DE69500371T2

DE69500371T2 - Multi-Quantumwell-Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE69500371T2
Application number: DE69500371T
Authority: DE
Inventors: Takao Morimoto; Yoshihiro Sasaki
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Priority date: 1994-02-03
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2015-02-03
Also published as: EP0666624A1; DE69500371D1; EP0666624B1; JP3080831B2; US5509026A; JPH07221395A

Description

Hintergrund der Erfindung

Erfindungsgebiet

Die Erfindung betrifft die Struktur eines Multi-Quantenwell-Halbleiterlasers (im folgenden als MQW-Laser bezeichnet) und insbesondere die Struktur eines langweiligen MQW- Halbleiterlasers, der InP als Substrat hat und der als Lichtquelle bei der optischen Kommunikation oder ähnlichem Verwendung findet.

Beschreibung des Stands der Technik

Die Forschung und Entwicklung der Halbleiterlaser, die MQW, die in der aktiven Schicht verwenden, wird stark vorangetrieben, da diese zu einer beachtlichen Verbesserung der Lasereigenschaften führen können, und zahlreiche Schriften wurden in den letzten Jahren veröffentlicht.
Fig. 6(a) ist eine schematische perspektivische Ansicht eines bekannten MQW-Halbleiterlaserchips im 1,48 µm Band, der in IEEE Photonics Technology Letters, Band Nr. 3, Seiten 415-417, 1991 offenbart wurde, und Fig. 6 (b) ist ein Bandstrukturdiagramm seines Aktivschichtteils.
In den Figuren bezeichnet 201 ein n-InP-Substrat, 202 eine MQW-Aktivschicht, 203 eine p-InP-Plattierschicht, 204 eine p-InP-Blockierschicht, 205 eine n-InP-Blockierschicht, 206 eine p-InP-Innenleitungsschicht (burying layer), 207 ein p+-InGaAsP-Abdeckschicht und 208 Elektroden. Dieser Halbleiterlaser hat eine innenleitende (buried) Struktur, die als Double-Channel-Planar-Buried-Heterostruktur (DC-PBH) bezeichnet wird, und seine aktive Schicht hat eine Breite von 1,6 µm. Zusätzlich bezeichnet 211 eine zusammengesetzte optische InGaAsP-Wellenleiterschicht mit 1,15 µm, 212 eine zusammengesetzte InGaAsP-Barrieren-Schicht mit 1,15 µm, 213 eine InGaAs-Quantenwell-Schicht, 214 eine zusammengesetzte optische InGaAsP-Wellenleiterschicht mit 1,15 µm auf der p- Seite.
Hier beträgt die Zahl der Quantenwell-Schichten zwischen zwei und sieben. Fig. 6(b) zeigt den Fall mit 5 Schichten. Die Dicke der Quantenwell-Schicht beträgt 4 nm, die Dicke der Barrierenschicht 13 nm und die Dicke der Wellenleiterschicht, die die Quantenwell-Schichten, die Barrierenschichten und die optischen Wellenleiterschichten kombiniert, beträgt 200 nm. Mit der obengenannten Bauweise ändert sich, wenn die Zahl der Quantenwellschichten von 2 auf 7 geändert wird, der interne Absorptionsverlust von 5 auf 10 cm&supmin;¹, aber die interne Quantendifferenz-Effizienz verbleibt in etwa auf einem Pegel von 60 bis 70%. Bei diesem Beispiel beträgt die Energiedifferenz (im folgenden als δEv bezeichnet) zwischen dem ersten Quantenwellpegel eines schweren Lochs des Quantenwells und der Spitze des Valenzbandes der Barrierenschicht um 180 meV, und die Energiedifferenz (im folgenden als δEc bezeichnet wird) zwischen dem ersten Quantenwellpegel des Elektrons des Quantenwells und dem Boden des Leitfähigkeitsbandes der Barrierenschicht beträgt etwa 80 meV.
Bei einem Halbleiterlaser mit einer Struktur, bei der Ladungen in die Quantenwellschichten aus einer Richtung quer zu den Quantenwellschichten und der Barrierenschichten indiziert werden, kann angenommen werden, daß die interne Quantendifferenz-Effizienz einen kleinen Wert aufgrund des Auftretens einer ungleichmäßigen Injektion der Löcher zeigt, wenn δEv einen derart kleinen Wert wie 180 meV hat. Desweiteren, wenn die Zahl der Quantenwellschichten ein solch kleiner Wert wie 2 ist, ist der optische Confinementfaktor so klein, daß, auch wenn der interne Verlust so klein wie 5 cm&supmin;¹ ist, der Verstärkungsfaktor ebenfalls klein wird. Dies führt zu einem Anwachsen der Laserschwelle, wenn ein Laser mit kurzen Hohlraumresonatoren gebildet wird.
Bei der Ausgestaltung eines MQW-Halbleiterlasers gibt es eine sehr große Anzahl von Parametern, wie etwa der Quantenwell-Zusammensetzung, der Gitterstörung des Quantenwells, der Dicke der Quantenwellschicht, der Zahl der Quantenwellschichten und die Barrierenschichtzusammensetzung usw. Dementsprechend ist es zur Optimierung der Quantenwellstruktur für eine bestimmte Laserfrequenz nötig, das Experimentieren mit einem "Versuch und Fehler"-Ansatz (trial and error) wiederholt durchzuführen, was dazu führt, daß eine enorme Arbeits- und Kostenbelastung notwendig werden, und daß sich die Forschung und Entwicklung über einen langen Zeitabschnitt erstreckt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die strukturelle Bedingung zu schaffen, die zur Verbesserung des Gesamtverhaltens eines langwelligen MQW-Lasers nötig ist, und damit einen MQW-Halbleiterlaser mit ausgezeichneten Charakteristiken in einer kurzen Zeit mit weniger Arbeit zu entwickeln.
Um die obengenannte Aufgabe bei einem langwelligen MQW- Halbleiterlaser unter Verwendung von InP als Substrat zu lösen, schafft die Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, einen MQW-Halbleiterlaser, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Energiedifferenz zwischen dem ersten Quantenpegel für ein Loch in der Quantenwellschicht und dem oberen Rand (Top) des Valenzbandes in der Barrierenschicht kleiner oder gleich 160 meV ist, wobei die Energiedifferenz zwischen dem ersten Quantenpegel für ein Elektron in dem Quantenwell und dem Boden des Lleitungsbandes in der Barrierenschicht größer oder gleich 30 meV ist, und wobei der optische Confinementfaktor für das Quantenwell im Bereich von 0,01 - 0,07 liegt.
Bei dem langwelligen MQW-Halbleiterlaser dieser Erfindung ist die Energiedifferenz δEv zwischen dem ersten Quantenpegel eines Lochs in dem Quantenwell und dem oberen Rand des Valenzbandes in der Barrierenschicht kleiner oder gleich 160 meV, so daß es möglich ist, die Verschlechterung der internen Quantendifferenz-Effizienz aufgrund der ungleichmäßigen Injektion von Ladungen zu vermeiden, die bei einer Laserstruktur gefunden wird, in der Ladungen in die Quantenwellschichten aus einer Richtung quer zu den Quantenwellschichten und den Barrierenschichten injiziert werden.
Da jedoch die Energiedifferenz δEc zwischen dem ersten Quantenpegel eines Elektrons in dem Quantenwell und dem Boden des Leitungsbandes in der Barrierenschicht größer oder gleich 30 meV ist, ist es möglich, ein Überfließen der Elektronen in die Barrierenschicht zu unterdrücken, und ein Anwachsen des internen Absorptionsverlustes zu vermeiden.
Desweiteren ist es, da der optische Begrenzungsfaktor für die Quantenwellschicht ausgebildet ist, um in einen Bereich zwischen 0,01 und 0,07 zu liegen, möglich, das Anwachsen des Schwellwertes aufgrund des unzureichenden Verstärkungsfaktors zu unterdrücken, und das Anwachsen des Schwellwertes und die Verschlechterung der Steigungs-Effizienz (slope efficiency) zu vermeiden, die durch den internen Absorptionsverlust verursacht werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obengenannte und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher, in denen zeigt:
Fig. 1 ein Energiebandstrukturdiagramm des Bereichs der aktiven Schicht eines Halbleiterlasers nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Fig. 2 ein Energiebandstrukturdiagramm des Bereichs der aktiven Schicht eines Halbleiterlasers nach der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 3 eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen δEv und der internen Quantendifferenz-Effizienz eines MQW-Halbleiterlasers vom Fabry-Perot-Typ darstellt;
Fig. 4 eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen δEc und dem internen Absorptionsverlust αi eines MQW-Halbleiterlasers vom Fabry-Perot-Typ zeigt;
Fig. 5 eine Kurve, die die Abhängigkeit des internen Absorptionsverlusts αi von dem optischen Confinementfaktor bei Proben mit im wesentlichen gleichen δEv und δEc zeigt;
Fig. 6(a) eine schematische perspektivische Ansicht eines bekannten MQW-Halbleiterlasers mit 1,48 µm entsprechend dem Stand der Technik; und
Fig. 6(b) ein Energiebandstrukturdiagramm des Bereichs der aktiven Schicht eines bekannten MQW-Halbleiterlasers mit 1,48 µm Band nach dem Stand der Technik.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nun werden unter Bezug auf die Zeichnungen die erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Bandstrukturdiagramm in der aktiven Schicht eines MQW-Halbleiterlasers mit 1,55 µm Band, der die erste Ausführungsform der Erfindung ist. In der Figur bezeichnet 101 eine p-InP-Plattierungsschicht, 102 und 109 zusammengesetzte optische InGaAsP-Wellenleiterschichten mit 1,13 µm, 104 zusammengesetzte InGaAsP-Barrierenschichten mit 1,2 µm und 103, 105, 106, 107 und 108 - gezählt von der p-Seite - sind zusammengesetzte vorgespannte (strained) InGaAsP-Quantenwellschichten mit 1,7 µm, 110 bezeichnet eine n-InP- Plattierungsschicht, 121 den ersten Quantenpegel eines Elektrons und 112 den ersten Quantenpegel eines Lochs. Desweiteren ist in der Figur Egb die Bandlückenenergie der Barrierenschicht, Egw die Bandlückenenergie der Quantenwellschicht, Egl der energiegewandelte Wert der Laserwellenlänge, Ee die Quantisierungsenergie des ersten Quantenpegels eines Elektrons, Ehh die Quantisierungsenergie des ersten Quantenpegels eines Lochs, δEc die Energiedifferenz zwischen dem ersten Quantenpegel eines Elektrons und dem Boden des Leitungsbandes der Barrierenschicht und δEv die Energiedifferenz zwischen dem ersten Quantenpegel eines Lochs und dem oberen Rand des Valenzbandes der Barrierenschicht.
Die Zahl der Quantenwells wurde bei dieser Ausführungsform auf 5 gesetzt. Als Verfahren zur Ausbildung der extrem dünnen Halbleiterschichten, wie etwa der Quantenwellschicht und der Barrierenschichten, wurde das metallorganische chemische Dampfablagerungverfahren (MOCVD, metal organis chemical vapor deposition method) verwendet. Anschließend wurde ein Halbleiterlaser mit einer innenleitenden DC-PBH- Struktur, wie er in Fig.6(a) gezeigt ist, beispielsweise durch Anwenden von Fotolithographie und Flüssigphasenepitaxialwachstumsverfahren gebildet.
Bei dieser Ausführungsform waren δEv, δEc und der optische Confinementfaktor für die Quantenwellschicht jeweils 147,6 meV, 147,6 meV, 63,1 meV und 0,013.
Unter Bezug auf die Zeichnungen werden die Betriebsprinzipien der Erfindung im Detail im folgenden beschrieben. Zunächst sei angemerkt, daß die ersten Quantenpegel 121 bzw. 122 eines Elektrons bzw. eines Lochs beliebig durch die Auswahl der Quantenwellschichtzusammensetzung, der Quantenwellschichtdicke und der Barrierenschicht-Zusammensetzung bestimmt werden können, und im Ergebnis kann die Laserwellenlänge in Übereinstimmung mit einer gewünschten Wellenlänge gebracht werden.
Es wurde nun erwähnt, daß die höhere Barrierenschichthöhe für das Quantenwell bevorzugt wird, da die größere Barrierenschichthöhe gegenüber einem Loch solche Vorteile, wie ein größerer Differenzverstärkungsfaktor, eine größere Relaxationsoszillationsfrequenz und ähnliches, hat (IEEE Journal of Quanten Electronics, Band 29, Seiten 885-895, 1993).
Wenn jedoch die Struktur des Lasers so ist, daß die Ladungen in den Quantenwellschichten aus einer Richtung quer zu den Quantenwellschichten und den Quantenwellschichten injiziert werden, hat das Anwachsen der Höhe der Barrierenschicht den Nachteil, daß δEv unvermeidlich erhöht und die interne Quantendifferenz-Effizienz abgesenkt wird. Fig. 3 ist eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen δEv und der internen Quantendifferenz-Effizienz zeigt, wobei diese jeweils auf der Abszisse bzw. Ordinate aufgetragen sind. Die verwendeten Proben sind Fabry-Perot-Laser mit 1,3 µm Band ( -Markierung) 1,48 µm Band ( -Markierung) und 1,55 µm Band (Δ-Markierung). Die gleichen in den folgenden Fig. 4 und 5 verwendeten Markierungen repräsentieren die gleichen Wellenlängen wie bei dieser Figur.
Es kann gesehen werden, daß unabhängig von den Laserwellenlängenband die interne Quantendifferenz-Effizienz in den Bereich scharf abfällt, in dem δEv 160 meV übersteigt. Es wird angenommen, daß dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß, wenn δEv groß wird und die Löcher, die hohe effektive Massen haben, einmal in die Quantenschichten 103 und 105 näher an der P-Seite injiziert sind, es schwieriger für diese wird, aus den Quantenschichten herauszukommen, und dies reduziert die Zahl der Löcher, die in die Quantenschichten 107 und 108 auf der n-Seite injiziert werden, was zu einem Zustand ungleichmäßiger Injektion führt. Dieser Effekt wird beachtlich, wenn die Zahl der Quantenschichten groß wird. Erfindungsgemäß ist es möglich, die Verschlechterung der internen Quantendifferenz-Effizienz zu beschränken, und somit ist es möglich, den Abfall der Slope-Effizienz zu unterdrücken, was eine wichtige Charakteristik des Halbleiterlasers ist.
Andererseits ist die Dicke der Quantenwellschicht wünschenswerterweise klein, da je kleiner die Dicke ist, umso mehr wird der Quanteneffekt betont und umso größer ist der Verstärkungsfaktor. Wenn jedoch die Dicke der Quantenwellschicht verringert wird, wird δEc klein, und Elektronen fließen aus dem Quantenwell und werden über die optischen Wellenleiterschichten oder die Barrierenschichten verteilt, so daß der Verlust der optischen Wellenleiterschichten und der Barrierenschichten groß wird, wodurch der interne Absorptionsverlust erhöht wird. In Fig. 4 ist der Zusammenhang zwischen δEc und dem internen Absorptionsverlust αi bei dem MQW-Fabry-Perot-Halbleiterlaser gezeigt. Hier beträgt die Zahl der Quantenwellschichten 5 für alle Proben. Es ist klar, daß der interne Absorptionsverlust erhöht wird wenn δEc kleiner als 30 meV ist. Da δEc höher oder gleich 30 meV in dieser Erfindung gesetzt ist, ist es möglich, das Anwachsen des internen Absorptionsverlust zu verhindern, und zu verhindern, daß der Schwellwertstrom erhöht ist, was eine wichtige Charakteristik des Halbleiterlasers ist.
Desweiteren sind bei dem MQW-Halbleiterlaser der Verstärkungsfaktor und der interne Absorptionsverlust proportional zur dem optischen Confinementfaktor für die Quantenwellschicht. Wenn der Verstärkungsfaktor klein ist, ist der Schwellwert erhöht, da mehr Ladungen für die Laseroszillation benötigt werden. Andererseits, auch wenn der Verstärkungsfaktor groß ist, wenn der interne Absorptionsverlust groß ist, wird weiterhin einige Verstärkung benötigt, um den internen Absorptionsverlust zu überwinden, was verursacht, daß der Schwellwert ansteigt und die Slope-Effizenz verschlechtert ist. Dementsprechend existiert ein optimaler Bereich für den optischen Confinementfaktor, um den niedrigen Schwellwert und hohe Slope-Effizienz miteinander kompatibel zu machen.
Fig. 5 ist eine Kurve, die die Abhängigkeit des internen Absorptionsverlustes von dem optischen Confinementfaktor für Proben mit im wesentlichen gleichen Parametern, wie etwa δEv und δEc, zeigt. Der interne Absorptionsverlust wächst mit dem Anwachsen des optischen Confinementfaktors. Da jedoch der optische Confinementfaktor kleiner als 0,01 gesetzt wird, wird der interne Absorptionsverlust plötzlich für alle Wellenlängen erhöht. Da der Verstärkungsfaktor ebenfalls weiter in dem Bereich abgesenkt ist, in dem der optische Confinementfaktor kleiner als 0,01 ist, wird das Anwachsen des Schwellwerts stärker. Erfindungsgemäß wird das Anwachsen des internen Absorptionsverlust beschränkt und das Anwachsen des Schwellwerts unterdrückt.
Da jedoch der interne Absorptionsverlust der InGaAsP-Bulk- Aktivschicht mit 1,55 µm Band, wo der interne Absorptionsverlust am höchsten ist, in dem Bereich von 20-30 cm&supmin;¹ liegt, ist es nötig, den internen Absorptionsverlust kleiner als 20 cm&supmin;¹ zu haben, um den Effekt der Anmeldung auf die Quantenschicht wahrzunehmen. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß der optische Conf inementfaktor kleiner als 0,07 gesetzt.
Da bei der ersten Ausführungsform δEv auf einen kleinen Wert von 147,6 meV gesetzt ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, liegt es außerhalb des Bereichs, welcher zu einem nachteilhaften Effekt der nicht gleichmäßigen Injektion von Ladungen führt, und die interne Quantendifferenz-Effizienz nimmt einen hohen Wert von 88% ein. Im Gegensatz zu dem Fall des bekannten MQW-Halbleiterlasers für Laserwellenlängen von 1,55 µm unter Verwendung von InGaAs für die Quantenwellschichten und einer Zusammensetzung aus InGaAs für die Barrierenschichten mit 1,13 µm, wo δEv etwa bei 200 meV liegt, ist im Ergebnis die interne Quantendifferenz-Effizienz bei 67%, wobei gesagt werden kann, daß das Ergebnis dieser Ausführungsform eine beachtliche Verbesserung darstellt.
Da jedoch δEc auf 63 meV gesetzt ist, und dem optischen Confinementfaktor ein kleiner Wert von 0,013 gegeben ist, war es möglich, den internen Absorptionsverlust auf einen niedrigen Wert von 8,7 cm&supmin;¹ - im Gegensatz zu 10 cm&supmin;¹ bei dem bekannten Fall - zu verringern.
Eine Messung der Pulshöhenausgabecharakteristik unter Verwendung der ersten Ausführungsform, bei der die Hohlraumlänge auf 900 µm ist und 6-90% AR-Überzüge und HR-Überzüge auf den Facetten vorgesehen sind, erzeugt ein Lichtausgabe von 340 mW bei dem Vorrichtungsstrom von 1 A. Dies stellt eine um etwa das 1,9-fache höhere Lichtausgabe als der bekannte Wert dar.
Die Erfindung verwendet ferner eine DC-PBH, so daß ein pnpn-Thyristor, der in der stromblockierenden Struktur gebildet ist, auch in dem Zustand hoher Strominjektionen nicht eingeschaltet ist, und eine hinreichend hohe Ausgabecharakteristik kann erhalten werden.
Als nächstes wird die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. Fig. 2 ist eine Bandstrukturdiagramm des Bereichs der aktiven Schicht eines Halbleiterlasers mit 1,3 µm Band vom verteilten rückgekoppelten MQW-Typ entsprechend dieser Ausführungsform. In der Figur bezeichnet 11 ein InP- Substrat und 12 eine zusammengesetzte optische InGaAsP-Wellenleiterschicht. Beugungsgitter sind auf dem Substrat 11 ausgebildet und von der optischen InGaAsP-Wellenleiterschicht 12 bedeckt. Bezugszeichen 13 ist eine n-InP-Abstandsschicht, 14 und 17 sind zusammengesetzte optische In- GaAsP-Wellenleiterschichten mit 1,13 µm, 15 ist eine zusammengesetzte InGaAsP-Barrierenschicht mit 1,13 µm, 16 ist eine zusammengesetzte vorgespannte InGaAsP-Quantenwellschicht mit 1,42 µm, 18 ist eine zusammengesetzte optische InGaAsP-Wellenleiterschicht mit 1,05 µm und 19 eine p-InP- Plattierungsschicht.
Die Höhe und der Abstand der Beugungsgitter beträgt 28 nm bzw. 202,7 nm. Die Dicke jeder Schicht ist wie folgt. Die Dicke der zusammengesetzten optischen InGaAsP-Wellenleiterschicht mit 1,05 µm auf der n-Seite (12) und auf der p- Seite (18) sind jeweils 40 bzw. 50 nm, jene der zusammengesetzten optischen InGaAs-Wellenleiterschicht mit 1,13 µm auf der n-Seite 14 und auf der p-Seite 17 betragen 20 bzw. 10 nm, und jene der zusammengesetzten InPaAsP-Barrierenschicht 15 mit 1,13 µm beträgt 5 nm, jene der zusammengesetzten vorgespannten InGaAsP-Quantenwellschicht 16 mit 1,42 µm ist 4,2 nm, und jene der p-InP-Plattierungsschicht 19 beträgt 0,7 µm. Die Zahl der Quantenwellschichten wird auf 12 gesetzt. Bei dieser Ausführungsform wurde das Interferenz-Exposure-Verfahren und Naßätzen bei der Ausbildung der Gitter verwendet. Das Herstellungsverfahren für die MQW-Struktur und die Barrier-Struktur dieser Ausführungsform sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform sind die Werte für δEv und δEc 110 bzw. 40 nmV, und der optische Confinementfaktor ist gleich 0,066%.
Bei dieser Ausführungsform ist aufgrund des kleinen δEv- Wertes mit 110 meV die interne Quantendifferenz-Effizienz ausgezeichnet unabhängig von der großen Zahl, nämlich 12, der Quantenwellschichten. Darüberhinaus wird ein Überfließen der Elektronen in die Barrierenschichten unterdrückt, und ein unerwarteter Anstieg des internen Absorptionsverlustes wird aufgrund des Wertes 40 meV für δEc verhindert. Desweiteren tritt ein Anwachsen des Schwellwertes unabhängig vom großen Wert 0,066 des optischen Confinementfaktors aufgrund des extrem hohen Wertes des Verstärkungsfaktors nicht auf.
Wenn der Resonator so ausgebildet ist, daß er eine Länge von 300 µm hat, und ein AR-Überzug und ein HR-Überzug mit 1% bis 70% auf den Facetten ausgebildet sind, ist bei dieser Ausführungsform der Schwellwert bei 25ºC ein kleiner Wert von 11 mA, und es war möglich, den Schwellwert auf den extrem kleinen Wert von 29 mA auch bei 85ºC zu verringern. Da ein DC-PBH-Struktur auch bei der zweiten Ausführungsform verwendet wird, ist es möglich, Potentialdifferenz des pn- Übergangs der pnpn-Stromblockierungsschicht auch bei hohen Temperaturen auf einem großen Wert zu halten, und deshalb wird angenommen, daß eine exzellente Hochtemperaturcharakteristik erhalten wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen oben beschrieben wurden, ist diese Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen sind innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich. Desweiteren wurde die Erfindung im Zusammenhang mit Fabry-Perot-Lasern vom verteilten Rückkopplungstyp mit gleichmäßigen Beugungsgitten beschrieben, aber die Erfindung ist auch auf Einachsenmoduslaser, wie etwa λ/4-Shift-Distributed-Feedback-Laser und Distributed-Bragg- Reflector-Laser anwendbar.
Wie oben beschrieben wurde, hat der erfindungsgemäße MQW- Halbleiterlaser die Energiedifferenz δEv zwischen ersten Quantenpegel eines Lochs in dem Quantenwell und dem oberen Rand des Valenzbandes in der Barrierenschicht kleiner oder gleich zu 160 meV, und δEc zwischen dem ersten Quantenpegel eines Elektrons in dem Quantenwell und dem unteren Rand des Leitungsbandes in der Barrierenschicht ist größer oder gleich 30 meV, und der optische Confinementfaktor des Quantenwellschicht ist im Bereich von 0,01 bis 0,07. Deshalb ist es möglich, die Verschlechterung bei der internen Quantendifferenz-Effizienz, die aufgrund der ungleichmäßigen Injektion der Ladungen in einem Laser mit diesen Strukturen erzeugt wird, bei dem die Ladungen in die Quantenwellschicht aus der laminaren Wachstumsrichtung der Quantenwellschicht und der Barrierenschicht injiziert werden, zu unterdrücken, und es ist möglich, ein Anwachsen des internen Absorptionsverlustes zu verhindern, indem das Überlaufen der Elektronen in die Barrierenschicht beschränkt wird. Desweiteren ist es möglich, ein durch den unzureichenden Verstärkungsfaktor verursachtes Anwachsen des Schwellwertes zu unterdrücken, und auch ein Anwachsen des Schwellwertes und die Verschlechterung der Slope-Effizienz aufgrund des internen Absorptionsverlustes kann vermieden werden.
Auf diese Art ist es erfindungsgemäß möglich, einen MQW- Halbleiterlaser für große Wellenlängen mit einem niedrigen Schwellwert und beachtlich verbesserten Charakteristiken, wie etwa der internen Quantendifferenz-Effizienz und der Slope-Effizienz, zu schaffen, wobei weniger Arbeit und kürzere Zeit beim Design der Vorrichtung benötigt wird, um die obengenannten Bedingungen zu erfüllen.

Claims

1. Multi-Quantum-Well-Halbleiterlaser, der InP als Substrat verwendet und eine aktive Schicht mit:

einer Multi-Quanten-Well-Struktur hat;

dadurch gekennzeichnet, daß die Multi-Quanten-Well-Struktur aufweist eine Energiedifferenz zwischen dem ersten Quantenpegel für ein Loch in der Quanten-Well- Schicht (16; 103, 105, 106, 107, 108) und dem oberen Rand des Valenzbands in einer Barrierenschicht (15, 104), die kleiner oder gleich 160 meV ist,

eine Energiedifferenz zwischen dem ersten Quantenpegel für ein Elektron in der Quanten-Well-Schicht (16, 103, 105, 106, 107, 108) und dem Grund des Leitungsbandes in der Barrierenschicht (15, 104), die größer oder gleich 30 meV ist, und

einen optischen Begrenzungsfaktor für die Quanten-Well- Schicht im Bereich von 0,01 bis 0,07.

2. Multi-Quanten-Well-Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem die Quanten-Well-Schichten (16, 103, 105, 106, 107, 108) der Multi-Quanten-Well-Struktur aus gespanntem (strained) InGaAsP-Material zusammengesetzt sind.

3. Multi-Quanten-Well-Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem der Laser vom Brechungsindexwellenleitertyp ist, der eine Stromabblockschicht hat, und die Ladungsträger in die Quanten-Well-Schichten der Multi-Quanten-Well-Struktur aus der Richtung, die die Quanten-Well-Schichten und die zugehörigen Barrierenschichten (15, 104) kreuzt, integriert werden.

4. Multi-Quanten-Well-Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem die aktive Schicht in Mesa-Stripe-Form auf einem InP-Substrat eines ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, und wobei die oberste Oberfläche und die Seitenflächen der aktiven Schicht von einer InP-Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps umgeben sind.

5. Multi-Quanten-Well-Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem das Wellenlängenauswahlmittel entlang einer Hohlraumrichtung ausgebildet ist.

6. Multi-Quanten-Well-Halbleiterlaser nach Anspruch 3, bei dem die Quanten-Well-Schichten aus einem gespannten (strained) InGaAsP-Material zusammengesetzt sind.

7. Multi-Quanten-Well-Halbleiterlaser nach Anspruch 4, bei dem die Quanten-Well-Schichten aus gespanntem (strained) InGaAsP-Material zusammengesetzt sind.

8. Multi-Quanten-Well-Halbleiterlaser nach Anspruch 5, bei dem die Quanten-Well-Schichten aus gespanntem (strained) InGaAsP-Material zusammengesetzt sind.