DE69317140T2 - Halbleiterlaservorrichtung - Google Patents

Halbleiterlaservorrichtung

Info

Publication number
DE69317140T2
DE69317140T2 DE1993617140 DE69317140T DE69317140T2 DE 69317140 T2 DE69317140 T2 DE 69317140T2 DE 1993617140 DE1993617140 DE 1993617140 DE 69317140 T DE69317140 T DE 69317140T DE 69317140 T2 DE69317140 T2 DE 69317140T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
quantum well
layers
layer
semiconductor laser
laser device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE1993617140
Other languages
English (en)
Other versions
DE69317140D1 (de
Inventor
Fumihiro Konushi
Narihito Matsumoto
Tatsuya Morioka
Toshiyuki Okumura
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.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Sharp Corp
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
Priority claimed from JP9557992A external-priority patent/JPH05291689A/ja
Priority claimed from JP9558092A external-priority patent/JPH05291690A/ja
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd, Sharp Corp filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE69317140D1 publication Critical patent/DE69317140D1/de
Publication of DE69317140T2 publication Critical patent/DE69317140T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/18—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1039—Details on the cavity length
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3415—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers containing details related to carrier capture times into wells or barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3421—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers layer structure of quantum wells to influence the near/far field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/3434—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer comprising at least both As and P as V-compounds

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

    1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleiterlaser und insbesondere auf Haibleiterlaser mit einer Quantenwannenstruktur, die für Faseroptikkommunikation, Informationsverarbeitung mittels Licht und dergleichen verwendet werden kann.
    • 2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik:
  • Halbleiterlaservorrichtungen mit einer Quantenwannenstruktur von Verbindungshalbleitermaterial sollen aufgrund theoretischer Studien hervorragende Betriebseigenschaften, wie beispielsweise einen niedrigen Schwellenwert, eine hohe Umsetzungswirksamkeit und eine kleine Temperaturabhängigkeit, haben. In letzter Zeit werden intensive Anstrengungen auf dem Gebiet der Forschung und Entwicklung dieser Vorrichtungen gemacht.
  • Eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung ist augemein mit den folgenden strukturellen Merkmalen bekannt. Eine Quantenwannenstruktur liegt zwischen zwei Führungsschichten und dient als ein Resonator der Laservorrichtung. Die Quantenwannenstruktur umfaßt wenigstens eine Quantenwannenschicht und wenigstens eine Sperrschicht.
  • Die Dicke der Quantenwannenschicht ist ausreichend dünn eingestellt, um einen Quanteneffekt für in die Quantenwannenstruktur injizierte Elektronen zu erzeugen.
  • Die oben erwähnten Vorteile der Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtungen beruhen auf der folgenden Theorie. Das heißt, da eine derartige Vorrichtung eine Diffusion von Elektronen lediglich in Richtungen in zwei Dimensionen erlaubt und somit Quantenniveaus innerhalb der Quantenwannenschicht bildet, wären Anderungen in der Dichte der Zustände der Elektronen stärker abrupt, und eine durch Elektronen erzeugte Verstärkungsverteilung würde mehr als in dem Fall von Halbleiterlaservorrichtungen eingeschränkt sein, die übliche Doppelheterostrukturen haben, wobei Elektronen in Richtungen in drei Dimensionen diffundieren. Da andererseits Löcher eine größere Masse aufweisen und somit kleinere Energieunterschiede unter bestehenden Quantenniveaus im Vergleich mit Elektronen bestehen, wird der Quanteneffekt gewöhnlich nicht merklich für Löcher innerhalb der Quantenwannenstruktur erzielt. Daher werden Eigenschaften einer Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung hauptsächlich durch die Zustandsdichte von Elektronen beeinflußt.
  • Die oben erwähnten abrupten Änderungen in der Zustandsdichte von Elektronen werden bekanntlich durch Elektronen in allen Quantenniveaus unabhängig von der Anzahl der Quantenwannenschichten und der Länge des Resonators einer Halbleiterlaservorrichtung gezeigt. Aus diesem Grund haben die Anzahl der Quantenniveaus, die innerhalb der Quantenwannenstruktur vorliegen können, sowie die Anzahl der Quantenwannenschichten und die Länge des Resonators wenig oder keine spezifische Aufmerksamkeit bei Untersuchungen zur Herstellung von Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtungen auf sich gezogen.
  • Jedoch haben herkömmliche Quantenwannen-Halbleiterlaser vorrichtungen nicht so gute Eigenschaften gezeigt, wie dies erwartet wurde. Beispielsweise werden Halbleiterlaservorrichtungen für Haushaltsgeräte wie beispielsweise solche, die für Faseroptikkommunikation zwischen einem Telefon-Zentralamt und den Teilnehmerstellen vorgesehen sind, oft unter strengen Bedingungen verwendet und erfordem somit befriedigende Betriebseigenschaften bei hoher Temperatur. Dennoch werden herkömmliche Quantenwannen- Halbleiterlaservorrichtungen bis jetzt nicht befriedigend mit gewünschten Eigenschaften realisiert, so daß beispielsweise eine Laserschwingung bei beträchtlich hoher Temperatur möglich ist, während eine Sättigung optischer Ausgänge verhindert ist. Es wird angenommen, daß dieses besondere Problem auf der folgenden Ursache beruht: das heißt, wenn die Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung ansteigt und eine zur Erzielung der Laserschwingung notwendige Schwellenstromdichte anwächst, so überströmen in eine Quantenwannenschicht injizierte Ladungsträger zu einer benachbarten Sperrschicht, um so weiter eine Steigerung in der Schwellenstromdichte zu beschleunigen.
  • Zur überwindung des obigen Problems wurden Versuche unternommen, um die Seiten des Resonators einer Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung mit dielektrischen Schichten zu belegen, die ein hohes Reflexionsvermögen haben. Ein solches Überziehen kann die Schwellenstromdichte vermindern und erlaubt so eine Laserschwingung bei höherer Temperatur. Jedoch sind diese Halbleiterlaservorrichtungen schwierig zu verwenden, um einen optischen Ausgang einer beträchtlich hohen Intensität zu erzeugen.
  • Wenn weiterhin eine Verwendung als Komponente in einem Faseroptik-Kommunikationssystem vorliegt, ist eine Halbleiterlaservorrichtung gewöhnlich mit einer optischen Faser über eine dazwischenliegende Linse gekoppelt. Um die übertragungseigenschaften des Systems zu verbessern, sollte die Halbleiterlaservorrichtung eine hohe Kopplungswirksamkeit mit der optischen Faser haben. Es ist bekannt, daß eine Erzielung einer höheren Kopplungswirksamkeit bewirken sollte, daß das von der Halbleiterlaservorrichtung emittierte Laserlicht eher ein kreisförmiges Bild als ein elliptisches Bild längs einer Ebene parallel zu der Lichtemissionsfläche der Vorrichtung haben sollte. Daher würde diese gewünschte Eigenschaft bevorzugt in die strukturellen Merkmale der Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtungen eingehen.
  • IEEE Journal of Quantum Electronics, Band 25, Nr. 6, Juni 1989, Seiten 1171-1178 gibt einen Quantenwannenlaser mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1 an. Seine Quantenwannenstruktur enthält 7 Quantenwannen.
  • Die Erfindung wird in den Patentansprüchen 1 und 8 festgelegt. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht u.a. die folgenden Vorteile (1) Verbessern von Temperatureigenschaften einer Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung durch Verringern eines Überströmens von Ladungsträgern und Erzielen eines ausreichenden optischen Ausganges, wenn die Vorrichtung bei hoher Temperatur betrieben ist, und (2) Ermöglichen einer Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung zum Realisieren einer hohen Kopplungswirksamkeit mit einer optischen Faser und dergleichen.
  • Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann nach Lesen und Verstehen der folgenden Detailbeschreibung anhand der begleitenden Zeichnungen offenbar.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine schematische Vordersicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung veranschaulicht.
  • Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Energiebandstruktur von und um die Quantenwannenstruktur der Halbleiterlaservorrichtung in Fig. 1 veranschaulicht.
  • Fig. 3 ist ein Graph, der eine bevorzugte Beziehung zwischen Lz und V&sub0; für erfindungsgemäße Halbleiterlaservorrichtungen veranschaulicht, wobei Elektronen eine effektive Masse von 0,05 m&sub0; haben.
  • Fig. 4a ist ein Graph, der die Kennlinie des optischen Ausgangssignales in Abhängigkeit vom Strom für die Halbleiterlaservorrichtung von Fig. 1 veranschaulicht.
  • Fig. 4b ist ein Graph, der die Kennlinie für das optische Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Strom für eine herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung veranschaulicht.
  • Fig. 5 ist ein Graph, der eine Verteilung von Elektronen bei einem beispielhaften Hochtemperaturzustand veranschaulicht, wobei die Elektronen in eine Quantenwannenstruktur injiziert sind, in welcher zwei Quantenniveaus vorliegen können.
  • Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung veranschaulicht.
  • Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Energiebandstruktur von und um die Quantenwannen struktur der Halbleiterlaservorrichtung von Fig. 6 veranschaulicht.
  • Fig. 8 ist ein Graph, der eine Anderung von Schwellenstromdichten der Halbleiterlaservorrichtung abhängig von der Länge des Resonators und der Anzahl der Quantenwannenschichten veranschaulicht, wobei die Halbleiterlaservorrichtungen aus InGaAsP/InP-Typ-Materialien hergestellt sind und Führungsschichten mit einer GRIN-SCH-Struktur haben.
  • Fig. 9a ist eine schematische Darstellung, die einen Winkel 4) veranschaulicht, der von der senkrechten Linie gemessen ist, die senkrecht zu einer Lichtemissionsfläche einer Halbleiterlaservorrichtung ist.
  • Fig. 9b ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Winkel φ und der Stärke des emittierenden Laserlichtes hinsichtlich der Bestimmung des Streuwinkels θ des Laserlichtes veranschaulicht.
  • Fig. 10 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen dem Streuwinkel 0 und der Dicke der Führungsdichten für Halbleiterlaservorrichtungen mit einer geänderten Anzahl von Quantenwannenschichten veranschaulicht.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung hat im allgemeinen eine niedrige Schwellenstromdichte bei etwa Raumtemperatur, und somit oszilliert Laserlicht selbst mit einer relativ kleinen Menge an injizierten Ladungsträgern. Eine derartige Laseroszillation hat eine Wellenlänge entsprechend dem niedrigsten Quantenniveau (n = 1) der Elektronen, selbst wo es die Quantenwannenstruktur erlaubt, daß darin mehr als zwei Quantenniveaus vorliegen. Da die Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung ansteigt und demgemäß die Schwellenstromdichte anwächst, werden die injizierten Ladungsträger auch in das zweitniedrigste Quantenniveau (n = 2) gebracht, und eine Laseroszillation beginnt mit einer Wellenlänge entsprechend dem zweitniedrigsten Quantenniveau. Fig. 5 veranschaulicht eine Verteilung von Elektronen in einer derartigen Situation (d.h. wenn die Quantenwannen-Halbleiterlaser vorrichtung bei hoher Temperatur betrieben ist). Diese Verteilung wird als Produkt einer Fermi-Verteilungsfunktion und einer Zustandsdichte von Elektronen erhalten. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, liegt unter Hochtemperaturbedingungen eine gesteigerte Anzahl von Elektronen mit höherer Energie vor, die von einer Quantenwannenschicht zu einer benachbarten Sperrschicht überströmen würden, um so weiter das Anwachsen der Schwellenstromdichte zu beschleunigen.
  • Gemäß dieser Erfindung erfüllen eine Dicke Lz einer Quantenwannenschicht innerhalb der Quantenwannenstruktur und die Energiedifferenz V&sub0; zwischen dem Boden des Leitungsbandes der Quantenwannenschicht und dem Boden des Leitungsbandes einer benachbarten Sperrschicht die durch Gleichung (1) dargestellte Beziehung:
  • L ≤ h / 2 (2m*V&sub0;)1/2 (I)
  • wobei h die Planck'sche Konstante und m* die effektive Masse von Elektronen innerhalb der Quantenwannenschicht bedeuten. Wenn diese Beziehung erfüllt ist, erlaubt es die Quantenwannenstruktur, daß lediglich das niedrigste Quantenniveau (n = 1) darin vorliegt. Daher oszilliert selbst bei Betrieb bei hoher Temperatur eine Halbleiter laservorrichtung gemäß der Erfindung nicht mit einer Wellenlänge entsprechend dem zweitniedrigsten Quantenniveau und vermag somit das Überströmen von Ladungsträgern einzuschränken.
  • Erfindungsgemäß ist die Anzahl der Quantenwannenschichten innerhalb einer Quantenwannenstruktur in dem Bereich von 8 bis 10 eingestellt und die Länge des Resonators der Vorrichtung ist in den Bereich von 250 um bis 700 um eingestellt. Durch Auswählen der Parameter der Halbleiterlaservorrichtung in dem angegebenen Bereich werden verbesserte Temperatureigenschaften der Vorrichtung erhalten, und gleichzeitig wird eine hohe Kopplungswirksamkeit der Vorrichtung mit einer optischen Faser und dergleichen erleichtert.
    • Beispiel 1
  • Anhand der Fig. 1 wird eine schematische Aufrißdarstellung einer Halbleiterlaservorrichtung erläutert.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung von Fig. 1 hat ein Substrat 108 aus n-Typ-InP und eine geschichtete Struktur, die auf der Oberseite des Substrates 108 gebildet ist. Die geschichtete Struktur umfaßt in Richtung weg von dem Substrat 108 (d.h. in senkrechter Richtung in der Zeichnung) eine n-Überzugschicht 101, die aus n-Typ-InP hergestellt ist, eine erste Führungsschicht 102, die aus InGaAsP hergestellt ist (λg = 1,1 Mikrometer (um); Dicke = 150 Nanometer (nm)), eine aktive Schicht 107 mit einer Quantenwannenstruktur, eine zweite Führungsschicht 105, die aus InGaAsP hergestellt ist (λg = 1,1 um; Dicke = 150 nm), eine p-Überzugschicht 106, die aus p-Typ-InP hergestellt ist, und eine p&spplus;-Kappen- bzw. Deckschicht 111, die aus p&spplus;-Typ-InGaAsP hergestellt ist (λg = 1,3 um). Innerhalb der aktiven Schicht 107 sind mehrere Quantenwannenschichten 103, die jeweils aus InGaAsP hergestellt sind (λg = 1,37 um; Dicke = 8 nm) und mehrere Sperrschichten 104, die jeweils aus InGaAsP hergestellt sind (λg = 1,1 um; Dicke = 12 nm) in abwechselnder Weise gestapelt. Dabei ist λg die Konstante entsprechend der Bandabstandsenergie Eg jedes Halbleitermaterials und wird gemäß der Gleichung Eg = hc/λg erhalten, wobei h die Planck'sche Konstante ist und c die Lichtgeschwindigkeit bedeutet. Diese Vorrichtung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn die Länge von ihrem Resonator zwischen 250 um und 700 um liegt und sie 8 bis 10 Quantenwannen aufweist.
  • Die obige geschichtete Struktur wird durch sequentielles Aufwachsen auf dem Substrat 108 von jeder der Schichten 101, 102, 107, 105, 106 und 111 mittels eines herkömmlichen epitaktischen Aufwachsverfahrens erhalten. Die geschichtete Struktur wird dann einer Ätzbehandlung unterworfen, um einen streifenförmigen Teil 107' zu bilden. Dieser streifenförmige Teil ist auf beiden Seitenflächen mit einer Stromsperrschicht einschließlich einer p-Typ- InP-Schicht 109 und einer n-Typ-InP-Schicht 110 in einer in Fig. 1 gezeigten Weise vorgesehen. Eine Elektrode 112 wird auf der Bodenfläche des Substrates 108 gebildet, und eine andere Elektrode 113 wird in Berührung mit der p&spplus;- Deckschicht 111 und der n-Typ-InP-Schicht 110 erzeugt, um so die Halbleiterlaservorrichtung von diesem Beispiel zu liefern.
  • Fig. 2 veranschaulicht die Energiebandstruktur von und um die aktive Schicht der obigen Halbleiterlaservorrichtung.
  • Ein Energieband des Teiles 207 der Energiebandstruktur in Fig. 2 entspricht dem Energieband der aktiven Schicht 107 in Fig. 1. Weiterhin stellen in Fig. 2 Energieniveaus 201, 202, 203, 204, 205 und 206 jeweils die Böden der Leitungsbänder der n-überzugschicht 101, der ersten Führungsschicht 102, der Quantenwannenschicht 103, der Sperrschicht 104, der zweiten Führungsschicht 105 und der p-Überzugschicht 106 dar. Die Dicke der Quantenwannenschicht 103 und diejenige der Sperrschicht 104 sind jeweils mit Lz und Lb bezeichnet, und die Energiedifferenz zwischen dem Energieniveau 203 der Quantenwannenschicht und dem Energieniveau 204 der Sperrschicht ist mit V dargestellt.
  • Erfindungsgemäß erfüllt die Beziehung zwischen der Dicke Lz und der Energiedifferenz V&sub0; die Gleichung (1), wie dies oben gezeigt ist. Die Dicke Lz ist in gewünschter Weise eingestellt, sollte jedoch ausreichend dünn sein, um einen Quanteneffekt für Elektronen zu erzielen, die in die Quantenwannenschicht 103 injiziert sind. Die Dicke Lb ist ebenfalls bedarf sabhängig eingestellt, sollte jedoch ausreichend dick sein, um zu verhindern, daß die Quantenwannenschichten 103 in Berührung miteinander kommen. Die Energiedifferenz V&sub0; kann bei Bedarf verändert werden, indem das Zusammensetzungsverhältnis des (der) Halbleitermaterial(ien), das (die) für die Quantenwannenschicht 103 und/oder die Sperrschicht 104 verwendet ist (sind), verändert wird und hängt nicht von einer der Dicken Lz und Lb ab. Zusätzlich kann ein anderes (können andere) Halbleitermaterial(ien) als InGaAsP für die Quantenwannenschicht 103 und/oder die Sperrschicht 104 verwendet werden, solange eine gewünschte Energiedifferenz V&sub0; erhalten werden kann.
  • Fig. 3 veranschaulicht eine bevorzugte Beziehung zwischen Lz und V&sub0; für Halbleiterlaservorrichtungen, wie beispielsweise diejenige des Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in Beispiel 1 erläutert ist. Das heißt, wenn eine Quantenwannenstruktur eine Quantenwannenschicht umfaßt, die aus InGaAsP (λg = 1,37 um) hergestellt ist, und daher die effektive Masse m von Elektronen darin als 0,05 m&sub0; (m&sub0; ist die Ruhemasse der Elektronen) dargestellt wird, ist die Beziehung der obigen Gleichung (1) in dem in Fig. 3 schraffiert gezeigten Bereich erfüllt. Da jede der Quantenwannenschichten 103 der Halbleiterlaservorrichtung des Beispiels 1 eine Dicke Lz von 8 nm hat und die Energiedifferenz V&sub0; hiervon zu 52 Millielektronenvolt (meV) bestimmt ist, ist die Beziehung der Gleichung (1) erfüllt. Somit kann lediglich das niedrigste Quantenniveau (n = 1) innerhalb der Quantenwannenstruktur dieser Halbleiterlaservorrichtung existieren.
  • Fig. 4a veranschaulicht eine Kennlinie für das optische Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Strom, gemessen bei 85ºC, für die in Beispiel 1 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung. Es ist zu ersehen, daß diese Vorrichtung frei von einer Sättigung des optischen Ausgangssignales selbst bei einer derart hohen Temperatur ist und eine hervorragende Kennlinie für Strom und optisches Ausgangssignal zeigt. Fig. 4b veranschaulicht eine Kennlinie für das optische Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Strom ebenfalls gemessen bei 85ºC, für die Halbleiterlaservorrichtung, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme vorbereitet ist, daß ihre Quantenwannenschicht eine Dicke Lz von 15 nm hat. Es ist zu ersehen, daß diese Vorrichtung unter einer signifikanten Sättigung des optischen Ausgangssignales leidet und unterlegene Eigenschaften im Vergleich mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Obwohl die ersten und zweiten Führungsschichten 102 bzw. 105 der Halbleitervorrichtung von Beispiel 1 ein gleichmäßiges Zusammensetzungsverhältnis längs der Querrichtung jeder Schicht haben, können diese Schichten auch eine sog. GRIN-SCH-(abgestufter Index getrennter Begrenzungshetero-)Struktur haben, wobei das Zusammensetzungsverhältnis stufenweise längs der Querrichtung der Schichten verändert wird.
    • Beispiel 2
  • Anhand der Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung von Fig. 6 hat ein Substrat 608, das aus n-Typ-InP hergestellt ist, und eine geschichtete Struktur, die auf der Oberseite des Substrates 608 gebildet ist. Die geschichtete Struktur umfaßt in der Richtung weg von dem Substrat 608 eine n-Überzugschicht 601, die aus n-Typ-InP hergestellt ist, eine erste Führungsschicht 602 mit einer Vier-Schicht-GRIN-SCH- Struktur, die aus InGaAsP hergestellt ist (λg = 0,95, 1,0, 1,05 und 1,1 um für die jeweiligen Schichten in der Richtung weg von der n-überzugschicht 601; die Dicke insgesamt = 100 nm), eine aktive Schicht 607 mit einer Quantenwannenstruktur, eine zweite Führungsschicht 605 mit einer Vier-Schicht-GRIN-SCH-Struktur, die aus InGaAsP hergestellt ist (λg = 1,1, 1,05, 1,0 und 0,95 um für die jeweiligen Schichten in der Richtung weg von der aktiven Schicht 607; Dicke insgesamt = 100 nm), eine p-Überzugschicht 606, die aus p-Typ-InP hergestellt ist, und eine p&spplus;-Deck- bzw. Kappenschicht 611, die aus p&spplus;-Typ-InGaAsP hergestellt ist (λg = 1,3 um). Innerhalb der aktiven Schicht 607 sind mehrere Quantenwannenschichten 603, die jeweils aus InGaAsP hergestellt sind (λg = 1,37 um; Dicke = 8 nm) und mehrere Sperrschichten 604, die jeweils aus InGaAsP hergestellt sind (λg = 1,1 um; Dicke = 12 nm) in abwechselnder Weise gestapelt. In diesem Beispiel hat die aktive Schicht 607 neun (9) Quantenwannenschichten 603 und sieben (7) Sperrschichten 604.
  • Die obige geschichtete Struktur wird erhalten durch sequentielles Aufwachsen jeder der Schichten 601, 602, 607, 605, 606 und 611 auf dem Substrat 608 mittels einer herkömmlichen epitaktischen Wachstumsmethode. Die geschichtete Struktur wird dann einer Ätzbehandlung unterworfen, um einen streifenförmigen Teil 607' zu bilden. Der streifenförmige Teil ist auf beiden Seitenflächen mit einer Stromsperrschicht einschließlich einer p-Typ-InP-Schicht 609 und einer n-Typ-InP-Schicht 610 in der in Fig. 6 gezeigten Weise vorgesehen. Eine Elektrode 612 ist auf der Bodenfläche des Substrates 608 gebildet, und eine andere Elektrode 613 ist so gestaltet, daß sie in Berührung mit der p&spplus;-Deckschicht 611 und der n-Typ-InP-Schicht 610 ist, um so in der Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels zu resultieren. In dieser Halbleiterlaservorrichtung hat die aktive Schicht 607, die als der Resonator dient, die Länge Lc von 350 um längs der Richtung des Resonators, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
  • Fig. 7 veranschaulicht die Energiebandstruktur von und um die aktive Schicht der obigen Halbleiterlaservorrichtung.
  • Ein Energieband des Teiles 707 der Energiebandstruktur in Fig. 7 entspricht dem Energieband der aktiven Schicht 607 in Fig. 6. Weiterhin stellen in Fig. 7 Energiebänder 701, 702, 703, 704, 705 und 706 jeweils die Energiebänder der n-Überzugschicht 601, der ersten Führungsschicht 602, der Quantenwannenschicht 603, der Sperrschicht 604, der zweiten Führungsschicht 605 und der p-Überzugschicht 606 dar. Die in den Energiebändern 702 und 705 gezeigten stufenweisen Anderungen spiegeln die GRIN-SCH-Strukturen der ersten Führungsschicht 602 und der zweiten Führungsschicht 605 wieder. Jedoch kann die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels eine Führungsschicht mit einem gleichmäßigen Zusammensetzungsverhältnis längs der Querrichtung der Schicht enthalten.
  • Wie oben erläutert wurde, hat die Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels neun (9) Quantenwannenschichten und eine Resonatorlänge von 350 um. Jedoch werden Vorteile dieser Erfindung am bevorzugtesten realisiert, solange eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung die Anzahl der Quantenwannenschichten in dem Bereich von 8 bis 10 aufweist und die Resonatorlänge im Bereich von 250 um bis 700 um liegt. Die Ursache für diese spezifischen Bereiche, die bevorzugt sind, wird unten erläutert.
  • Fig. 8 veranschaulicht eine Anderung von Schwellenstromdichten als Funktionen der Länge Lc des Resonators und der Anzahl Nw der Quantenwannenschichten für Halbleiterlaservorrichtungen, wie beispielsweise diejenige, die in Beispiel 2 erhalten ist (d.h. Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtungen, die aus InGaAsP/InP-Typ-Materialien hergestellt sind und ein Paar von Führungsschichten haben, die jeweils eine GRIN-SCH-Struktur aufweisen). Da eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung eine größere Anzahl von Quantenwannenschichten hat, kann sie eine größere Verstärkung für eine feste Menge von injizierten Ladungsträgern und somit eine niedrigere Schwellenstrom dichte für eine Laseroszillation erzielen. Wenn jedoch die Anzahl der Quantenwannenschichten über einen gewissen Punkt hinaus anwächst, beherrscht der Effekt des gesteigerten Volumens dieser Quantenwannenschichten den Effekt der erhöhten Verstärkung, und somit beginnt die Schwellenstromdichte wieder anzuwachsen. Mit anderen Worten, eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung mit einem Resonator einer festen Länge hat eine optimale Anzahl hinsichtlich ihrer Quantenwannenschichten, durch welche die niedrigste Schwellenstromdichte erzielt werden kann. Wie aus der Fig. 8 zu ersehen ist, wächst diese optimale Anzahl an, wenn die Resonatorlänge Lc abnimmt. Dies bedeutet, daß, da eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung eine größere Anzahl von Quantenwannenschichten hat, eine kleinere Resonatorlänge geeignet wird, um die niedrigste Schwellenstromdichte zu erzielen.
  • Hinsichtlich Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtungen mit jeweils einer veränderlichen Resonatorlänge Lc und einem optimalen Wert für die Anzahl Nw der Quantenwannenschichten zur Erzielung des niedrigsten Wertes ihrer Schwellenstromdichte Jth kann die Anzahl Nw jeweils auf den Schwellenstrom Ith, die differentielle Quantenwirksamkeit lid und die Schwellenstromdichte Jth gemäß den folgenden Gleichungen (II) bis (IV) bezogen werden:
  • Ith = [C&sub1; / (A1Nw - B&sub1;)] + D&sub1; (II)
  • ηd = E&sub2; / [C&sub2; / (A&sub2;Nw - B&sub2;) + D&sub2;] (III)
  • Jth / Nw = A&sub3; (IV)
  • wobei A&sub1;, B&sub1;, C&sub1;, D&sub1;, A&sub2;, B&sub2;, C&sub2;, D&sub2;, E&sub2; und A&sub3; Konstanten sind.
  • Es kann aus den Gleichungen (II) und (III) ersehen werden, daß, da eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung eine größere Anzahl von Quantenwannenschichten aufweist, diese einen verminderten Schwellenstrom Ith und eine gesteigerte differentielle Quantenwirksamkeit ηd aufweist.
  • Wenn andererseits Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtungen mit jeweils einem festen Nw-Wert und einem veränderlichen Lc-Wert betrachtet werden, führt eine Steigerung in der Resonatorlänge Lc zu einer Verminderung in der Schwellenstromdichte Jth und somit zu einer Abnahme in der Schwellenstromdichte für jede Quantenwannenschicht, was A&sub3; in Gleichung (IV) entspricht. Wenn daher die Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung eine größere Resonatorlänge aufweist, kann sie besser das oben erwähnte Überströmen von injizierten Ladungsträgern reduzieren, und sie zeigt somit eine verbesserte Temperaturkennlinie, die ein höheres optisches Ausgangssignal selbst bei einer hohen Temperatur erlaubt. Wenn eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung jedoch einen übermäßig langen Resonator hat, wird die Auswirkung der inneren Wärmeentwicklung beträchtlich, und somit steigt die Temperatur innerhalb der Vorrichtung an, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der Vorrichtung führt. Wie oben beschrieben ist, erfordert eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung mit einer kleineren Anzahl von Quantenwannenschichten eine größere Resonatorlänge, um die niedrigste Schwellenstromdichte zu erzielen. Daher sollte hinsichtlich einer Verringerung des unerwünschten Effektes der Wärmeentwicklung eine Quantenwannen-Halbleitervorrichtung mehr als 8 Quantenwannenschichten haben.
  • Andererseits hat eine Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung mit einer größeren Anzahl von Quantenwannenschichten einen stärker vergrößerten Streuwinkel θ, wenn der Streuwinkel θ in der Richtung senkrecht zu den Quantenwannenschichten gemessen wird. Hier wird der Streuwinkel θ in der Weise bestimmt, wie dies anhand der Fig. 9a und 9b beschrieben ist. In Fig. 9a ist ein Winkel φ der Winkel, der von einem senkrechten Vektor L gemessen wird, der senkrecht zu einer Lichtemissionsfläche 900 einer Halbleiterlaservorrichtung ist, die in Beispiel 2 gezeigt ist, und der die Hauptausbreitungsrichtung des von dort emittierten Lichtes darstellt. Ein Richtungspfeil P stellt die Richtung senkrecht zu der Ausrichtung der Quantenwannenschichten der Vorrichtung dar. Ein Richtungspfeil H stellt die Richtung horizontal zu der Ausrichtung der Quantenwannenschichten der Vorrichtung dar. Fig. 9b veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem Winkel φ und der Stärke des emittierten Laserlichtes. In
  • Fig. 9b bedeutet I&sub0; die maximale Intensität des Laserlichtes und φ&submin; und φ&sbplus; stellen die Winkel dar, wo die Intensität des emittierten Laserlichtes eine Hälfte von I&sub0; wird. Der Streuwinkel φ wird als der Absolutwert von φ&sbplus; - φ&submin;) definiert.
  • Fig. 10 veranschaulicht Beziehungen zwischen dem senkrechten Streuwinkel φ (d.h., dem Streuwinkel θ, der in der Richtung senkrecht zu den Quantenwannenschichten gemessen ist, d.h. in der Ebene, die den Pfeil P und den Vektor L enthält) und der Dicke der Führungsschichten der Halbleiterlaservorrichtungen mit einer veränderlichen Anzahl von Quantenwannenschichten. In diesen Graphen gezeigte Daten werden von Halbleiterlaservorrichtungen erhalten, die aus InGaAsP/InP-Typ-Materialien hergestellt sind und erste und zweite Führungsschichten haben, die jeweils eine GRIN-SCH-Struktur und eine gleiche Dicke aufweisen, wie dies der Fall ist in der in Beispiel 2 vorbereiteten Vorrichtung. Wie aus der Fig. 10 ersehen werden kann, ist eine größere Anzahl von Quantenwannenschichten durch einen stärker verbreiterten senkrechten Streuwinkel θ begleitet. Andererseits ist der horizontale Streuwinkel θ (d.h. der Streuwinkel θ einer Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung, gemessen in der Richtung horizontal zu den Quantenwannenschichten, d.h. in der einen Pfeil H und einen Vektor L enthaltenden Ebene) im allgemeinen zu etwa 250 bekannt. Somit kann durch Approximieren des senkrechten Streuwinkels θ auf 25º das elliptische Verhältnis (d.h. das Verhältnis des senkrechten Streuwinkels zu dem horizontalen Streuwinkel) näher bei Eins (1) sein, um es so der Halbleiterlaservorrichtung zu ermöglichen, eine höhere Kopplungswirksamkeit mit einer optischen Faser und dergleichen zu erzielen. Der senkrechte Streuwinkel θ ist vorzugsweise nicht mehr als 300. Daher ist aus Fig. 10 die Anzahl der Quantenwannenschichten nicht mehr als 10.
  • Es kann auch aus der Fig. 10 ersehen werden, daß selbst dann, wenn die Anzahl der Quantenwannenschichten klein ist, wie beispielsweise Nw = 4, ein geeigneter senkrechter Streuwinkel 0 erhalten werden kann, indem die Dicken der Führungsschichten gesteigert werden. Jedoch ist eine übermäßige Zunahme in den Dicken der Führungsschichten unerwünscht, da sie zu einer Verringerung der Wirksamkeit zum Injizieren von Ladungsträgern in die Quantenwannenschicht führen kann, die zwischen diesen Führungsschichten liegt. Wenn eine Führungsschicht eine GRIN-SCH-Struktur hat, liegen die Dicken hiervon vorzugsweise in dem Bereich von etwa 20 nm bis etwa 200 nm.
  • Wie oben beschrieben wurde, hat, um eine niedrige Schwellenstromdichte und gewünschte Temperatureigenschaften zu realisieren und gleichzeitig den senkrechten Streuwinkel θ innerhalb eines geeigneten Bereiches sicherzustellen, eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Erfindung die Anzahl der Quantenwannenschichten in dem Bereich von 8 bis 10. Um weiterhin eine niedrige Schwellenstromdichte und gewünschte Temperatureigenschaften zu realisieren und gleichzeitig die unerwünschte interne Wärmeentwicklung zu beschränken, weist die erfindungsgemäße Halbleiterlaservorrichtung eine Länge ihres Resonators in dem Bereich von 250 um bis 700 um und vorzugsweise im Bereich von 250 um bis 400 um auf.
  • Die in Beispiel 2 erhaltene Halbleiterlaservorrichtung, die neun (9) Quantenwannenschichten und eine Resonatorlänge von 350 um hat, zeigt hervorragende Temperatureigenschaften bei hoher Temperatur, wie dies durch die charakteristische Temperatur T&sub0; von 60 Kelvin (K) angegeben ist, und liefert ein optisches Ausgangssignal von einer ausreichend hohen Intensität. Zusätzlich hat diese Vorrichtung den senkrechten Streuwinkel θ von 300, der in den oben erwähnten erwünschten Bereich fällt.
  • Wie aus den obigen Beispielen ersehen werden kann, liefert die vorliegende Erfindung eine Halbleiterlaservorrichtung, die verbesserte Temperatureigenschaften hat und ein optisches Ausgangssignal einer ausreichend hohen Intensität selbst dann erzeugt, wenn sie bei hoher Temperatur betrieben ist, und die auch eine hohe Kopplungswirksankeit mit einer Photoempfangsvorrichtung, wie beispielsweise einer optischen Faser und dergleichen realisieren kann.
  • Verschiedene andere Abwandlungen sind dem Fachmann offenbar und können sofort vorgenommen werden, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (8)

1. Halbleiterlaservorrichtung mit einem Resonator, umfassend:
ein Substrat (108), und
eine Laminat-Struktur, die auf einer Oberseite des Substrates ausgebildet ist, wobei die Laminat-Struktur (a) erste und zweite Führungsschichten (102, 105) und (b) eine Quantenwannenstruktur (107) eines Verbindungshalbleiters, gelegen zwischen den ersten und zweiten Führungsschichten, umfaßt, und wobei die Quantenwannenstruktur als der Resonator dient, dessen. Länge im Bereich von 250 um bis 700 um liegt, und eine Vielzahl von Quantenwannenschichten (103) und eine Vielzahl von Sperrschichten (104) umfaßt, und
wobei jede Quantenwannenschicht (103) eine Dicke Lz hat und jede Sperrschicht (104) einen Energieabstand, der größer als der Energieabstand der Quantenwannenschichten ist, um eine Energiedifferenz V&sub0; zwischen dem Boden des Leitungsbandes der Quantenwannenschichten und den Boden des Leitungsbandes der Sperrschichten zu bilden, aufweist, und wobei die durch Formel (1) dargestellte Beziehung
Lz ≤ h / 2 (2m*V&sub0;)1/2 (I)
erfüllt ist, in welcher h die Plancksche Konstante ist und m* die effektive Masse von Elektronen innerhalb der Quantenwannenschicht bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß dort von 8 bis 10 Quantenwannenschichten (103) vorliegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten Führungsschichten jeweils eine Heterostruktur getrennter Beschränkung mit abgestuftem Index haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Stromblockierschicht (109, 110), wobei die Laminat Struktur eine streifenförmige Geometrie hat und in Kontakt mit der Stromblockierschicht auf den Seitenflächen der streifenförmigen Geometrie gelegen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Quantenwannenstruktur eine Vielzahl von Quantenwannenschichten und eine Vielzahl von Sperrschichten, die in abwechselnder Weise gestapelt sind, umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Dicken der ersten und zweiten Führungsschichten so gewählt sind, daß einem von der Vorrichtung emittierten Laserlicht ein senkrechter Streuwinkel im Bereich von etwa 250 bis etwa 300 vermittelt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Dicken der ersten und zweiten Führungsschichten in dem Bereich von 20 nm bis 200 nm sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schwellen stromdichte im Bereich von 600 A/cm² bis 1200 A/cm² liegt.
8. Verfahren zum Erzeugen einer Laserstrahlung mittels einer Halbleiterlaservorrichtung, die einen Resonator hat und umfaßt:
ein Substrat (108),
eine Laminat-Struktur, die auf einer Oberseite des Substrates gebildet ist, wobei die Laminat-Struktur
(a) erste und zweite Führungsschichten (102, 105) und
(b) eine Quantenwannenstruktur (107) eines Verbindungshalbleiters, gelegen zwischen den ersten und zweiten Führungsschichten, umfaßt, und wobei die Quantenwannenstruktur als der Resonator dient, dessen Länge im Bereich 250 um bis 700 um ist, und eine Vielzahl von Quantenwannenschichten (103) sowie eine Vielzahl von Sperrschichten (104) umfaßt, und
wobei jede Quantenwannenschicht (103) eine Dicke Lz hat und jede Sperrschicht (104) einen Energieabstand, der größer als der Energieabstand der Quantenwannenschichten ist, um eine Energiedifferenz V&sub0; zwischen dem Boden des Leitungsbandes der Quantenwannenschichten und dem Boden des Leitungsbandes der Sperrschichten zu bilden, aufweist,
wobei die Werte für Lz und V&sub0; so gewählt sind, daß die durch Formel (1) dargestellte Beziehung
Lz ≤ h / 2 (2m*V&sub0;)1/2 (1)
erfüllt ist, in welcher h die Plancksche Konstante bedeutet und m* die Effektivmasse eines Elektrons in der Quantenwannenschicht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Laservorrichtung bei 85ºC betrieben ist, und
daß die Laservorrichtung 8 bis 10 Quantenwannenschichten hat.
DE1993617140 1992-04-15 1993-04-15 Halbleiterlaservorrichtung Expired - Lifetime DE69317140T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9557992A JPH05291689A (ja) 1992-04-15 1992-04-15 半導体レーザ装置
JP9558092A JPH05291690A (ja) 1992-04-15 1992-04-15 半導体レーザ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69317140D1 DE69317140D1 (de) 1998-04-09
DE69317140T2 true DE69317140T2 (de) 1998-09-03

Family

ID=26436794

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1993632065 Expired - Lifetime DE69332065T2 (de) 1992-04-15 1993-04-15 Halbleiterlaservorrichtung
DE1993617140 Expired - Lifetime DE69317140T2 (de) 1992-04-15 1993-04-15 Halbleiterlaservorrichtung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1993632065 Expired - Lifetime DE69332065T2 (de) 1992-04-15 1993-04-15 Halbleiterlaservorrichtung

Country Status (2)

Country Link
EP (2) EP0695005B1 (de)
DE (2) DE69332065T2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0695005B1 (de) 1992-04-15 2002-06-26 Sharp Kabushiki Kaisha Halbleiterlaservorrichtung
JP2005229011A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Anritsu Corp 波長可変半導体レーザ及びガス検知装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0695005B1 (de) 1992-04-15 2002-06-26 Sharp Kabushiki Kaisha Halbleiterlaservorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
EP0566411B1 (de) 1998-03-04
EP0695005A3 (de) 1996-03-13
EP0566411A2 (de) 1993-10-20
EP0566411A3 (en) 1994-05-18
DE69317140D1 (de) 1998-04-09
DE69332065D1 (de) 2002-08-01
EP0695005A2 (de) 1996-01-31
EP0695005B1 (de) 2002-06-26
DE69332065T2 (de) 2002-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4135813C2 (de) Oberflächenemittierende Halbleiter-Laservorrichtung
EP0829121B1 (de) Dfb-laserdiodenstruktur mit komplexer optischer gitterkopplung
DE69113141T2 (de) Laser mit vertikalem Resonator und Spiegel mit steuerbarer Reflektivität.
DE3751549T2 (de) Halbleiterlaser.
DE69209016T2 (de) Gegenstand der einen DFB-Halbleiterlaser enthält
DE69129181T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung
DE69505064T2 (de) Wellenlängenabstimmbarer Halbleiterlaser
DE69407455T2 (de) Halbleiterlaser
DE4328777A1 (de) Optische Filtervorrichtung
DE69105079T2 (de) Stegwellenleiterlaser mit vergrabener Heterostruktur und Verfahren zu seiner Herstellung.
DE69111197T2 (de) Abstimmbarer Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung.
DE69300903T2 (de) Mehrfach-Quantumwell-Halbleiterlaser mit verspanntem Gitter und Herstellungsverfahren.
DE69614602T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung, Verfahren zu ihrer Ansteuerung, Verwendung der Vorrichtung als Lichtquelle und optisches Kommunikationssystemes mit einer derartigen Lichtquelle
DE69500371T2 (de) Multi-Quantumwell-Halbleiterlaser
DE69506043T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung
DE69404107T2 (de) Polarisationsunabhängiger optischer Halbleiterverstärker
DE69304455T2 (de) Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung
DE69517039T2 (de) Hochleistungslaserdiode
DE68910492T2 (de) Halbleiterlaservorrichtung.
DE69521556T2 (de) Herstellungsverfahren für eine optische Halbleitervorrichtung
DE69117880T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung mit Quanten-Sperrschicht
DE69315303T2 (de) Halbleiterlaser-Element
DE2236410B2 (de) Halbleiter-Injektionslaser
DE102006028991A1 (de) Optische Halbleitervorrichtung mit einer verbesserten Stromblockadeschicht und Herstellungsverfahren derselben
DE3875768T2 (de) Halbleiterlaser mit verteilter rueckkopplung.

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: THE FURUKAWA ELECTRIC CO., LTD., TOKIO/TOKYO, JP