JP2000164990A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、ＧａＡｓを半導体基板として用い
た波長１．２ｍｍ以上の長波長帯で発振可能な、かつバ
ンド不連続値も自由に制御可能な半導体レーザを提供す
ることに目的とする。 【解決手段】 本発明の半導体レーザでは、半導体基板
２０上に形成された活性層１２が、量子井戸層２１、障
壁層１２１を含み、この量子井戸層が、半導体バンド構
造において、伝導帯最下端と価電子帯最上端が異なる半
導体層に形成されるいわゆるタイプII型の短周期超格子
から構成されている。さらに、伝導帯を構成する電子ウ
ェル層１２４及び価電子帯を構成する正孔ウェル層１２
２が１〜１０分子層厚の厚みに形成されている。
た波長１．２ｍｍ以上の長波長帯で発振可能な、かつバ
ンド不連続値も自由に制御可能な半導体レーザを提供す
ることに目的とする。 【解決手段】 本発明の半導体レーザでは、半導体基板
２０上に形成された活性層１２が、量子井戸層２１、障
壁層１２１を含み、この量子井戸層が、半導体バンド構
造において、伝導帯最下端と価電子帯最上端が異なる半
導体層に形成されるいわゆるタイプII型の短周期超格子
から構成されている。さらに、伝導帯を構成する電子ウ
ェル層１２４及び価電子帯を構成する正孔ウェル層１２
２が１〜１０分子層厚の厚みに形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る長波長帯の端面発光半導体レーザおよび面発光半導体
レーザに関する。
る長波長帯の端面発光半導体レーザおよび面発光半導体
レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】長波長帯の半導体レーザは、主にＩｎＰ
基板上のＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓやＩｎＡｓ
Ｐといった材料においてレーザ化が実現されている。し
かし、ＧａＡｓ基板上にこの長波長帯で発光する材料が
あれば、電子の閉じ込め層としてＧａＡｓ基板にほぼ格
子整合するＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ等の材料系を
用いることが出来るため、レーザの高温動作時に問題と
なる電子のキャリア漏れを大幅に抑制することが可能と
なる。また、ＧａＡｓ基板上に長波長帯で発光する材料
を用いれば、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ系の半導体多層膜ミラ
ーと組み合わせることにより、長波面発光レーザを実現
することが可能となる。
基板上のＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓやＩｎＡｓ
Ｐといった材料においてレーザ化が実現されている。し
かし、ＧａＡｓ基板上にこの長波長帯で発光する材料が
あれば、電子の閉じ込め層としてＧａＡｓ基板にほぼ格
子整合するＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ等の材料系を
用いることが出来るため、レーザの高温動作時に問題と
なる電子のキャリア漏れを大幅に抑制することが可能と
なる。また、ＧａＡｓ基板上に長波長帯で発光する材料
を用いれば、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ系の半導体多層膜ミラ
ーと組み合わせることにより、長波面発光レーザを実現
することが可能となる。
【０００３】ＧａＡｓ基板上の長波長帯発光材料に関し
ては、ＧａＩｎＮＡｓを用いた構造（「アイ・イー・イ
ー・イー、レーザ・アンド・エレクトロオプティクス・
ソサイティ・１９９７・アニュアル・ミーティング」第
３２巻第２４号（１９９６年）第２２４４−２２４５ペ
ージ）や、ＧａＡｓＳｂを用いた構造（特願平１０−１
７３３６８）が近藤らによって報告されている。
ては、ＧａＩｎＮＡｓを用いた構造（「アイ・イー・イ
ー・イー、レーザ・アンド・エレクトロオプティクス・
ソサイティ・１９９７・アニュアル・ミーティング」第
３２巻第２４号（１９９６年）第２２４４−２２４５ペ
ージ）や、ＧａＡｓＳｂを用いた構造（特願平１０−１
７３３６８）が近藤らによって報告されている。
【０００４】またピーターらはＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａ
Ａｓバイレーヤ量子井戸構造を報告している（「アプラ
イド・フィジクス・レター」第６７巻第１８号（１９９
５年）２６３９−２６４１ページ）。同報告に開示され
ているところによれば、バイレイヤー構造は、層厚約３
０〜７０Åの厚みのＩｎＧａＡｓ及びＧａＡｓＳｂを一
周期積層した構造を採用しており、この構造により、電
子と正孔が空間的に分離したいわゆるタイプII型超格子
を構成し、長波長化を達成している。
Ａｓバイレーヤ量子井戸構造を報告している（「アプラ
イド・フィジクス・レター」第６７巻第１８号（１９９
５年）２６３９−２６４１ページ）。同報告に開示され
ているところによれば、バイレイヤー構造は、層厚約３
０〜７０Åの厚みのＩｎＧａＡｓ及びＧａＡｓＳｂを一
周期積層した構造を採用しており、この構造により、電
子と正孔が空間的に分離したいわゆるタイプII型超格子
を構成し、長波長化を達成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近藤ら
によって報告された半導体レーザでは、量子井戸発光層
がＧａＩｎＮＡｓで構成されており、１．３μｍ以上の
波長で発光させるには大きな窒素組成が必要である。し
かしながら、窒素は、Ｉｎの存在下で結晶構造をとりに
くく、高品質なＧａＩｎＮＡｓエピタキシャル成長層を
形成することは困難であるといった欠点がある。またＧ
ａＡｓＳｂ層を量子井戸層に用いた場合にも１．３５μ
ｍ程度が上限である。さらにＧａＡｓＳｂの場合、伝導
帯バンド不連続値が大きく取れない等の問題がある。こ
れらの構造では、量子井戸を構成する材料（ＧａＩｎＮ
ＡｓやＧａＡｓＳｂ）の混晶組成を決めると、そのバン
ドギャップと同時にバンド不連続値も決まってしまい、
レーザ構造設計に自由度が小さいといった欠点も挙げら
れる。
によって報告された半導体レーザでは、量子井戸発光層
がＧａＩｎＮＡｓで構成されており、１．３μｍ以上の
波長で発光させるには大きな窒素組成が必要である。し
かしながら、窒素は、Ｉｎの存在下で結晶構造をとりに
くく、高品質なＧａＩｎＮＡｓエピタキシャル成長層を
形成することは困難であるといった欠点がある。またＧ
ａＡｓＳｂ層を量子井戸層に用いた場合にも１．３５μ
ｍ程度が上限である。さらにＧａＡｓＳｂの場合、伝導
帯バンド不連続値が大きく取れない等の問題がある。こ
れらの構造では、量子井戸を構成する材料（ＧａＩｎＮ
ＡｓやＧａＡｓＳｂ）の混晶組成を決めると、そのバン
ドギャップと同時にバンド不連続値も決まってしまい、
レーザ構造設計に自由度が小さいといった欠点も挙げら
れる。
【０００６】またピーターらのバイレーヤ量子井戸構造
では、レーザ構造設計の自由度は大きいといった利点が
挙げられる反面、それぞれの半導体層の厚みが、約３０
〜７０Åと厚いため、電子、正孔がそれぞれの層に局在
化しており、再結合がしにくく、その結果、発光効率が
非常に悪いという欠点を有する。
では、レーザ構造設計の自由度は大きいといった利点が
挙げられる反面、それぞれの半導体層の厚みが、約３０
〜７０Åと厚いため、電子、正孔がそれぞれの層に局在
化しており、再結合がしにくく、その結果、発光効率が
非常に悪いという欠点を有する。
【０００７】本発明は、上記課題に鑑み、ＧａＡｓ基板
上の波長１．２μｍ以上の長波長帯で発振可能で、かつ
バンド不連続値も自由に制御可能な半導体レーザを提供
することに目的とする。
上の波長１．２μｍ以上の長波長帯で発振可能で、かつ
バンド不連続値も自由に制御可能な半導体レーザを提供
することに目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に、第１の導電性を有する第１の光導波層と、第１の導
電性とは異なる導電性を有する第２の光導波層と、前記
２つの光導波層にはさまれた活性層領域を有する半導体
レーザにおいて、前記活性層領域の少なくとも一部に量
子井戸層と障壁層から構成される量子井戸構造を含み、
かつ、この量子井戸層が、２つ以上の異なる半導体層を
積層した構造を有し、この２つ以上の異なる半導体層
が、そのバンド構造において、タイプII型超格子構造を
構成し、さらに２つ以上の異なる半導体層の層厚が、そ
れぞれ１〜１０分子層厚であることを特徴とする半導体
レーザに関する。
に、第１の導電性を有する第１の光導波層と、第１の導
電性とは異なる導電性を有する第２の光導波層と、前記
２つの光導波層にはさまれた活性層領域を有する半導体
レーザにおいて、前記活性層領域の少なくとも一部に量
子井戸層と障壁層から構成される量子井戸構造を含み、
かつ、この量子井戸層が、２つ以上の異なる半導体層を
積層した構造を有し、この２つ以上の異なる半導体層
が、そのバンド構造において、タイプII型超格子構造を
構成し、さらに２つ以上の異なる半導体層の層厚が、そ
れぞれ１〜１０分子層厚であることを特徴とする半導体
レーザに関する。
【０００９】具体的には、該半導体基板がＧａＡｓであ
り、かつ該２つ以上の異なる半導体層の、伝導帯最下端
を形成する層がＩｎＧａＡｓ層であり、価電子帯最上端
を形成する層がＧａＡｓＳｂ層であることを特徴とする
半導体レーザや半導体基板がＧａＡｓであり、かつ該２
つ以上の異なる半導体層の、伝導帯最下端を形成する層
がＧａＡｓＮ層であり、価電子帯最上端を形成する層が
ＧａＡｓＳｂ層であることに特徴がある。
り、かつ該２つ以上の異なる半導体層の、伝導帯最下端
を形成する層がＩｎＧａＡｓ層であり、価電子帯最上端
を形成する層がＧａＡｓＳｂ層であることを特徴とする
半導体レーザや半導体基板がＧａＡｓであり、かつ該２
つ以上の異なる半導体層の、伝導帯最下端を形成する層
がＧａＡｓＮ層であり、価電子帯最上端を形成する層が
ＧａＡｓＳｂ層であることに特徴がある。
【００１０】本発明の半導体レーザにおいては、活性層
を構成する材料として、ＧａＩｎＮＡｓを用いていない
ので、比較的容易に高品質の結晶を形成することができ
る。また、本発明においては活性層が、タイプII型超格
子構造を形成しているために、レーザ構造の設計自由度
が高く、バンド不連続値も自由にとれる。
を構成する材料として、ＧａＩｎＮＡｓを用いていない
ので、比較的容易に高品質の結晶を形成することができ
る。また、本発明においては活性層が、タイプII型超格
子構造を形成しているために、レーザ構造の設計自由度
が高く、バンド不連続値も自由にとれる。
【００１１】またバイレーヤ構造においては、電子、正
孔が別々の層に局在化しているために発光効率が悪いと
いった欠点があったが、本発明では、層厚が１〜１０分
子層厚と非常に薄く、正孔及び電子が、各層をトンネル
し、重なりが大きくなるために発光効率があがる。
孔が別々の層に局在化しているために発光効率が悪いと
いった欠点があったが、本発明では、層厚が１〜１０分
子層厚と非常に薄く、正孔及び電子が、各層をトンネル
し、重なりが大きくなるために発光効率があがる。
【００１２】以下、図２の活性層のバンド構造図を示し
ながらさらに詳しく説明する。活性層は、量子井戸層２
１と障壁層１２１より構成されており、更に量子井戸層
２１は電子ウェル層１２４と正孔ウェル層１２２の短周
期交互積層構造より構成された短周期超格子層を形成す
る。電子ウェル層１２４の伝導帯下端エネルギーは正孔
ウェル層１２２の伝導帯下端エネルギーより小さいの
で、電流注入された電子は電子ウェル層１２４にたま
る。
ながらさらに詳しく説明する。活性層は、量子井戸層２
１と障壁層１２１より構成されており、更に量子井戸層
２１は電子ウェル層１２４と正孔ウェル層１２２の短周
期交互積層構造より構成された短周期超格子層を形成す
る。電子ウェル層１２４の伝導帯下端エネルギーは正孔
ウェル層１２２の伝導帯下端エネルギーより小さいの
で、電流注入された電子は電子ウェル層１２４にたま
る。
【００１３】一方、電子ウェル層１２４の価電子帯上端
エネルギーは正孔ウェル層１２２の価電子帯上端エネル
ギーより小さいので、電流注入された正孔は正孔ウェル
層１２２にたまる。このように電流注入された電子と正
孔は、空間的に分離された電子ウェル層１２４と正孔ウ
ェル層１２２にそれぞれたまるいわゆるタイプII型超格
子構造を形成する。
エネルギーは正孔ウェル層１２２の価電子帯上端エネル
ギーより小さいので、電流注入された正孔は正孔ウェル
層１２２にたまる。このように電流注入された電子と正
孔は、空間的に分離された電子ウェル層１２４と正孔ウ
ェル層１２２にそれぞれたまるいわゆるタイプII型超格
子構造を形成する。
【００１４】この構造における発光エネルギーは、電子
量子準位２２、正孔量子準位２３間の遷移エネルギー２
４となる。このため発光エネルギーを制御するのに電子
ウェル層１２４や正孔ウェル層１２２の組成や層厚を変
えることで自由に制御することができる。また本発明の
構造では電子ウェル層１２４と正孔ウェル層１２２が、
１〜１０分子層厚程度のデバイ波長程度以下の層厚で構
成されているため、タイプII型超格子構造で問題となる
発光効率の低下を抑制することができる。更に本発明の
構造では、電子は電子ウェル層１２４に、正孔は正孔ウ
ェル層１２２に存在するため、電子、正孔それぞれのキ
ャリア閉じ込めを決めるバンド不連続量デルタＥｃ２
５、デルタＥｖ２６はそれぞれの層の組成や層厚を変え
ることで自由に制御することができる。
量子準位２２、正孔量子準位２３間の遷移エネルギー２
４となる。このため発光エネルギーを制御するのに電子
ウェル層１２４や正孔ウェル層１２２の組成や層厚を変
えることで自由に制御することができる。また本発明の
構造では電子ウェル層１２４と正孔ウェル層１２２が、
１〜１０分子層厚程度のデバイ波長程度以下の層厚で構
成されているため、タイプII型超格子構造で問題となる
発光効率の低下を抑制することができる。更に本発明の
構造では、電子は電子ウェル層１２４に、正孔は正孔ウ
ェル層１２２に存在するため、電子、正孔それぞれのキ
ャリア閉じ込めを決めるバンド不連続量デルタＥｃ２
５、デルタＥｖ２６はそれぞれの層の組成や層厚を変え
ることで自由に制御することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施例について図面
を参照にして詳細に説明する。図１は、本発明の請求項
１に記載の半導体レーザの断面構造図である。この半導
体レーザはリッジ導波路型のレーザであり、半導体基板
２０上にｎ型光導波層１１が形成され、このｎ型光導波
層上に活性層領域１２が積層され、その上にｐ型光導波
層１３が積層されている。更に高濃度ｐ型ドープコンタ
クト層１４がｐ型光導波層１３上に積層されている。電
流狭窄を実現するために、本半導体レーザは２つのトレ
ンチ構造１９を有し、これら２つのトレンチ１９に挟ま
れたリッジ部以外には電流が流れないようにするために
絶縁体膜１５が形成されている。最後に、ｐ型のコンタ
クト金属膜１６とｎ型コンタクト金属膜１７が形成され
ている。この２つの金属膜間に電圧１０をかけるとリッ
ジ部１８にのみ電流が流れ、活性層領域１２のＡ領域に
おいて発光する。生じた光は、上下の光導波層によりリ
ッジストライプ方向に導波する。ストライプの終端は劈
開面になっており、光の一部は反射し全体として光共振
器を形成する。このようにして、しきい値電流密度以上
でレーザ発振が得られる。
を参照にして詳細に説明する。図１は、本発明の請求項
１に記載の半導体レーザの断面構造図である。この半導
体レーザはリッジ導波路型のレーザであり、半導体基板
２０上にｎ型光導波層１１が形成され、このｎ型光導波
層上に活性層領域１２が積層され、その上にｐ型光導波
層１３が積層されている。更に高濃度ｐ型ドープコンタ
クト層１４がｐ型光導波層１３上に積層されている。電
流狭窄を実現するために、本半導体レーザは２つのトレ
ンチ構造１９を有し、これら２つのトレンチ１９に挟ま
れたリッジ部以外には電流が流れないようにするために
絶縁体膜１５が形成されている。最後に、ｐ型のコンタ
クト金属膜１６とｎ型コンタクト金属膜１７が形成され
ている。この２つの金属膜間に電圧１０をかけるとリッ
ジ部１８にのみ電流が流れ、活性層領域１２のＡ領域に
おいて発光する。生じた光は、上下の光導波層によりリ
ッジストライプ方向に導波する。ストライプの終端は劈
開面になっており、光の一部は反射し全体として光共振
器を形成する。このようにして、しきい値電流密度以上
でレーザ発振が得られる。
【００１６】本発明の重要な部分は、上記の活性層領域
１２の構成であり、以下詳細な構造図を用いて具体的に
説明する。図１（ｂ）は、活性層領域１２の詳細な層構
造を示したものである。下部光導波層１２０、障壁層１
２１及び量子井戸層２１が交互に積層された多重量子井
戸構造（図では３周期）、その上に上部光導波層１２３
が積層され、これら全体で活性層領域１２を形成してい
る。量子井戸層２１は更に電子ウェル層１２４と正孔ウ
ェル層１２２の短周期交互積層構造より構成されてい
る。作用の項でも説明したようにこの電子ウェル層１２
４と正孔ウェル層１２２のバンド構造は、いわゆるタイ
プII型超格子構造を形成しており、さらにそれぞれの厚
みは、１〜１０分子層厚であることが必要である。ま
た、２つ以上の半導体層とは、応力緩和の目的で、短周
期交互積層構造を形成する電子ウェル層と正孔ウェル層
の他に、これらの層とは異なる半導体層を１〜２分子層
厚程度の厚みで、挿入することが可能であることを意味
する。
１２の構成であり、以下詳細な構造図を用いて具体的に
説明する。図１（ｂ）は、活性層領域１２の詳細な層構
造を示したものである。下部光導波層１２０、障壁層１
２１及び量子井戸層２１が交互に積層された多重量子井
戸構造（図では３周期）、その上に上部光導波層１２３
が積層され、これら全体で活性層領域１２を形成してい
る。量子井戸層２１は更に電子ウェル層１２４と正孔ウ
ェル層１２２の短周期交互積層構造より構成されてい
る。作用の項でも説明したようにこの電子ウェル層１２
４と正孔ウェル層１２２のバンド構造は、いわゆるタイ
プII型超格子構造を形成しており、さらにそれぞれの厚
みは、１〜１０分子層厚であることが必要である。ま
た、２つ以上の半導体層とは、応力緩和の目的で、短周
期交互積層構造を形成する電子ウェル層と正孔ウェル層
の他に、これらの層とは異なる半導体層を１〜２分子層
厚程度の厚みで、挿入することが可能であることを意味
する。
【００１７】この活性層の下部及び上部に、下部光導波
層および上部光導波層１２０、１２３が設けられてお
り、これらの層は活性層領域での光閉じ込めをよくする
ためのものである。
層および上部光導波層１２０、１２３が設けられてお
り、これらの層は活性層領域での光閉じ込めをよくする
ためのものである。
【００１８】層を構成する具体的な材料ついては、半導
体基板として、ＧａＡｓ基板、電子ウェル層として、Ｉ
ｎＧａＡｓまたはＧａＡｓＮ、正孔ウェル層として、Ｇ
ａＡｓＳｂが好適な例として挙げられる。また、上記の
材料を用いた場合に、正孔ウェル層と電子ウェル層の層
間に１〜２分子のＧａＡｓ層を挿入してもよい。
体基板として、ＧａＡｓ基板、電子ウェル層として、Ｉ
ｎＧａＡｓまたはＧａＡｓＮ、正孔ウェル層として、Ｇ
ａＡｓＳｂが好適な例として挙げられる。また、上記の
材料を用いた場合に、正孔ウェル層と電子ウェル層の層
間に１〜２分子のＧａＡｓ層を挿入してもよい。
【００１９】［実施例１］次に、より具体的な実施例を
図３を参照しながら説明する。それぞれの層の成長方法
はガスソース分子線エピタキシー法を用いた。
図３を参照しながら説明する。それぞれの層の成長方法
はガスソース分子線エピタキシー法を用いた。
【００２０】第１の実施例では、先ず、Ｓｉドープ（３
×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓ基板３０上にＳｉドープ（１
×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓバッファ層３１、１．５μｍ
層厚のＳｉドープ（１×１０18ｃｍ-3）Ａｌ0.4Ｇａ0.6
Ａｓ層３２を積層しｎ型光導波層１１を形成する。
×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓ基板３０上にＳｉドープ（１
×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓバッファ層３１、１．５μｍ
層厚のＳｉドープ（１×１０18ｃｍ-3）Ａｌ0.4Ｇａ0.6
Ａｓ層３２を積層しｎ型光導波層１１を形成する。
【００２１】続いて４０ｎｍのアンドープＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ａｓ層３３、障壁層１２１は１０ｎｍのアンドープ
ＧａＡｓ層３４とした。
0.8Ａｓ層３３、障壁層１２１は１０ｎｍのアンドープ
ＧａＡｓ層３４とした。
【００２２】量子井戸層３５は、５分子層の歪ＧａＡｓ
0.7Ｓｂ0.3正孔ウェル層３５１と５分子層の歪Ｉｎ0.3
Ｇａ0.7Ａｓ電子ウェル層３５２を３周期積層した構造
になっている。この量子井戸層３５と障壁層３４を３周
期積層し、その上に４０ｎｍのアンドープＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ａｓ層３６を積層して活性層領域１２を形成する。
0.7Ｓｂ0.3正孔ウェル層３５１と５分子層の歪Ｉｎ0.3
Ｇａ0.7Ａｓ電子ウェル層３５２を３周期積層した構造
になっている。この量子井戸層３５と障壁層３４を３周
期積層し、その上に４０ｎｍのアンドープＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ａｓ層３６を積層して活性層領域１２を形成する。
【００２３】その上に１．５μｍ厚のＢｅドープ（１×
１０18ｃｍ-3）Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層３７を積層しｐ型
光導波層１３を形成する。最後にｐ型コンタクト層とし
て５０ｎｍ厚のＢｅドープ（５×１０18ｃｍ-3）ＧａＡ
ｓコンタクト層３８を積層する。 リッジストライプレ
ーザ化には、先ずリソグラフィーと化学エッチングによ
りリッジストライプの両側にトレンチ構造１９を形成す
る。リッジストライプの上面以外の領域に２００ｎｍ厚
のＳｉＯ2絶縁体膜１５を形成し電流がリッジストライ
プ部だけに注入できるようにする。その後、Ｔｉ／Ａｕ
のｐ型のコンタクト金属膜１６とＴｉ／Ａｕのｎ型コン
タクト金属膜１７を形成し合金化する。
１０18ｃｍ-3）Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層３７を積層しｐ型
光導波層１３を形成する。最後にｐ型コンタクト層とし
て５０ｎｍ厚のＢｅドープ（５×１０18ｃｍ-3）ＧａＡ
ｓコンタクト層３８を積層する。 リッジストライプレ
ーザ化には、先ずリソグラフィーと化学エッチングによ
りリッジストライプの両側にトレンチ構造１９を形成す
る。リッジストライプの上面以外の領域に２００ｎｍ厚
のＳｉＯ2絶縁体膜１５を形成し電流がリッジストライ
プ部だけに注入できるようにする。その後、Ｔｉ／Ａｕ
のｐ型のコンタクト金属膜１６とＴｉ／Ａｕのｎ型コン
タクト金属膜１７を形成し合金化する。
【００２４】量子井戸層３５を構成する歪ＧａＡｓ0.7
Ｓｂ0.3正孔ウェル層３５１と歪Ｉｎ 0.3Ｇａ0.7Ａｓ電
子ウェル層３５２はタイプII型超格子のバンド構造を形
成し、電子は電子ウェル層３５２に、正孔は正孔ウェル
層３５１に存在し易い。このため電子と正孔の障壁層と
のバンド不連続値は大きくとれ、発光波長の長波化が可
能であると同時に、キャリア漏れを抑制することができ
る。
Ｓｂ0.3正孔ウェル層３５１と歪Ｉｎ 0.3Ｇａ0.7Ａｓ電
子ウェル層３５２はタイプII型超格子のバンド構造を形
成し、電子は電子ウェル層３５２に、正孔は正孔ウェル
層３５１に存在し易い。このため電子と正孔の障壁層と
のバンド不連続値は大きくとれ、発光波長の長波化が可
能であると同時に、キャリア漏れを抑制することができ
る。
【００２５】また、それぞれの層厚が５分子層と薄いた
め電子と正孔の波動関数の重なりは大きく、発光効率は
高くなっている。この半導体レーザの室温における発振
波長は１．３０μｍ、しきい値電流密度は、０．９ｋＡ
／ｃｍ2である。また室温から８５℃までの特性温度は
約９０Ｋが得られる。
め電子と正孔の波動関数の重なりは大きく、発光効率は
高くなっている。この半導体レーザの室温における発振
波長は１．３０μｍ、しきい値電流密度は、０．９ｋＡ
／ｃｍ2である。また室温から８５℃までの特性温度は
約９０Ｋが得られる。
【００２６】［実施例２］図４は、本発明第２の実施例
の半導体レーザの層構造図である。活性層領域１２以外
の部分は実施例１と同じである。活性層領域１２は、４
０ｎｍのアンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層４０、続いて
障壁層４１、量子井戸層４２を３周期交互に積層し、さ
らに４０ｎｍのアンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層４３を
積層して構成される。障壁層４１は１０ｎｍのアンドー
プＧａＡｓ層４１とした。
の半導体レーザの層構造図である。活性層領域１２以外
の部分は実施例１と同じである。活性層領域１２は、４
０ｎｍのアンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層４０、続いて
障壁層４１、量子井戸層４２を３周期交互に積層し、さ
らに４０ｎｍのアンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層４３を
積層して構成される。障壁層４１は１０ｎｍのアンドー
プＧａＡｓ層４１とした。
【００２７】量子井戸層４２は、５分子層の歪ＧａＡｓ
0.7Ｓｂ0.3正孔ウェル層４２１と５分子層の歪ＧａＡｓ
0.98Ｎ0.02電子ウェル層４２２を３周期積層した構造に
なっている。この歪ＧａＡｓＮ層はＧａＡｓ基板に対し
て引張性の応力が働いており、圧縮性の応力の働くＧａ
ＡｓＳｂとは、応力方向が逆向きである。このため、こ
の積層構造では応力の一部が相殺するため、構造的に安
定となりレーザの信頼性の点で有利となる。
0.7Ｓｂ0.3正孔ウェル層４２１と５分子層の歪ＧａＡｓ
0.98Ｎ0.02電子ウェル層４２２を３周期積層した構造に
なっている。この歪ＧａＡｓＮ層はＧａＡｓ基板に対し
て引張性の応力が働いており、圧縮性の応力の働くＧａ
ＡｓＳｂとは、応力方向が逆向きである。このため、こ
の積層構造では応力の一部が相殺するため、構造的に安
定となりレーザの信頼性の点で有利となる。
【００２８】またＧａＡｓＮ層はＮによる大きな伝導帯
バンドのボーイングにより伝導帯下端がＧａＡｓＳｂの
それに比べて低くなり、電子に対するウェル層となる。
それぞれの層厚が５分子層と薄いため電子と正孔の波動
関数の重なりは大きく、発光効率は高くなる点は実施例
１と同じである。
バンドのボーイングにより伝導帯下端がＧａＡｓＳｂの
それに比べて低くなり、電子に対するウェル層となる。
それぞれの層厚が５分子層と薄いため電子と正孔の波動
関数の重なりは大きく、発光効率は高くなる点は実施例
１と同じである。
【００２９】この半導体レーザの室温における発振波長
は１．２８μｍ、しきい値電流密度は、１．０ｋＡ／ｃ
ｍ2である。また室温から８５℃までの特性温度は約８
０Ｋが得られる。
は１．２８μｍ、しきい値電流密度は、１．０ｋＡ／ｃ
ｍ2である。また室温から８５℃までの特性温度は約８
０Ｋが得られる。
【００３０】以上、実施例１及び２においては、リッジ
ストライプ半導体レーザにより説明してきたが、他のレ
ーザ構造例えば埋め込み型半導体レーザであっても構わ
ない。
ストライプ半導体レーザにより説明してきたが、他のレ
ーザ構造例えば埋め込み型半導体レーザであっても構わ
ない。
【００３１】さらに、本発明の活性層構造は、ＧａＡｓ
／ＡｌＡｓの半導体多層膜反射鏡で構成される面発光型
のレーザにも適用することができる。これによると、
１．２μｍ以上の長波長面発光レーザを実現することが
できる。
／ＡｌＡｓの半導体多層膜反射鏡で構成される面発光型
のレーザにも適用することができる。これによると、
１．２μｍ以上の長波長面発光レーザを実現することが
できる。
【００３２】また成長方法もガスソース分子線エピタキ
シー法以外の方法、例えば有機金属気相成長法等の気相
成長法であっても構わない。さらに活性層領域の光閉じ
込め構造に、ＡｌＧａＡｓの組成を変化させたＧＲＩＮ
−ＳＣＨ構造であっても構わない。
シー法以外の方法、例えば有機金属気相成長法等の気相
成長法であっても構わない。さらに活性層領域の光閉じ
込め構造に、ＡｌＧａＡｓの組成を変化させたＧＲＩＮ
−ＳＣＨ構造であっても構わない。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体レーザによりＧａＡｓ基板上に１．２μｍ以上で発振
する、高温においてもしきい値電流の小さな高効率なレ
ーザ特性を実現できる。その理由は、Ｓｂを含む層を正
孔ウェル層とし、ＩｎＧａＡｓやＧａＡｓＮ層を電子ウ
ェル層とすることにより、発光波長やバンド不連続値を
自由に制御することが可能となり、レーザ特性の高性能
化に適したバンド構造を実現できるためである。
体レーザによりＧａＡｓ基板上に１．２μｍ以上で発振
する、高温においてもしきい値電流の小さな高効率なレ
ーザ特性を実現できる。その理由は、Ｓｂを含む層を正
孔ウェル層とし、ＩｎＧａＡｓやＧａＡｓＮ層を電子ウ
ェル層とすることにより、発光波長やバンド不連続値を
自由に制御することが可能となり、レーザ特性の高性能
化に適したバンド構造を実現できるためである。
【図１】本発明の半導体レーザの一実施形態を示す断面
構造図である。
構造図である。
【図２】本発明の半導体レーザのハンド構造の模式図で
ある。
ある。
【図３】第１の実施例の半導体レーザの層構造図であ
る。
る。
【図４】第２の実施例の半導体レーザの層構造図であ
る。
る。
１０ 電圧電源 １１ ｎ型光導波路層 １２ 活性層領域 １３ ｐ型光導波路層 １４ 高濃度ｐ型ドープコンタクト層 １５ 絶縁体膜 １６ ｐ型のコンタクト金属膜 １７ ｎ型コンタクト金属膜 １８ リッジ部 １９ トレンチ １２０ 下部光導波層 １２１ 障壁層 １２２ 正孔ウェル層 １２３ 上部光導波層 １２４ 電子ウェル層 ２１ 量子井戸層 ２２ 電子量子準位 ２３ 正孔量子準位 ２４ 遷移エネルギー ２５ 伝導帯バンド不連続量デルタＥｃ ２６ 価電子帯バンド不連続量デルタＥｖ ３０ ＳｉドープＧａＡｓ基板 ３１ ＳｉドープＧａＡｓバッファー層 ３２ ＳｉドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層 ３３ アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層 ３４ アンドープＧａＡｓ層 ３５ 量子井戸層 ３５１ 歪ＧａＡｓ0.7Ｓｂ0.3正孔ウェル層 ３５２ Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ電子ウェル層 ３６ アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層 ３７ ＢｅドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層 ３８ ＢｅドープＧａＡｓコンタクト層 ４０ アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層 ４１ アンドープＧａＡｓ層 ４２ 量子井戸層 ４２１ 歪ＧａＡｓ0.7Ｓｂ0.3正孔ウェル層 ４２２ 歪ＧａＡｓ0.98Ｎ0.02電子ウェル層 ４３ アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に、第１の導電性を有する
第１の光導波層と、第１の導電性とは異なる導電性を有
する第２の光導波層と、前記２つの光導波層にはさまれ
た活性層領域を有する半導体レーザにおいて、前記活性
層領域の少なくとも一部に量子井戸層と障壁層から構成
される量子井戸構造を含み、かつ、この量子井戸層が、
２つ以上の異なる半導体層を積層した構造を有し、この
２つ以上の異なる半導体層が、そのバンド構造におい
て、タイプII型超格子構造を構成し、さらに２つ以上の
異なる半導体層の層厚が、それぞれ１〜１０分子層厚で
あることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記量子井戸層を構成する２つ以上の異
なる半導体層が、周期的に積層されている短周期超格子
層であることを特徴とする請求項１記載の半導体レー
ザ。 - 【請求項３】 前記短周期超格子層の層厚が、５０〜１
５０Åであることを特徴とする請求項２記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項４】 前記半導体基板が、ＧａＡｓ基板である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導
体レーザ。 - 【請求項５】 前記２つ以上の異なる半導体層のバンド
構造において、伝導帯最下端を形成する層がＩｎＧａＡ
ｓ層であり、かつ価電子帯最上端を形成する層が、Ｇａ
ＡｓＳｂ層であることを特徴とする請求項４記載の半導
体レーザ。 - 【請求項６】 前記２つ以上の異なる半導体層のバンド
構造において、伝導帯最下端を形成する層がＧａＡｓＮ
層であり、かつ価電子帯最上端を形成する層が、ＧａＡ
ｓＳｂ層であることを特徴とする請求項４記載の半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33780798A JP3223969B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33780798A JP3223969B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000164990A true JP2000164990A (ja) | 2000-06-16 |
| JP3223969B2 JP3223969B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=18312162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33780798A Expired - Fee Related JP3223969B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体レーザ |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3223969B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6728283B2 (en) | 2001-11-08 | 2004-04-27 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser and photo module using the same |
| JP2006303147A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Opnext Japan Inc | 光半導体素子 |
-
1998
- 1998-11-27 JP JP33780798A patent/JP3223969B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6728283B2 (en) | 2001-11-08 | 2004-04-27 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser and photo module using the same |
| JP2006303147A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Opnext Japan Inc | 光半導体素子 |
| JP4664725B2 (ja) * | 2005-04-20 | 2011-04-06 | 日本オプネクスト株式会社 | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
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|---|---|
| JP3223969B2 (ja) | 2001-10-29 |
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