a stacked structure of 25 pairs of Al 0.8 Ga 0.2 As / GaAs, and p-GaAs.
The contact layers 13 are sequentially stacked. And n
The n-electrode 1 is formed on the back surface of the -GaAs substrate 2, the p-electrode 10 is formed on the p-GaAs contact layer 9, and the p-electrode 10 is formed on the p-GaAs contact layer 13.
An electrode 14 is formed.

【0056】なお、実施例1では、活性層5としてGa
InNAs/GaAs混晶からなる3重量子井戸活性層
を用いた。このとき、活性層5のGaInNAs層の厚
さを7nmとし、また、活性層5のGaAs層の厚さを
15nmとした。GaInNAs混晶のIn組成は0.
3とした。
In the first embodiment, Ga is used as the active layer 5.
A triple quantum well active layer made of an InNAs / GaAs mixed crystal was used. At this time, the thickness of the GaInNAs layer of the active layer 5 was set to 7 nm, and the thickness of the GaAs layer of the active layer 5 was set to 15 nm. The In composition of the GaInNAs mixed crystal is 0.1.
It was set to 3.

【0057】また、p−GaAsコンタクト層9,13
の厚さをそれぞれ100nmとし、AlAs層7の厚さ
を30nmとして、GaAsスペーサー層4,6、活性
層5、コンタクト層9、及び多重量子井戸構造部11か
らなる共振領域の厚さを、活性層5が共振領域の中心に
位置し、2波長共振器を構成するように調整した。
The p-GaAs contact layers 9 and 13
Is 100 nm, the thickness of the AlAs layer 7 is 30 nm, and the thickness of the resonance region including the GaAs spacer layers 4 and 6, the active layer 5, the contact layer 9, and the multiple quantum well structure 11 is The adjustment was performed so that the layer 5 was located at the center of the resonance region and constituted a two-wavelength resonator.

【0058】また、アンドープDBR12のAl0.8
0.2As層の厚さを108nmとし、アンドープDB
R12のGaAs層の厚さを95nmとした。また、n
−DBR3のAlAs層の厚さを112nmとし、n−
DBR3のGaAs層の厚さを95nmとした。
The undoped DBR12 Al 0.8 G
a 0.2 As layer with a thickness of 108 nm, undoped DB
The thickness of the GaAs layer of R12 was 95 nm. Also, n
-The thickness of the AlAs layer of DBR3 is 112 nm, and n-
The thickness of the GaAs layer of DBR3 was 95 nm.

【0059】また、多重量子井戸構造部11は、AlG
aAs障壁層の厚さを10nm、GaInNAs井戸層
の厚さを10nmとし、18層積層した。また、多重量
子井戸構造部11の無バイアス状態での量子準位間のエ
ネルギーは、光吸収を防ぐために、発振光のエネルギー
に対して60meV以上高エネルギーとなるようにし
た。
The multiple quantum well structure 11 is made of AlG
The thickness of the aAs barrier layer was 10 nm, the thickness of the GaInNAs well layer was 10 nm, and 18 layers were stacked. In addition, the energy between the quantum levels of the multiple quantum well structure 11 in an unbiased state is set to be higher than the energy of the oscillation light by 60 meV or more in order to prevent light absorption.

【0060】図8の面発光レーザ素子は、次のような工
程によって作製される。すなわち、先ず、MOCVD法
によって、n−GaAs基板2上に、AlAs/GaA
sの35ペアの積層構造からなるn−DBR(分布ブラ
ッグ反射器)3と、アンドープGaAsスペーサー層4
と、GaInNAs/GaAsMQW活性層5と、アン
ドープGaAsスペーサー層6と、p−AlAs層7
と、p−GaAsコンタクト層9と、屈折率変調のため
のGaInNAs/GaAsによる多重量子井戸構造部
11と、Al0.8Ga0.2As/GaAsの25ペアの積
層構造からなるアンドープDBR12と、p−GaAs
コンタクト層13とを順次に積層する。
The surface emitting laser device shown in FIG. 8 is manufactured by the following steps. That is, first, AlAs / GaAs is formed on the n-GaAs substrate 2 by MOCVD.
n-DBR (distributed Bragg reflector) 3 having a laminated structure of 35 pairs of s and undoped GaAs spacer layer 4
, GaInNAs / GaAs MQW active layer 5, undoped GaAs spacer layer 6, p-AlAs layer 7
A p-GaAs contact layer 9, a multiple quantum well structure 11 made of GaInNAs / GaAs for refractive index modulation, an undoped DBR 12 having a stacked structure of 25 pairs of Al 0.8 Ga 0.2 As / GaAs, and p-GaAs.
The contact layers 13 are sequentially laminated.

【0061】しかる後、写真製版によってポスト状(円
柱状)のレジストパターンを形成し、ドライエッチング
により、p−GaAsコンタクト層13からp−GaA
sコンタクト層9までの各層をポスト状(円柱状)にエ
ッチング除去する。次に、レジストを除去した後、再び
レジストパターンを形成して、コンタクト層9、AlA
s層7のエッチング除去を順次に行なう。次に、加熱水
蒸気雰囲気中でAlAs層7の選択酸化を行い、コンタ
クト層9下に、選択酸化領域8による電流狭窄を兼ねた
単一横モード制御構造を形成する。次に、p電極10,
p電極14を、それぞれ、レジストのリフトオフ法を用
いて形成し、基板2の裏面に、光出力を取り出すための
開口(光出射部用の開口)を有するn電極1を形成す
る。
Thereafter, a post-shaped (columnar) resist pattern is formed by photolithography, and p-GaAs is removed from the p-GaAs contact layer 13 by dry etching.
Each layer up to the s-contact layer 9 is etched and removed in a post shape (column shape). Next, after removing the resist, a resist pattern is formed again, and the contact layer 9, the AlA
The etching removal of the s layer 7 is performed sequentially. Next, the AlAs layer 7 is selectively oxidized in a heated steam atmosphere to form a single transverse mode control structure which also serves as a current confinement by the selective oxidation region 8 under the contact layer 9. Next, the p electrode 10,
Each of the p-electrodes 14 is formed by using a resist lift-off method, and an n-electrode 1 having an opening for taking out light output (opening for a light emitting portion) is formed on the back surface of the substrate 2.

【0062】図8の面発光レーザ素子では、p電極10
とn電極1との間に順バイアス電圧を印加することで、
活性層5へ電流注入を行い、また、p電極14とp電極
10との間に電圧を印加することによって多重量子井戸
構造部11への電界印加(電圧印加)を行うことができ
る。
In the surface emitting laser device shown in FIG.
And applying a forward bias voltage between the n-electrode 1 and
By injecting a current into the active layer 5 and applying a voltage between the p-electrode 14 and the p-electrode 10, an electric field can be applied (voltage applied) to the multiple quantum well structure 11.

【0063】実施例1では、屈折率変調を行う多重量子
井戸構造部11の材料にGaInNAs/GaAs混晶
が用いられることにより、伝導帯バンド不連続量が増加
し、電子のリークを抑制することができる。これによっ
て、高電界印加下にわたって大きな屈折率変化が得ら
れ、波長可変幅は、従来の面発光レーザ素子に比べて大
きいものとなる。また、多重量子井戸構造部11の井戸
層材料をGaInNAs混晶とすることよって、多重量
子井戸構造部11の格子歪量を従来に比べて低減するこ
とができる。これによって、数μm厚のDBR層(分布
ブラッグ反射器)の結晶成長を行った後でも、素子表面
状態は良好であり、格子欠陥の発生,素子特性の劣化を
抑制できる。
In the first embodiment, the use of a GaInNAs / GaAs mixed crystal as the material of the multiple quantum well structure 11 for performing the refractive index modulation increases the conduction band discontinuity and suppresses the electron leakage. Can be. As a result, a large change in the refractive index is obtained under the application of a high electric field, and the wavelength tunable width is larger than that of the conventional surface emitting laser device. Further, by using a GaInNAs mixed crystal as the well layer material of the multiple quantum well structure 11, the amount of lattice distortion of the multiple quantum well structure 11 can be reduced as compared with the related art. As a result, even after crystal growth of a DBR layer (distributed Bragg reflector) having a thickness of several μm, the surface condition of the device is good, and generation of lattice defects and deterioration of device characteristics can be suppressed.

【0064】また、実施例1では、活性層5にGaIn
NAs混晶を用いることによって、活性層5からのキャ
リアオーバーフローが低減し、発振閾値電流および素子
発熱を低減できる。これによって、温度による波長変化
が少なく、波長制御が容易となる。
In the first embodiment, the active layer 5 has GaIn
By using the mixed crystal of NAs, carrier overflow from the active layer 5 is reduced, and the oscillation threshold current and the heat generation of the element can be reduced. As a result, the wavelength change due to temperature is small, and the wavelength control becomes easy.

【0065】実施例2 図9は実施例2の面発光レーザ素子の具体的な構成例を
示す図である。図9を参照すると、実施例2の面発光レ
ーザ素子は、n−GaAs基板22上に、AlAs/G
aAsの35ペアの積層構造からなるn−DBR23
と、屈折率変調のためのGaInNAs/GaAsによ
る多重量子井戸構造部24と、p−GaAsコンタクト
層25と、アンドープGaAsスペーサー層27と、G
aInNAs/GaAsMQW活性層28と、アンドー
プGaAsスペーサー層29と、p−AlAs層30
と、Al0.8Ga0.2As/GaAsの25ペアによるア
ンドープDBR32と、p−GaAsコンタクト層33
とが順次積層されている。そして、n−GaAs基板2
2の裏面にはn電極21が形成され、また、p−GaA
sコンタクト層25上にはn電極26が形成され、ま
た、p−GaAsコンタクト層33上にはp電極34が
形成されている。
Embodiment 2 FIG. 9 is a diagram showing a specific configuration example of a surface emitting laser device of Embodiment 2. Referring to FIG. 9, the surface emitting laser device according to the second embodiment includes an AlAs / G substrate on an n-GaAs substrate 22.
n-DBR23 having a laminated structure of 35 pairs of aAs
A multiple quantum well structure portion 24 of GaInNAs / GaAs for refractive index modulation, a p-GaAs contact layer 25, an undoped GaAs spacer layer 27,
aInNAs / GaAs MQW active layer 28, undoped GaAs spacer layer 29, p-AlAs layer 30
An undoped DBR 32 of 25 pairs of Al 0.8 Ga 0.2 As / GaAs, and a p-GaAs contact layer 33
Are sequentially laminated. Then, the n-GaAs substrate 2
2 has an n-electrode 21 formed on the back surface thereof and p-GaAs
An n-electrode 26 is formed on the s-contact layer 25, and a p-electrode 34 is formed on the p-GaAs contact layer 33.

【0066】ここで、実施例2の面発光レーザ素子(図
9の面発光レーザ素子)では、電界印加によって屈折率
を変化させるための多重量子井戸構造部24の井戸層
が、組成の異なる2つのGaInNAs層で構成されて
いる。
Here, in the surface-emitting laser device of Example 2 (the surface-emitting laser device of FIG. 9), the well layers of the multiple quantum well structure 24 for changing the refractive index by applying an electric field are composed of two layers having different compositions. It consists of two GaInNAs layers.

【0067】なお、実施例2の面発光レーザ素子におい
て、共振器構造及びDBR構造は実施例1の面発光レー
ザ素子と同様である。
In the surface emitting laser device of the second embodiment, the resonator structure and the DBR structure are the same as those of the surface emitting laser device of the first embodiment.

【0068】また、実施例2の面発光レーザ素子におい
て、多重量子井戸構造部24は、GaAs障壁層の厚さ
を10nmとした。また、多重量子井戸構造部24の井
戸層を構成する2種のGaInNAs層の厚さは、それ
ぞれ5nmとした。また、井戸層を構成する2種のGa
InNAs層は、窒素(N)およびIn組成の調整によ
って、同じ禁則帯幅となるようにし、一方のGaInN
As層の伝導帯エネルギーが他方の伝導帯エネルギーに
比べて、30meV程度低くなるようにした。
In the surface emitting laser device of Example 2, the thickness of the GaAs barrier layer of the multiple quantum well structure 24 was 10 nm. The thicknesses of the two types of GaInNAs layers constituting the well layers of the multiple quantum well structure 24 were each set to 5 nm. Also, two types of Ga forming the well layer
The InNAs layer is made to have the same forbidden band width by adjusting the composition of nitrogen (N) and In.
The conduction band energy of the As layer was set to be lower by about 30 meV than the other conduction band energy.

【0069】窒素を添加した場合には、禁則帯幅が減少
するとともに、伝導帯および価電子帯のエネルギーが低
下し、格子定数は小さくなる。一方、In組成を大きく
した場合には、禁則帯幅が減少するとともに、伝導帯の
エネルギーが低下し、価電子帯のエネルギーは増加し、
また、格子定数は大きくなる。従って、窒素およびIn
組成を調整することによって、自由度の高い設計が可能
となる。
When nitrogen is added, the forbidden band width decreases, the energy of the conduction band and the valence band decreases, and the lattice constant decreases. On the other hand, when the In composition is increased, the forbidden band width decreases, the energy of the conduction band decreases, and the energy of the valence band increases.
Also, the lattice constant increases. Therefore, nitrogen and In
By adjusting the composition, a highly flexible design is possible.

【0070】また、多重量子井戸構造部24全体の量子
準位間のエネルギーは、発振光のエネルギーに対して6
0meV以上高エネルギーとなるようにした。
The energy between the quantum levels of the entire multiple quantum well structure 24 is 6 to the energy of the oscillation light.
The energy was made higher than 0 meV.

【0071】図9の面発光レーザ素子は、次のような工
程によって作製される。すなわち、先ず、MOCVD法
によって、n−GaAs基板22上に、AlAs/Ga
Asの35ペアの積層構造からなるn−DBR23と、
屈折率変調のためのGaInNAs/GaAsによる多
重量子井戸構造部24と、p−GaAsコンタクト層2
5と、アンドープGaAsスペーサー層27と、GaI
nNAs/GaAsMQW活性層28と、アンドープG
aAsスペーサー層29と、p−AlAs層30と、A
0.8Ga0.2As/GaAsの25ペアによるアンドー
プDBR32と、p−GaAsコンタクト層33とを順
次に積層する。しかる後、図8の面発光レーザ素子と同
様に、ドライエッチングによって、p−GaAsコンタ
クト層25上までの各層をポスト状にエッチング除去
し、加熱水蒸気雰囲気中でAlAs層30の選択酸化を
行い、選択酸化領域31による電流狭窄を兼ねた単一横
モード制御構造を設ける。次に、n電極26,p電極3
4を順次形成し、基板22の裏面に光出射部用の開口を
有するn電極21を形成する。
The surface emitting laser device shown in FIG. 9 is manufactured by the following steps. That is, first, AlAs / Ga is formed on the n-GaAs substrate 22 by MOCVD.
An n-DBR 23 having a stacked structure of 35 pairs of As,
Multi-quantum well structure section 24 of GaInNAs / GaAs for refractive index modulation and p-GaAs contact layer 2
5, undoped GaAs spacer layer 27, GaI
nNAs / GaAs MQW active layer 28 and undoped G
aAs spacer layer 29, p-AlAs layer 30,
An undoped DBR 32 of 25 pairs of l 0.8 Ga 0.2 As / GaAs and a p-GaAs contact layer 33 are sequentially laminated. Thereafter, similarly to the surface emitting laser element of FIG. 8, each layer up to the p-GaAs contact layer 25 is etched and removed in a post shape by dry etching, and the AlAs layer 30 is selectively oxidized in a heated steam atmosphere. A single transverse mode control structure also serving as current confinement by the selective oxidation region 31 is provided. Next, the n-electrode 26 and the p-electrode 3
4 are sequentially formed, and an n-electrode 21 having an opening for a light emitting portion is formed on the back surface of the substrate 22.

【0072】図9の面発光レーザ素子では、p電極34
とn電極26との間にバイアス電圧を印加することによ
って、活性層28へ電流注入を行ない、また、n電極2
1とn電極26との間に電圧を印加することによって多
重量子井戸構造部24への電界印加(電圧印加)を行な
うことができる。
In the surface emitting laser device shown in FIG.
A current is injected into the active layer 28 by applying a bias voltage between the n-electrode 26 and the n-electrode 2.
By applying a voltage between the first and n-electrodes 26, an electric field can be applied (voltage applied) to the multiple quantum well structure 24.

【0073】実施例2の面発光レーザ素子では、多重量
子井戸構造部24を活性層28とn−DBR23との間
に設けるので、エッチング工程は一回でよく、製造が容
易になる。
In the surface emitting laser device of the second embodiment, since the multiple quantum well structure portion 24 is provided between the active layer 28 and the n-DBR 23, only one etching step is required, and the manufacture becomes easy.

【0074】また、実施例2の面発光レーザ素子では、
多重量子井戸構造部24の井戸層を、組成の異なる2種
のGaInNAs混晶によるスタガード構造としている
ことによって、同じ井戸幅および井戸数を持った単一組
成による方形ポテンシャル量子井戸構造と比較して、多
重量子井戸構造への同じ印加電圧に対して発振波長の変
化量が大きく、低電圧動作させることができる。また、
波長の可変幅も広くなる。
In the surface emitting laser device of the second embodiment,
Since the well layer of the multiple quantum well structure portion 24 has a staggered structure made of two kinds of GaInNAs mixed crystals having different compositions, the well layer is compared with a rectangular potential quantum well structure having a single composition having the same well width and the same number of wells. In addition, the change amount of the oscillation wavelength is large with respect to the same applied voltage to the multiple quantum well structure, so that a low voltage operation can be performed. Also,
The variable width of the wavelength also increases.

【0075】なお、実施例2では、Gaおよび窒素
(N)組成の両方を調整し、同じ禁則帯幅を有するGa
InNAs混晶によってスタガード構造量子井戸を構成
したが、この他にも、それぞれのGaInNAs層の禁
則帯幅は異なっていても良い。また、また窒素組成のみ
の調整によって作製されたものでもよい。
In Example 2, both Ga and the composition of nitrogen (N) were adjusted to obtain Ga having the same forbidden band width.
Although the staggered structure quantum well is formed by the InNAs mixed crystal, the band gap of each GaInNAs layer may be different. Moreover, the one produced by adjusting only the nitrogen composition may be used.

【0076】また、実施例2の面発光レーザ素子におい
ても、実施例1と同様に、活性層にGaInNAs混晶
を用いることによって、活性層からのキャリアオーバー
フローが低減し、発振閾値電流および素子発熱を低減で
きる。これによって、温度による波長変化が少なく、波
長制御が容易となる。
Also, in the surface emitting laser device of the second embodiment, similarly to the first embodiment, by using a GaInNAs mixed crystal for the active layer, carrier overflow from the active layer is reduced, and the oscillation threshold current and the heat generation of the device are reduced. Can be reduced. As a result, the wavelength change due to temperature is small, and the wavelength control becomes easy.

【0077】実施例3 図10は実施例3の面発光レーザ素子の具体的な構成例
を示す図である。なお、図10の例では、素子の基本的
な構造は図8の素子と同じとなっており、図10におい
て、図8と対応する箇所には同じ符号を付している。
Embodiment 3 FIG. 10 is a view showing a specific configuration example of a surface emitting laser device of Embodiment 3. Note that, in the example of FIG. 10, the basic structure of the element is the same as that of the element of FIG. 8, and in FIG. 10, portions corresponding to FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.

【0078】実施例3の面発光レーザ素子では、多重量
子井戸構造部11の障壁層をII-VI族混晶半導体である
Cd0.58Zn0.42Sとし、井戸層の材料をGaInNA
sとしている。また、活性層5には、SKモードで結晶
成長を行ったGaInAs量子ドットを用いている。共
振器構造及びDBR構造は実施例1と同様である。多重
量子井戸構造11の結晶成長時には、成長温度を可能な
限り低温とし、ヘテロ接合面での相互拡散を抑制した。
In the surface emitting laser device of the third embodiment, the barrier layer of the multiple quantum well structure 11 is made of Cd 0.58 Zn 0.42 S which is a II-VI group mixed crystal semiconductor, and the material of the well layer is GaInNA.
s. For the active layer 5, GaInAs quantum dots grown in SK mode are used. The resonator structure and the DBR structure are the same as in the first embodiment. During the crystal growth of the multiple quantum well structure 11, the growth temperature was set as low as possible to suppress the interdiffusion at the heterojunction surface.

【0079】図10の面発光レーザ素子は、次のような
工程によって作製される。すなわち、図8の面発光レー
ザ素子と同様にして、結晶成長、および、加工、電極形
成を行なう。しかる後、素子全面にSiO2等の絶縁膜
15を形成し、電極部分の絶縁膜除去を行なう。この
後、導電性樹脂16をスピンコートし、ポスト部分の埋
め込みを行なう。これによって、電極パターンが形成さ
れたサブマウント上などへ、例えば半田のリフロー等を
用いp電極面を下にして容易に実装することができる。
The surface emitting laser device shown in FIG. 10 is manufactured by the following steps. That is, crystal growth, processing, and electrode formation are performed in the same manner as in the surface emitting laser element of FIG. Thereafter, an insulating film 15 such as SiO 2 is formed on the entire surface of the element, and the insulating film is removed from the electrode portion. Thereafter, the conductive resin 16 is spin-coated to bury the post portion. Thus, it can be easily mounted on the submount on which the electrode pattern is formed, with the p-electrode surface facing down, for example, by using solder reflow.

【0080】実施例3の面発光レーザ素子では、多重量
子井戸構造部11の障壁層にCd0. 58Zn0.42S等のII
-VI族混晶半導体を用いることで、高電界の印加下まで
波長変化が得られ、またその変化量も大きい。また、実
施例3の面発光レーザ素子は、活性層5を量子ドット構
造とすることで、量子サイズ効果によって発振閾値電
流、及び素子発熱を低減させることができる。これによ
って、温度による波長変化が少なく、波長制御が容易と
なる。
In the surface emitting laser device according to the third embodiment,
Cd is added to the barrier layer of the subwell structure 11.0. 58Zn0.42II such as S
Up to high electric field application by using -VI group mixed crystal semiconductor
A wavelength change is obtained, and the amount of change is large. In addition,
In the surface emitting laser device according to the third embodiment, the active layer 5 has a quantum dot structure.
The oscillation threshold voltage due to the quantum size effect.
Flow and element heat generation can be reduced. This
Therefore, wavelength change due to temperature is small and wavelength control is easy.
Become.

【0081】実施例4 図11は実施例4の面発光レーザシステムの具体的な構
成例を示す図をである。図11の面発光レーザシステム
は、第4の実施形態の面発光レーザシステムの具体例と
なっている。すなわち、図11の面発光レーザシステム
は、第1,第2または第3の実施形態の面発光レーザ素
子110と、面発光レーザ素子110の発振状態光の波
長を検出し、面発光レーザ素子110の発振波長が所望
の発振波長になるように、面発光レーザ素子の多重量子
井戸構造への印加電圧を調整するバイアス制御回路42
とを有しており、バイアス制御回路42によって面発光
レーザ素子110の発振波長制御を動的に行なうように
なっている。このことからもわかるように、バイアス制
御回路42は、第4の実施形態の発振波長検出手段12
0と電圧調節手段130との機能を具備したものとなっ
ている。
Fourth Embodiment FIG. 11 is a view showing a specific configuration example of a surface emitting laser system according to a fourth embodiment. The surface emitting laser system of FIG. 11 is a specific example of the surface emitting laser system of the fourth embodiment. That is, the surface emitting laser system of FIG. 11 detects the surface emitting laser element 110 of the first, second, or third embodiment and the wavelength of the oscillation state light of the surface emitting laser element 110, and Control circuit 42 for adjusting the voltage applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device so that the oscillation wavelength of the laser beam becomes a desired oscillation wavelength.
The oscillation wavelength of the surface emitting laser element 110 is dynamically controlled by the bias control circuit 42. As can be understood from this, the bias control circuit 42 is provided with the oscillation wavelength detecting unit 12 of the fourth embodiment.
It has a function of 0 and the voltage adjusting means 130.

【0082】図11の面発光レーザシステムによれば、
動作状態に応じてバイアス電圧を変化させることができ
るので、波長可変幅が広く波長安定性の高い、第1,第
2または第3の実施形態の面発光レーザ素子を用いたレ
ーザシステムを提供することができる。
According to the surface emitting laser system shown in FIG.
Since the bias voltage can be changed according to the operation state, a laser system using the surface emitting laser device of the first, second or third embodiment having a wide wavelength tunable range and high wavelength stability is provided. be able to.

【0083】実施例5 図12は実施例5の面発光レーザ素子の具体的な構成例
を示す図である。なお、図12の例では、素子の基本的
な構造は図8,図10の素子と同じとなっており、図1
2において、図8,図10と対応する箇所には同じ符号
を付している。
Fifth Embodiment FIG. 12 is a view showing a specific configuration example of the surface emitting laser device of the fifth embodiment. In the example of FIG. 12, the basic structure of the element is the same as that of the elements of FIGS.
In FIG. 2, portions corresponding to those in FIGS. 8 and 10 are denoted by the same reference numerals.

【0084】図12の面発光レーザ素子は、面発光レー
ザ素子本体が図10の面発光レーザ素子と同様のものと
なっており,図10の面発光レーザ素子のp−GaAs
コンタクト層13上に、第5の実施形態の光検出手段1
11としてのpinダイオード17が形成され、pin
ダイオード17上に、n−GaAsコンタクト層18,
n電極19が形成されたものとなっている。
The surface emitting laser element of FIG. 12 has the same surface emitting laser element body as the surface emitting laser element of FIG. 10, and the p-GaAs of the surface emitting laser element of FIG.
On the contact layer 13, the light detecting means 1 of the fifth embodiment
A pin diode 17 as 11 is formed,
On the diode 17, an n-GaAs contact layer 18,
An n-electrode 19 is formed.

【0085】実施例5の面発光レーザ素子は、実施例
1,実施例3と同様の手順によってp−GaAsコンタ
クト層13までを実施例1と同様に結晶成長し、次に、
GaInNAs材料からなるpinダイオード17、n
−GaAsコンタクト層18の結晶成長を行い、実施例
1,実施例3と同様の手法を用いてポスト形成、選択酸
化、電極形成を行なう。この面発光レーザ素子の光出射
面は基板2側であり、pinダイオード17は光出射面
とは反対の側の共振器端部に設けられている。また、p
inダイオード17上には、pinダイオード17に独
立に電圧を印加するためのn電極19が設けられてい
る。
In the surface emitting laser device of the fifth embodiment, the crystal is grown up to the p-GaAs contact layer 13 in the same manner as in the first and third embodiments in the same manner as in the first embodiment.
Pin diode 17 made of GaInNAs material, n
Crystal growth of the GaAs contact layer 18 is performed, and post formation, selective oxidation, and electrode formation are performed using the same method as in the first and third embodiments. The light emitting surface of this surface emitting laser element is on the substrate 2 side, and the pin diode 17 is provided at the end of the resonator opposite to the light emitting surface. Also, p
On the in diode 17, an n electrode 19 for applying a voltage to the pin diode 17 independently is provided.

【0086】実施例5の面発光レーザ素子は、n電極
1、p電極10を順バイアスして活性層5へ電流注入を
行なうことができ、また、p電極10及びp電極14に
よって多重量子井戸構造部11に電界を印加して屈折率
を変化させることができ、また、p電極14及びn電極
19によってpinダイオード17を逆バイアスして光
検出を行なうことができる。
In the surface emitting laser device of the fifth embodiment, current can be injected into the active layer 5 by forward biasing the n-electrode 1 and the p-electrode 10, and the multiple quantum well can be formed by the p-electrode 10 and the p-electrode 14. An electric field can be applied to the structure 11 to change the refractive index, and photodetection can be performed by reversely biasing the pin diode 17 with the p-electrode 14 and the n-electrode 19.

【0087】図12の面発光レーザ素子では、発振時の
光出力、及び、素子の光透過特性などをモニタすること
が可能である。また、pinダイオード17の材料とし
ては、発振波長帯に対して受光感度を持つものであれば
良く、この他のものを用いても良い。また、上述の例で
は、面発光レーザ素子本体上に結晶成長によって光検出
手段111を作製したが、この他にも、面発光レーザ素
子本体に張り合わせや接着などによって光検出手段11
1となる他の電子部品を設けたものでも良い。
In the surface emitting laser device shown in FIG. 12, it is possible to monitor the light output during oscillation and the light transmission characteristics of the device. Further, as the material of the pin diode 17, any material having light receiving sensitivity in the oscillation wavelength band may be used, and other materials may be used. In the above-described example, the light detecting means 111 is manufactured by crystal growth on the surface emitting laser element main body. However, the light detecting means 111 may be formed by bonding or bonding to the surface emitting laser element main body.
The other electronic component which becomes 1 may be provided.

【0088】実施例5の面発光レーザ素子では、面発光
レーザ素子の光出射面から単色光を入射させ波長を掃引
することで、反対側の共振器端面に設けた光検出手段1
11(図12の例では、pinダイオード17)により
共振器の透過特性が得られ、共振波長を調べることがで
きる。この時の多重量子井戸構造への印加印加電圧,素
子温度等の情報を共振波長とともにフラッシュメモリ等
の記憶手段に記憶させておくことで、素子毎に発振時に
必要なバイアス設定(印加電圧設定)を行うことができ
る。このようにして波長調整がなされた面発光レーザ素
子は、高い精度で波長を選択することができる。また、
波長調整に必要なデータは、アレイ一括に電気的に得ら
れるので、高精度の光学アライメントが不要である。
In the surface emitting laser device of the fifth embodiment, the monochromatic light is made incident from the light emitting surface of the surface emitting laser device to sweep the wavelength, so that the light detecting means 1 provided on the opposite end face of the resonator is provided.
11 (pin diode 17 in the example of FIG. 12), the transmission characteristics of the resonator can be obtained, and the resonance wavelength can be checked. By storing information such as the applied voltage to the multiple quantum well structure and the device temperature together with the resonance wavelength in a storage means such as a flash memory at this time, the bias setting necessary for oscillation for each device (setting of applied voltage) It can be performed. The wavelength of the surface emitting laser element whose wavelength has been adjusted in this manner can select a wavelength with high accuracy. Also,
Since data necessary for wavelength adjustment can be obtained electrically in a lump of the array, high-precision optical alignment is not required.

【0089】実施例6 図13は実施例6の面発光レーザアレイを用いた多波長
光源システムの具体的な構成例を示す図である。図13
の多波長光源システムでは、第1,第2,第3または第
5の実施形態の面発光レーザ素子、または、第4または
第6の実施形態の面発光レーザシステムが用いられてお
り(複数の(n個の)面発光レーザ素子がアレイ状に配
置された面発光レーザアレイ(多波長アレイ)42が多
波長光源として用いられており)、多重量子井戸構造へ
の印加電圧を制御するためのバイアス制御回路43によ
って、アレイ42内のn個の面発光レーザ素子毎に異な
る発振波長λ1,λ2,…,λnが得られるように制御さ
れている。なお、アレイの形状は1次元以外にも2次元
配列とすることもできる。
Sixth Embodiment FIG. 13 is a diagram showing a specific configuration example of a multi-wavelength light source system using the surface emitting laser array of the sixth embodiment. FIG.
In the multi-wavelength light source system, the surface emitting laser device according to the first, second, third or fifth embodiment, or the surface emitting laser system according to the fourth or sixth embodiment is used. A surface-emitting laser array (multi-wavelength array) 42 in which (n) surface-emitting laser elements are arranged in an array is used as a multi-wavelength light source) for controlling a voltage applied to a multiple quantum well structure. The bias control circuit 43 controls so that different oscillation wavelengths λ 1 , λ 2 ,..., Λ n are obtained for each of the n surface emitting laser elements in the array 42. The shape of the array may be a two-dimensional array other than the one-dimensional array.

【0090】この際、面発光レーザ素子毎に発振波長の
設定を行うバイアス電圧の制御元となる信号は、発振光
を直接モニタしたものであっても良いし、または、実施
例5のよう予め素子毎に調整されたデータを用いるもの
であっても良い。
At this time, the signal serving as the control source of the bias voltage for setting the oscillation wavelength for each surface emitting laser element may be a signal obtained by directly monitoring the oscillation light, or a signal as described in the fifth embodiment. Data adjusted for each element may be used.

【0091】実施例6の面発光レーザアレイ(多波長ア
レイ)42は、面発光レーザ素子毎に発振波長変化させ
ることができるので、応用範囲が広く、また、各面発光
レーザ素子に第1,第2,第3または第5の実施形態の
面発光レーザ素子を用いたことで、波長の可変幅も広
い。
The surface emitting laser array (multi-wavelength array) 42 of the sixth embodiment can vary the oscillation wavelength for each surface emitting laser element, so that it can be applied to a wide range of applications. By using the surface emitting laser device of the second, third, or fifth embodiment, the variable width of the wavelength is wide.

【0092】実施例7 図14は実施例7の光インターコネクションシステムの
構成例を示す図である。図14の光インターコネクショ
ンシステムは、チップ1とチップ2との間で光ファイバ
を介して光信号の送受信を行うように構成されている。
ここで、チップ1,チップ2には,図13に示したよう
な面発光レーザアレイ光源が用いられる(第1,第2,
第3または第5の実施形態の面発光レーザ素子、また
は、第4または第6の実施形態の面発光レーザシステム
が用いられる)。すなわち、チップ1には、面発光レー
ザアレイ42−1と、バイアス制御回路43−1と、合
波・分波手段44−1と、PD等の受光手段45−1と
が設けられている。同様に,チップ2には、面発光レー
ザアレイ42−2と、バイアス制御回路43−2と、合
波・分波手段44−2と、PD等の受光手段45−2と
が設けられている。
Seventh Embodiment FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of an optical interconnection system according to a seventh embodiment. The optical interconnection system of FIG. 14 is configured to transmit and receive an optical signal between the chip 1 and the chip 2 via an optical fiber.
Here, a surface emitting laser array light source as shown in FIG. 13 is used for the chips 1 and 2 (first, second, and second).
The surface emitting laser device according to the third or fifth embodiment, or the surface emitting laser system according to the fourth or sixth embodiment is used). That is, the chip 1 is provided with the surface emitting laser array 42-1, the bias control circuit 43-1, the multiplexing / demultiplexing means 44-1 and the light receiving means 45-1 such as a PD. Similarly, the chip 2 is provided with a surface emitting laser array 42-2, a bias control circuit 43-2, a multiplexing / demultiplexing unit 44-2, and a light receiving unit 45-2 such as a PD. .

【0093】図14の光インターコネクションシステム
では、面発光レーザ素子毎に違った発振波長に制御され
た面発光レーザアレイ(多波長アレイ)42−1,42
−2を用いており、送信側では、例えば光カプラー等の
合波手段44−1または44−2によって、一本の光フ
ァイバに異なる波長の光を導き、受信側ではグレーティ
ング等の分波手段44−2または44−1によって波長
毎に光を分波した後、PD等の受光手段45−2または
45−1によって信号受信が行われる。
In the optical interconnection system shown in FIG. 14, surface emitting laser arrays (multi-wavelength arrays) 42-1, 42 controlled to different oscillation wavelengths for each surface emitting laser element.
On the transmitting side, light of different wavelengths is guided to one optical fiber by a multiplexing means 44-1 or 44-2 such as an optical coupler, and on the receiving side, a demultiplexing means such as a grating is used. After demultiplexing the light for each wavelength by 44-2 or 44-1, a signal is received by light receiving means 45-2 or 45-1 such as a PD.

【0094】図14の光インターコネクションシステム
では、バイアス制御回路43−1,43−2は、発振光
の波長を直接検出することによって、面発光レーザ素子
の多重量子井戸構造に印加する電圧の制御を行ってい
る。この他にも、前述のように、予め記憶された情報に
従って波長調整を行うシステム構成とすることもでき
る。
In the optical interconnection system of FIG. 14, the bias control circuits 43-1 and 43-2 control the voltage applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device by directly detecting the wavelength of the oscillation light. It is carried out. In addition, as described above, it is also possible to adopt a system configuration for performing wavelength adjustment in accordance with information stored in advance.

【0095】また、図14の光インターコネクションシ
ステムでは、第1,第2,第3または第5の実施形態の
面発光レーザ素子、または、第4または第6の実施形態
の面発光レーザシステムを用いたことによって、微小な
波長間隔で広い波長可変幅を用いることができることか
ら、従来に比べ大量の情報伝送を高速に行うことが可能
となる。
In the optical interconnection system shown in FIG. 14, the surface emitting laser device of the first, second, third or fifth embodiment or the surface emitting laser system of the fourth or sixth embodiment is used. By using this, a large wavelength variable width can be used at a minute wavelength interval, so that a large amount of information can be transmitted at a higher speed than in the past.

【0096】実施例8 図15は実施例8のローカルエリアネットワーク(LA
N)システムの構成例を示す図である。図15のLAN
システムは、端末とサーバーとの間をイーサネット(登
録商標)等のプロトコルによって光ケーブルによって接
続して構成されている。例えば、各端末はフロア毎にス
イッチに接続され、次にコアスイッチを介してサーバー
に接続されている。第1,第2,第3または第5の実施
形態の面発光レーザ素子、または、第4または第6の実
施形態の面発光レーザシステムは、発振波長を連続的に
変化させることができるので、所望の波長を容易に得る
ことが可能であり、また波長の可変幅が広いので、用い
ることのできる波長帯域も広い。従って従来に比べ大量
の情報伝送を高速に行うことが可能となる。
Eighth Embodiment FIG. 15 shows a local area network (LA) of an eighth embodiment.
N) is a diagram illustrating a configuration example of a system. LAN of FIG.
The system is configured by connecting an optical cable between a terminal and a server according to a protocol such as Ethernet (registered trademark). For example, each terminal is connected to a switch for each floor, and then connected to a server via a core switch. Since the surface emitting laser device of the first, second, third or fifth embodiment, or the surface emitting laser system of the fourth or sixth embodiment can continuously change the oscillation wavelength, The desired wavelength can be easily obtained, and the variable wavelength range is wide, so that the usable wavelength band is wide. Therefore, it is possible to transmit a large amount of information at a higher speed than before.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
発明によれば、電界印加によって屈折率変化を生じさせ
る多重量子井戸構造部の井戸層にGaInNAs混晶が
用られるので、電界印加時の多重量子井戸構造部の井戸
層からの電子のリークを抑制し、高電界下にわたって大
きな屈折率変化を得ることの可能な面発光レーザ素子を
提供することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the GaInNAs mixed crystal is used for the well layer of the multiple quantum well structure in which the refractive index is changed by applying an electric field. It is possible to provide a surface emitting laser element capable of suppressing the leakage of electrons from the well layer of the multiple quantum well structure at the time and obtaining a large change in the refractive index under a high electric field.

【0098】すなわち、波長1〜1.3μm帯の面発光
レーザにおいて多重量子井戸構造からなる屈折率変調領
域を作製しようとした場合、従来のIII-V族混晶半導体
材料では、例えばInGaAs等が井戸層の材料に挙げ
られる。しかし、GaInNAs混晶を多重量子井戸構
造の井戸層として用いると、窒素添加によるバンドギャ
ップボーイングによって主に伝導帯エネルギーが大きく
減少しており、同じ禁則幅のInGaAs材料と比較し
た場合、伝導帯側に深いポテンシャル井戸を作ることが
できる。従って、特に電界印加時に井戸層からリークし
易い電子に対して、強い閉じ込め効果が得られ、励起子
が解離しにくく、従来よりも強い電界印加下にわたって
大きな屈折率変化を得ることができる。これによって、
従来と比べ広い波長可変幅を持った波長可変面発光レー
ザ素子を得ることができる。
That is, when an attempt is made to fabricate a refractive index modulation region having a multiple quantum well structure in a surface emitting laser having a wavelength of 1 to 1.3 μm, for example, InGaAs or the like is used as a conventional III-V mixed crystal semiconductor material. One of the materials for the well layer. However, when the GaInNAs mixed crystal is used as the well layer of the multiple quantum well structure, the conduction band energy is largely reduced mainly by band gap bowing due to nitrogen addition, and when compared with the InGaAs material having the same forbidden width, the conduction band side is reduced. A deep potential well can be created. Accordingly, a strong confinement effect is obtained particularly for electrons that easily leak from the well layer when an electric field is applied, excitons are less likely to be dissociated, and a large change in the refractive index can be obtained under the application of a stronger electric field than before. by this,
A tunable surface emitting laser device having a wider tunable width than the conventional one can be obtained.

【0099】また、GaInNAs混晶は、窒素を添加
する事で格子定数が減少しており、同じ禁則帯幅のIn
GaAs混晶と比較して基板との格子不整度を小さくす
ることができる。波長可変面発光レーザ素子では、屈折
率変調を行う為の多重量子井戸構造は十ペア程度以上必
要であり、更に多重量子井戸構造上に数μm厚のDBR
の結晶成長を行う必要がある。多重量子井戸構造の格子
不整度が大きい場合は、多重量子井戸構造及びDBR層
の結晶成長時に、転移等の結晶欠陥を生じ素子特性を劣
化させてしまう。このように厚い反射鏡を必要とする面
発光レーザ素子では、多重量子井戸構造の格子歪量を低
減することが非常に重要である。
The GaInNAs mixed crystal has a reduced lattice constant by adding nitrogen, and has the same forbidden band width.
The degree of lattice misalignment with the substrate can be reduced as compared with the GaAs mixed crystal. In a wavelength tunable surface emitting laser device, a multi-quantum well structure for performing refractive index modulation requires about 10 pairs or more, and a DBR having a thickness of several μm is formed on the multi-quantum well structure.
Need to be grown. When the lattice irregularity of the multiple quantum well structure is large, crystal defects such as transition occur during the crystal growth of the multiple quantum well structure and the DBR layer, and the device characteristics are deteriorated. In a surface emitting laser device requiring such a thick reflecting mirror, it is very important to reduce the amount of lattice distortion of the multiple quantum well structure.

【0100】請求項1記載の発明のように多量子井戸構
造部の井戸層をGaInNAs混晶とすると、多重量子
井戸部の格子不整合度を非常に小さくでき、多重量子井
戸構造部、及び数μm厚のDBRを結晶性良く成長する
ことができる。これによって、特性の良好な素子を得る
ことができる。
When the well layer of the multiple quantum well structure is made of GaInNAs mixed crystal as in the first aspect of the present invention, the degree of lattice mismatch in the multiple quantum well can be made very small, and the multiple quantum well structure and the number A DBR having a thickness of μm can be grown with good crystallinity. As a result, an element having good characteristics can be obtained.

【0101】また、請求項2記載の発明によれば、電界
印加によって屈折率変化を生じさせる多重量子井戸構造
の井戸層を組成の異なるGaInNAs層で形成し、ス
タガード型接合となるようにしているので、低電界の印
加時での屈折率変化率が大きく、従来よりも低いバイア
ス電圧で大きな屈折率変化を得ることができ、これによ
って動作電圧が低減された波長可変面発光レーザ素子が
得られる。
According to the second aspect of the present invention, a well layer having a multiple quantum well structure in which a refractive index is changed by application of an electric field is formed of GaInNAs layers having different compositions to form a staggered junction. Therefore, the rate of change in the refractive index when a low electric field is applied is large, and a large change in the refractive index can be obtained with a bias voltage lower than in the past, whereby a wavelength tunable surface emitting laser device with a reduced operating voltage can be obtained. .

【0102】また、請求項3記載の発明によれば、請求
項1または請求項2に記載の面発光レーザ素子におい
て、多重量子井戸構造の障壁層には、II−VI族半導体
材料が用いられるので、キャリアの閉じ込めが非常に強
く、高電界印加下においても井戸からのキャリア(例え
ば電子)のリークを効果的に抑制でき、これによって、
高電界印加下にわたって大きな屈折率変化量が得られ、
波長可変量の大きな面発光レーザ素子が得られる。
According to the third aspect of the present invention, in the surface emitting laser device according to the first or second aspect, a II-VI group semiconductor material is used for a barrier layer having a multiple quantum well structure. Therefore, carrier confinement is very strong, and leakage of carriers (for example, electrons) from a well can be effectively suppressed even under the application of a high electric field.
A large amount of change in refractive index can be obtained under high electric field application,
A surface emitting laser device having a large wavelength variable amount can be obtained.

【0103】また、請求項4記載の発明によれば、請求
項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ
素子において、前記活性層には、GaInNAs半導体
材料が用いられるので、GaAs基板上に、1.3μm
帯、1.55μm帯や、これよりも更に長波長など、
0.9μmよりも長波長帯の面発光レーザ素子を得るこ
とができる。また、GaAs基板上では高品質なAlG
aAs/AlAsDBRや、AlAsの選択酸化による
電流狭窄構造を用いる事ができるので、優れた素子特性
が得られる。また、GaInNAs混晶では、伝導帯で
のバンド不連続量が大きくキャリアのオーバーフローが
効果的に抑制される。従って、発振無効電流が減少し低
閾値化とともに、素子温度の上昇が抑制される。例え
ば、文献「第47回応用物理学関係連合講演会予稿集3
1a−N−10」では、1.3μm帯の端面型レーザに
おいて発振波長の微分温度変化率が0.39nm/K、
禁則帯幅の温度変化率が0.42nm/Kと従来のIn
GaAsP材料に比べて半分程度の値であることが報告
されている。従って、GaInNAs混晶を活性層にも
用いた場合、発振波長の変動を最小限に留めることが可
能となる。これによって、素子の駆動状態,動作環境温
度等の変化に対する多重量子井戸構造のバイアス電圧制
御が簡単になる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the surface emitting laser device according to any one of the first to third aspects, a GaInNAs semiconductor material is used for the active layer. 1.3 μm on GaAs substrate
Band, 1.55 μm band, longer wavelength, etc.
A surface emitting laser element having a wavelength band longer than 0.9 μm can be obtained. In addition, high quality AlG
Since an aAs / AlAsDBR or a current confinement structure by selective oxidation of AlAs can be used, excellent device characteristics can be obtained. In the case of GaInNAs mixed crystal, the amount of band discontinuity in the conduction band is large, and carrier overflow is effectively suppressed. Therefore, the oscillation reactive current is reduced, the threshold value is lowered, and the rise in element temperature is suppressed. For example, refer to the document “The 47th Lecture Meeting on Applied Physics, 3
1a-N-10 ", the differential temperature change rate of the oscillation wavelength is 0.39 nm / K in the 1.3 μm band end-face type laser,
The temperature change rate of the forbidden band width is 0.42 nm / K, which is
It is reported that the value is about half that of the GaAsP material. Therefore, when GaInNAs mixed crystal is also used for the active layer, it is possible to minimize the fluctuation of the oscillation wavelength. This simplifies the control of the bias voltage of the multiple quantum well structure with respect to changes in the driving state of the device, the operating environment temperature, and the like.

【0104】また、請求項5記載の発明によれば、請求
項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ
素子において、前記活性層には、GaInNAsまたは
GaInAs半導体材料からなる量子ドット構造が用い
られるので、GaAs基板上において、1.2μm帯か
ら1.55μm帯の発振波長を得ることができ、優れた
素子特性を得ることができる。また、量子ドット構造で
は、量子サイズ効果により、さらに発振閾値電流を低減
することが可能となり、素子発熱の低減によって、素子
の波長可変幅,効率の低下を抑制することできる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the surface emitting laser device according to any one of the first to third aspects, the active layer includes a quantum well made of a GaInNAs or GaInAs semiconductor material. Since the dot structure is used, an oscillation wavelength in a band of 1.2 μm to 1.55 μm can be obtained on a GaAs substrate, and excellent element characteristics can be obtained. Further, in the quantum dot structure, the oscillation threshold current can be further reduced by the quantum size effect, and the reduction in the wavelength tunable width and the efficiency of the element can be suppressed by reducing the heat generation of the element.

【0105】また、請求項6記載の発明によれば、活性
層と該活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射
器との間に多重量子井戸構造部を備え、活性層に電流を
注入するための第1の電極と多重量子井戸構造部に電界
を印加するための第2の電極とがそれぞれ独立に設けら
れ、第2の電極により多重量子井戸構造部に電界を印加
することによって多重量子井戸構造部の屈折率を変化さ
せ発振波長を可変とする面発光レーザ素子と、前記面発
光レーザ素子の発振波長を検出する発振波長検出手段と
を有しており、発振波長検出手段によって、素子の発振
波長が検出され、素子の動作,発振状況に応じて適切に
多重量子井戸構造のバイアス電流を調整することがで
き、所望の発振波長が得られるとともに、発振波長の安
定性が向上する。
According to the present invention, a multiple quantum well structure is provided between the active layer and a pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween, and a current is injected into the active layer. And a second electrode for applying an electric field to the multiple quantum well structure are provided independently of each other, and the second electrode applies an electric field to the multiple quantum well structure to perform multiplexing. A surface emitting laser element that changes the refractive index of the quantum well structure to vary the oscillation wavelength, and an oscillation wavelength detecting unit that detects the oscillation wavelength of the surface emitting laser element. The oscillation wavelength of the device is detected, and the bias current of the multiple quantum well structure can be appropriately adjusted according to the operation and the oscillation state of the device, so that the desired oscillation wavelength is obtained and the stability of the oscillation wavelength is improved. .

【0106】また、請求項7記載の発明によれば、請求
項6記載の面発光レーザシステムにおいて、前記発振波
長検出手段によって検出される発振波長が所望の発振波
長となるように、面発光レーザ素子の多重量子井戸構造
部への印加電圧を調整する電圧調整手段がさらに設けら
れているので、素子の発振波長が所望の発振波長となる
ように、発振波長を自動調節することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the surface emitting laser system according to the sixth aspect, the surface emitting laser is set so that the oscillation wavelength detected by the oscillation wavelength detecting means becomes a desired oscillation wavelength. Since the voltage adjusting means for adjusting the voltage applied to the multiple quantum well structure of the device is further provided, the oscillation wavelength can be automatically adjusted so that the oscillation wavelength of the device becomes a desired oscillation wavelength.

【0107】また、請求項8記載の発明によれば、活性
層と該活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射
器との間に多重量子井戸構造部を備え、活性層に電流を
注入するための第1の電極と多重量子井戸構造部に電界
を印加するための第2の電極とがそれぞれ独立に設けら
れ、第2の電極により多重量子井戸構造部に電界を印加
することによって多重量子井戸構造部の屈折率を変化さ
せ発振波長を可変とする面発光レーザ素子本体と、該面
発光レーザ素子本体の光出射面とは反対の側の共振器外
部に設けられ、該面発光レーザ素子本体の光出射面から
入射し面発光レーザ素子本体を透過した発振波長付近の
光を検出する光検出手段とを有しているので、レーザ発
振時の素子本体の光出力、あるいは、光出射面から光を
入射した際の素子の透過特性等が検出でき、APC制御
や、素子の共振波長等の光学特性を調べることが可能と
なる。
According to the present invention, a multiple quantum well structure is provided between the active layer and a pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween, and a current is injected into the active layer. And a second electrode for applying an electric field to the multiple quantum well structure are provided independently of each other, and the second electrode applies an electric field to the multiple quantum well structure to perform multiplexing. A surface emitting laser element main body that changes the refractive index of the quantum well structure to vary the oscillation wavelength; and a surface emitting laser provided outside the cavity on the side opposite to the light emitting surface of the surface emitting laser element main body. Light detecting means for detecting light near the oscillation wavelength that has entered from the light emitting surface of the element body and transmitted through the surface emitting laser element body, so that the light output of the element body during laser oscillation or the light emission Element when light enters from the surface Transmission characteristics can be detected, APC control and, it is possible to examine the optical characteristics such as the resonant wavelength of the element.

【0108】また、請求項9記載の発明によれば、請求
項8記載の面発光レーザ素子と、前記面発光レーザ素子
の光出射面に、波長を掃引して単色光を入射させる光入
射手段と、前記面発光レーザ素子の光出射面に光入射手
段によって波長を掃引して単色光が入射され面発光レー
ザ素子を透過した発振波長付近の光が面発光レーザ素子
の光検出手段で検出されるとき、光検出手段で検出され
た光の光量を検知する光量検知手段と、面発光レーザ素
子の多重量子井戸構造部に電圧を印加する電圧印加手段
と、前記光量検知手段で検知された光の光量が最大とな
ったときに、そのときの単色光の波長と面発光レーザ素
子の多重量子井戸構造部への印加電圧との関係を記憶す
る記憶手段とを有しているので、所望の発振波長に対応
した印加電圧を割り出し、この印加電圧を面発光レーザ
素子の多重量子井戸構造部に印加することにより、レー
ザ素子を所望の発振波長で発振させることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a surface emitting laser device according to the eighth aspect, and a light incident means for causing a monochromatic light to enter the light emitting surface of the surface emitting laser device by sweeping a wavelength. The wavelength is swept by the light incident means on the light emitting surface of the surface emitting laser element, and monochromatic light is incident thereon, and light near the oscillation wavelength transmitted through the surface emitting laser element is detected by the light detecting means of the surface emitting laser element. When detecting the amount of light detected by the light detecting means, a voltage applying means for applying a voltage to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device, and a light detected by the light amount detecting means. Storage means for storing the relationship between the wavelength of monochromatic light at that time and the voltage applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element at the time when the amount of light is maximized. Divide the applied voltage corresponding to the oscillation wavelength Out, by applying the applied voltage to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element, it is possible to oscillate the laser device at a desired oscillation wavelength.

【0109】また、請求項10記載の発明によれば、請
求項9記載の面発光レーザシステムにおいて、面発光レ
ーザ素子を所望の共振波長で発振させるときに、前記電
圧印加手段は、記憶手段に記憶されている単色光の波長
と面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部への印加電圧
との関係に基づき、所望の共振波長に対応する面発光レ
ーザ素子の多重量子井戸構造部への印加電圧を記憶手段
から割り出して面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部
に印加するようになっているので、素子の発振波長が所
望の発振波長となるように、発振波長を自動調節するこ
とができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the surface emitting laser system according to the ninth aspect, when the surface emitting laser element is oscillated at a desired resonance wavelength, the voltage applying means is stored in the storage means. Based on the relationship between the stored wavelength of monochromatic light and the voltage applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device, the voltage applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device corresponding to the desired resonance wavelength Is determined from the storage means and applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser device, so that the oscillation wavelength can be automatically adjusted so that the oscillation wavelength of the device becomes a desired oscillation wavelength.

【0110】また、請求項11記載の発明によれば、請
求項8記載の面発光レーザ素子の共振波長を調整する波
長調整方法であって、面発光レーザ素子本体の多重量子
井戸構造部に印加電圧を印加している状態で、面発光レ
ーザ素子本体の光出射面から波長を連続的に変化させた
単色光を入射させ、面発光レーザ素子本体内を透過した
単色光の光量を検出することによって面発光レーザ素子
本体の共振器の共振波長を検知し、このときに多重量子
井戸構造に印加されている印加電圧と検知された共振波
長との関係を導出し、導出した印加電圧と共振波長との
関係に基づき、印加電圧を調整して共振波長を調整する
ので、素子の発振波長が所望の発振波長となるように、
発振波長を自動調節することができる。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the wavelength adjusting method for adjusting the resonance wavelength of the surface emitting laser element according to the eighth aspect, wherein the method is applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element body. In a state where a voltage is applied, monochromatic light whose wavelength is continuously changed is made incident from the light emitting surface of the surface emitting laser element main body, and the amount of monochromatic light transmitted through the surface emitting laser element main body is detected. The resonance wavelength of the resonator of the surface emitting laser element body is detected by using the equation, the relationship between the applied voltage applied to the multiple quantum well structure and the detected resonance wavelength is derived, and the derived applied voltage and resonance wavelength are derived. Based on the relationship, the resonance wavelength is adjusted by adjusting the applied voltage, so that the oscillation wavelength of the element becomes a desired oscillation wavelength,
The oscillation wavelength can be automatically adjusted.

【0111】また、請求項12記載の発明によれば、請
求項1乃至請求項5,請求項8のいずれか一項に記載の
面発光レーザ素子が複数個、アレイ状に配列されている
面発光レーザアレイであるので、素子毎に連続的に波長
調整が行え、また波長可変幅の広い、波長多重通信に最
適な2次元集積可能な波長可変面発光レーザアレイを得
ることができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, there is provided a surface on which a plurality of the surface emitting laser elements according to any one of the first to fifth and eighth aspects are arranged in an array. Since it is a light emitting laser array, it is possible to continuously adjust the wavelength for each element, and to obtain a wavelength tunable surface emitting laser array having a wide wavelength tunable width and optimal for two-dimensional integration for wavelength multiplex communication.

【0112】請求項13記載の発明によれば、請求項1
乃至請求項5,請求項8のいずれか一項に記載の面発光
レーザ素子、または、請求項6,請求項7,請求項9,
請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザシステ
ム、または、請求項12記載の面発光レーザアレイを用
いて光インターコネクションシステムを構成するので、
波長帯域幅の広いWDMを用いた光インターコネクショ
ンシステムが容易に得られ、大量のデータを高速に伝送
することができる。また、請求項13のシステムでは、
微小な波長間隔で波長を制御することが可能である。
According to the thirteenth aspect of the present invention, the first aspect
The surface emitting laser device according to any one of claims 5 to 8, or claim 6, claim 7, claim 9, and claim 9.
Since the surface-emitting laser system according to any one of claims 10 or 10, or the optical interconnection system is configured using the surface-emitting laser array according to claim 12,
An optical interconnection system using WDM having a wide wavelength bandwidth can be easily obtained, and a large amount of data can be transmitted at high speed. In the system according to claim 13,
It is possible to control the wavelength at minute wavelength intervals.

【0113】また、請求項14記載の発明によれば、請
求項1乃至請求項5,請求項8のいずれか一項に記載の
面発光レーザ素子、または、請求項6,請求項7,請求
項9,請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ
システム、または、請求項12記載の面発光レーザアレ
イを用いてLANシステムを構成するので、使用するこ
とのできる波長帯域幅が広いWDMを用いた光LANシ
ステムが容易に得られ、大量のデータを高速に伝送する
ことができる。10Gbps以降のファーストギガビッ
トイーサネットでは、4波長を用いたWDMシステムが
用いられており、今後ネットワークの高速化に伴い波長
多重数は更に増加するものと考えられる。また、請求項
14のシステムでは、微小な波長間隔で波長を制御する
ことが可能である。
According to the fourteenth aspect of the present invention, the surface emitting laser device according to any one of the first to fifth and eighth aspects, or the sixth, seventh, and seventh aspects. Since the LAN system is configured using the surface emitting laser system according to any one of claims 9 and 10, or the surface emitting laser array according to claim 12, the wavelength bandwidth that can be used is wide. An optical LAN system using WDM can be easily obtained, and a large amount of data can be transmitted at high speed. In the first gigabit Ethernet of 10 Gbps or later, a WDM system using four wavelengths is used, and it is considered that the number of wavelength multiplexing will further increase with the speeding up of the network in the future. Further, in the system according to the fourteenth aspect, it is possible to control the wavelength at a minute wavelength interval.

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

【図1】本発明の面発光レーザ素子の一例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a surface emitting laser device of the present invention.

【図2】スタガード型バンド構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a staggered band structure.

【図3】本発明に係る面発光レーザシステムの構成例を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser system according to the present invention.

【図4】本発明に係る面発光レーザシステムの他の構成
例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the surface emitting laser system according to the present invention.

【図5】本発明に係る面発光レーザ素子の構成例を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser device according to the present invention.

【図6】本発明に係る面発光レーザシステムの他の構成
例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the surface emitting laser system according to the present invention.

【図7】本発明に係る面発光レーザシステムの他の構成
例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of the surface emitting laser system according to the present invention.

【図8】実施例1の面発光レーザ素子の具体的な構成例
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a specific configuration example of the surface emitting laser element according to the first embodiment.

【図9】実施例2の面発光レーザ素子の具体的な構成例
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a specific configuration example of a surface emitting laser element according to a second embodiment.

【図10】実施例3の面発光レーザ素子の具体的な構成
例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a specific configuration example of a surface emitting laser element according to a third embodiment.

【図11】実施例4の面発光レーザシステムの具体的な
構成例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a specific configuration example of a surface emitting laser system according to a fourth embodiment.

【図12】実施例5の面発光レーザ素子の具体的な構成
例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a specific configuration example of a surface emitting laser element according to a fifth embodiment.

【図13】実施例6の面発光レーザアレイを用いた多波
長光源システムの具体的な構成例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a specific configuration example of a multi-wavelength light source system using a surface emitting laser array according to a sixth embodiment.

【図14】実施例7の光インターコネクションシステム
の構成例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of an optical interconnection system according to a seventh embodiment.

【図15】実施例8のLANシステムの構成例を示す図
である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a LAN system according to an eighth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 活性層 102,103 分布ブラッグ反射器 104 多重量子井戸構造部 105,106,107 電極 110 面発光レーザ素子 120 発振波長検出手段 130 電圧調整手段 140 光入射手段 141 光量検知手段 142 電圧印加手段 143 記憶手段 1,26,21,19 n電極 2,22 n−GaAs基板 3,23 n−DBR(分布ブラッグ反射
器) 5,28 GaInNAs/GaAsMQW
活性層 4,6,27,29 アンドープGaAsス
ペーサー層 7,30 p−AlAs層 8,31 選択酸化領域 9,13,25,33 p−GaAsコンタ
クト層 11,24 多重量子井戸構造部 12,32 アンドープDBR 10,14,34 p電極 15 絶縁膜 16 導電性樹脂 17 pinダイオード18 n−G
aAsコンタクト層 42 面発光レーザアレイ 43 バイアス制御回路 44−1,44−2 合波・分波手段 45−1,45−2 受光手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Active layer 102,103 Distributed Bragg reflector 104 Multiple quantum well structure part 105,106,107 Electrode 110 Surface emitting laser element 120 Oscillation wavelength detection means 130 Voltage adjustment means 140 Light incidence means 141 Light quantity detection means 142 Voltage application means 143 Storage Means 1, 26, 21, 19 n electrode 2, 22 n-GaAs substrate 3, 23 n-DBR (distributed Bragg reflector) 5, 28 GaInNAs / GaAs MQW
Active layer 4,6,27,29 undoped GaAs spacer layer 7,30 p-AlAs layer 8,31 selective oxidation region 9,13,25,33 p-GaAs contact layer 11,24 multiple quantum well structure part 12,32 undoped DBR 10, 14, 34 p electrode 15 insulating film 16 conductive resin 17 pin diode 18 n-G
aAs contact layer 42 surface emitting laser array 43 bias control circuit 44-1 and 44-2 multiplexing / demultiplexing means 45-1 and 45-2 light receiving means

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層と該活性層を挟んで対向する一対
の分布ブラッグ反射器との間に多重量子井戸構造部を備
え、活性層に電流を注入するための第1の電極と多重量
子井戸構造部に電界を印加するための第2の電極とがそ
れぞれ独立に設けられ、第2の電極により多重量子井戸
構造部に電界を印加することによって多重量子井戸構造
部の屈折率を変化させ発振波長を可変とする面発光レー
ザ素子であって、前記多重量子井戸構造部の井戸層の材
料にはGaInNAs混晶が用いられることを特徴とす
る面発光レーザ素子。
A multi-quantum well structure is provided between an active layer and a pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween, and a first electrode for injecting current into the active layer and a multi-quantum well structure are provided. A second electrode for applying an electric field to the well structure is provided independently of each other, and the refractive index of the multiple quantum well structure is changed by applying an electric field to the multiple quantum well structure by the second electrode. A surface emitting laser device having a variable oscillation wavelength, wherein GaInNAs mixed crystal is used as a material of a well layer of the multiple quantum well structure.
【請求項2】 活性層と該活性層を挟んで対向する一対
の分布ブラッグ反射器との間に多重量子井戸構造部を備
え、活性層に電流を注入するための第1の電極と多重量
子井戸構造部に電界を印加するための第2の電極とがそ
れぞれ独立に設けられ、第2の電極により多重量子井戸
構造部に電界を印加することによって多重量子井戸構造
部の屈折率を変化させ発振波長を可変とする面発光レー
ザ素子であって、前記多重量子井戸構造部の井戸層は、
第1のGax1In1-x1z1As 1-z1(0<x1≦1,0
≦z1≦1)層と第2のGax2In1-x2z2As
1-z2(0<x2≦1,0<z2≦1)層との組成の異な
る2つの層により構成され、第1のGax1In1-x1z1
As1-z1(0<x1≦1,0≦z1≦1)層は、第2の
Gax2In1-x2z2As1-z2(0<x2≦1,0<z2
≦1)層に比べて、伝導帯エネルギーおよび価電子帯エ
ネルギーが高いことを特徴とする面発光レーザ素子。
2. An active layer and a pair facing each other across the active layer.
Multiple quantum well structure between the distributed Bragg reflector
And a first electrode for injecting current into the active layer and a large weight.
The second electrode for applying an electric field to the subwell structure is
Provided independently of each other, and a multiple quantum well
Multiple quantum well structure by applying an electric field to the structure
Surface emitting laser with variable oscillation wavelength by changing the refractive index of the part
The device, wherein the well layer of the multiple quantum well structure portion includes:
First Gax1In1-x1Nz1As 1-z1(0 <x1 ≦ 1,0
≦ z1 ≦ 1) layer and second Gax2In1-x2Nz2As
1-z2(0 <x2 ≦ 1, 0 <z2 ≦ 1)
The first Gax1In1-x1Nz1
As1-z1The (0 <x1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1) layer is the second layer.
Gax2In1-x2Nz2As1-z2(0 <x2 ≦ 1, 0 <z2
≦ 1) The conduction band energy and valence band energy
A surface emitting laser device having high energy.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の面発光
レーザ素子において、多重量子井戸構造の障壁層には、
II−VI族半導体材料が用いられることを特徴とする面
発光レーザ素子。
3. The surface emitting laser device according to claim 1, wherein the barrier layer having a multiple quantum well structure includes:
A surface emitting laser device using a II-VI group semiconductor material.
【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に
記載の面発光レーザ素子において、前記活性層には、G
aInNAs半導体材料が用いられることを特徴とする
面発光レーザ素子。
4. The surface emitting laser device according to claim 1, wherein the active layer includes
A surface-emitting laser device using an aInNAs semiconductor material.
【請求項5】 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に
記載の面発光レーザ素子において、前記活性層には、G
aInNAsまたはGaInAs半導体材料からなる量
子ドット構造が用いられることを特徴とする面発光レー
ザ素子。
5. The surface emitting laser device according to claim 1, wherein the active layer includes
A surface emitting laser device using a quantum dot structure made of aInNAs or GaInAs semiconductor material.
【請求項6】 活性層と該活性層を挟んで対向する一対
の分布ブラッグ反射器との間に多重量子井戸構造部を備
え、活性層に電流を注入するための第1の電極と多重量
子井戸構造部に電界を印加するための第2の電極とがそ
れぞれ独立に設けられ、第2の電極により多重量子井戸
構造部に電界を印加することによって多重量子井戸構造
部の屈折率を変化させ発振波長を可変とする面発光レー
ザ素子と、前記面発光レーザ素子の発振波長を検出する
発振波長検出手段とを有することを特徴とする面発光レ
ーザシステム。
6. A multi-quantum well structure portion between an active layer and a pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween, wherein a first electrode for injecting current into the active layer and a multi-quantum well structure are provided. A second electrode for applying an electric field to the well structure is provided independently of each other, and the refractive index of the multiple quantum well structure is changed by applying an electric field to the multiple quantum well structure by the second electrode. A surface emitting laser system comprising: a surface emitting laser element that makes an oscillation wavelength variable; and an oscillation wavelength detecting unit that detects an oscillation wavelength of the surface emitting laser element.
【請求項7】 請求項6記載の面発光レーザシステムに
おいて、前記発振波長検出手段によって検出される発振
波長が所望の発振波長となるように、面発光レーザ素子
の多重量子井戸構造部への印加電圧を調整する電圧調整
手段がさらに設けられていることを特徴とする面発光レ
ーザシステム。
7. The surface emitting laser system according to claim 6, wherein the oscillation wavelength detected by the oscillation wavelength detecting means is applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element such that the oscillation wavelength becomes a desired oscillation wavelength. A surface emitting laser system further comprising a voltage adjusting unit for adjusting a voltage.
【請求項8】 活性層と該活性層を挟んで対向する一対
の分布ブラッグ反射器との間に多重量子井戸構造部を備
え、活性層に電流を注入するための第1の電極と多重量
子井戸構造部に電界を印加するための第2の電極とがそ
れぞれ独立に設けられ、第2の電極により多重量子井戸
構造部に電界を印加することによって多重量子井戸構造
部の屈折率を変化させ発振波長を可変とする面発光レー
ザ素子本体と、該面発光レーザ素子本体の光出射面とは
反対の側の共振器外部に設けられ、該面発光レーザ素子
本体の光出射面から入射し面発光レーザ素子本体を透過
した発振波長付近の光を検出する光検出手段とを有して
いることを特徴とする面発光レーザ素子。
8. A multi-quantum well structure between an active layer and a pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween, wherein a first electrode for injecting current into the active layer and a multi-quantum well structure are provided. A second electrode for applying an electric field to the well structure is provided independently of each other, and the refractive index of the multiple quantum well structure is changed by applying an electric field to the multiple quantum well structure by the second electrode. A surface-emitting laser element main body having a variable oscillation wavelength, and a surface which is provided outside the resonator on the side opposite to the light-emitting surface of the surface-emitting laser element body and which is incident from the light-emitting surface of the surface-emitting laser element main body. And a light detecting means for detecting light near the oscillation wavelength transmitted through the light emitting laser element body.
【請求項9】 請求項8記載の面発光レーザ素子と、前
記面発光レーザ素子の光出射面に、波長を掃引して単色
光を入射させる光入射手段と、前記面発光レーザ素子の
光出射面に光入射手段によって波長を掃引して単色光が
入射され面発光レーザ素子を透過した発振波長付近の光
が面発光レーザ素子の光検出手段で検出されるとき、光
検出手段で検出された光の光量を検知する光量検知手段
と、面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部に電圧を印
加する電圧印加手段と、前記光量検知手段で検知された
光の光量が最大となったときに、そのときの単色光の波
長と面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部への印加電
圧との関係を記憶する記憶手段とを有していることを特
徴とする面発光レーザシステム。
9. A surface emitting laser device according to claim 8, light emitting means for sweeping a wavelength to make monochromatic light incident on a light emitting surface of the surface emitting laser device, and light emitting of the surface emitting laser device. When the wavelength is swept by the light incident means and monochromatic light is incident on the surface and light near the oscillation wavelength transmitted through the surface emitting laser element is detected by the light detecting means of the surface emitting laser element, the light is detected by the light detecting means. Light amount detecting means for detecting the light amount of light, voltage applying means for applying a voltage to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser element, and when the light amount of the light detected by the light amount detecting means is maximum, A surface emitting laser system comprising: storage means for storing a relationship between a wavelength of monochromatic light and a voltage applied to a multiple quantum well structure of a surface emitting laser element at that time.
【請求項10】 請求項9記載の面発光レーザシステム
において、面発光レーザ素子を所望の共振波長で発振さ
せるときに、前記電圧印加手段は、記憶手段に記憶され
ている単色光の波長と面発光レーザ素子の多重量子井戸
構造部への印加電圧との関係に基づき、所望の共振波長
に対応する面発光レーザ素子の多重量子井戸構造部への
印加電圧を記憶手段から割り出して面発光レーザ素子の
多重量子井戸構造部に印加するようになっていることを
特徴とする面発光レーザシステム。
10. The surface emitting laser system according to claim 9, wherein when oscillating the surface emitting laser element at a desired resonance wavelength, the voltage applying means is configured to control the wavelength of the monochromatic light stored in the storage means and the surface. Based on the relationship between the voltage applied to the multiple quantum well structure of the light emitting laser device and the voltage applied to the multiple quantum well structure of the surface emitting laser corresponding to the desired resonance wavelength, the surface emitting laser device A surface emitting laser system characterized in that the voltage is applied to the multiple quantum well structure of (1).
【請求項11】 請求項8記載の面発光レーザ素子の共
振波長を調整する波長調整方法であって、面発光レーザ
素子本体の多重量子井戸構造部に印加電圧を印加してい
る状態で、面発光レーザ素子本体の光出射面から波長を
連続的に変化させた単色光を入射させ、面発光レーザ素
子本体内を透過した単色光の光量を検出することによっ
て面発光レーザ素子本体の共振器の共振波長を検知し、
このときに多重量子井戸構造に印加されている印加電圧
と検知された共振波長との関係を導出し、導出した印加
電圧と共振波長との関係に基づき、印加電圧を調整して
共振波長を調整することを特徴とする波長調整方法。
11. A wavelength adjusting method for adjusting a resonance wavelength of a surface emitting laser device according to claim 8, wherein a surface of the surface emitting laser device is applied with an applied voltage to a multiple quantum well structure portion. By emitting monochromatic light whose wavelength is continuously changed from the light emitting surface of the light emitting laser element main body and detecting the amount of monochromatic light transmitted through the surface emitting laser element main body, the cavity of the surface emitting laser element main body is detected. Detect resonance wavelength,
At this time, the relationship between the applied voltage applied to the multiple quantum well structure and the detected resonance wavelength is derived, and the resonance wavelength is adjusted by adjusting the applied voltage based on the derived relationship between the applied voltage and the resonance wavelength. Wavelength adjusting method.
【請求項12】 請求項1乃至請求項5,請求項8のい
ずれか一項に記載の面発光レーザ素子が複数個、アレイ
状に配列されていることを特徴とする面発光レーザアレ
イ。
12. A surface emitting laser array, wherein a plurality of the surface emitting laser elements according to any one of claims 1 to 5 are arranged in an array.
【請求項13】 請求項1乃至請求項5,請求項8のい
ずれか一項に記載の面発光レーザ素子、または、請求項
6,請求項7,請求項9,請求項10のいずれか一項に
記載の面発光レーザシステム、または、請求項12記載
の面発光レーザアレイが用いられることを特徴とする光
インターコネクションシステム。
13. The surface-emitting laser device according to claim 1, or any one of claims 6, 7, 9, and 10. 13. An optical interconnection system using the surface emitting laser system according to claim 12 or the surface emitting laser array according to claim 12.
【請求項14】 請求項1乃至請求項5,請求項8のい
ずれか一項に記載の面発光レーザ素子、または、請求項
6,請求項7,請求項9,請求項10のいずれか一項に
記載の面発光レーザシステム、または、請求項12記載
の面発光レーザアレイが用いられることを特徴とするロ
ーカルエリアネットワークシステム。
14. The surface-emitting laser device according to claim 1, or any one of claims 6, 7, 9, and 10. 13. A local area network system using the surface emitting laser system according to claim 12 or the surface emitting laser array according to claim 12.
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