JP2011187826A

JP2011187826A - Semiconductor laser

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Publication number: JP2011187826A
Application number: JP2010053446A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kakimoto; 昇一柿本; Yuichiro Okunuki; 雄一郎奥貫
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long-wavelength semiconductor laser which has superior temperature characteristics. <P>SOLUTION: On a p-type InP substrate, a p-type InP clad layer, an InGaAsP strained quantum well active layer, and an n-type InP clad layer are laminated in order. The InGaAsP strained quantum well active layer has: a multiple quantum well structure having an InGaAsP barrier layer 40 and an InGaAsP well layer 42 alternately laminated; and InGaAsP guide layers 44 and 46 between which the multiple quantum well structure is sandwiched. An InGaAsP barrier layer and an InGaAsP guide layer have a carrier density of ≤2×10<SP>17</SP>/cm<SP>3</SP>during oscillation. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信や光計測に使用される長波長歪量子井戸レーザに関し、特に温度特性に優れた半導体レーザに関する。 The present invention relates to a long wavelength strained quantum well laser used for optical communication and optical measurement, and more particularly to a semiconductor laser excellent in temperature characteristics.

従来の長波長レーザは、閾値電流（発振を開始する電流）の温度特性が短波長レーザに比べて劣っていた。すなわち、温度上昇に伴い長波長レーザの閾値電流は短波長レーザに比べて大きく増加していた（一般に特性温度Ｔ_０が小さかった）。一般の短波長レーザの特性温度Ｔ_０は約１８５Ｋであるのに対して長波長レーザの特性温度Ｔ_０は約７０Ｋであった（例えば、非特許文献１参照）。 Conventional long-wavelength lasers are inferior to short-wavelength lasers in temperature characteristics of threshold current (current at which oscillation starts). That is, as the temperature rises, the threshold current of the long wavelength laser is greatly increased as compared to the short wavelength laser (generally, the characteristic temperature T ₀ is small). The characteristic temperature T ₀ of a general short wavelength laser is about 185 K, whereas the characteristic temperature T ₀ of a long wavelength laser is about 70 K (see, for example, Non-Patent Document 1).

Appl. Phys. Lett. 50 (1979) 709Appl. Phys. Lett. 50 (1979) 709 Jpn. Appl. Phys. 43 (2004) 6079Jpn. Appl. Phys. 43 (2004) 6079 J. lightwave Technol. LT-4 (1986) 504J. lightwave Technol. LT-4 (1986) 504 Electron. Lett. 22 (1986) 249Electron. Lett. 22 (1986) 249 Electron. Lett.23 (1987) 546Electron. Lett. 23 (1987) 546 Tech, Dig. ECOC.Brighton (1988) 337Tech, Dig. ECOC.Brighton (1988) 337 Electron. Lett. 28 (1992) 1844Electron. Lett. 28 (1992) 1844

従来、長波長レーザの温度特性が悪い原因は、一般にオージェ効果（非発光過程）であると考えられていた。しかし、我々はオージェ効果が原因ではないことを見出した（例えば、非特許文献２参照）。非特許文献３及び４の理論によれば、歪量子井戸レーザではオージェ効果はほとんど効かなくなり、温度特性が改善されるはずである。しかし、実際に作製された長波長歪量子井戸レーザの温度特性はほとんど改善されていない。即ち、閾値電流は通常の長波長レーザに比べて小さくなっているにも関わらず、特性温度Ｔ_０は小さいままである。 Conventionally, the cause of poor temperature characteristics of long wavelength lasers was generally considered to be the Auger effect (non-light emitting process). However, we have found that the Auger effect is not the cause (see, for example, Non-Patent Document 2). According to the theory of Non-Patent Documents 3 and 4, the Auger effect is hardly effective in the strained quantum well laser, and the temperature characteristics should be improved. However, the temperature characteristics of the actually produced long wavelength strained quantum well laser are hardly improved. That is, although the threshold current is smaller than that of a normal long wavelength laser, the characteristic temperature T ₀ remains small.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は温度特性に優れた半導体レーザを得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor laser having excellent temperature characteristics.

本発明は、ｐ型基板と、前記ｐ型基板上に順次積層されたｐ型クラッド層、歪量子井戸活性層、及びｎ型クラッド層とを備え、前記歪量子井戸活性層は、バリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造を挟むガイド層とを有し、発振時の前記バリア層及び前記ガイド層のキャリア密度が２×１０^１７／ｃｍ^３以下であることを特徴とする半導体レーザである。 The present invention includes a p-type substrate, a p-type cladding layer, a strained quantum well active layer, and an n-type cladding layer sequentially stacked on the p-type substrate, wherein the strained quantum well active layer includes a barrier layer and It has a multiple quantum well structure in which well layers are alternately stacked and a guide layer sandwiching the multiple quantum well structure, and the carrier density of the barrier layer and the guide layer during oscillation is 2 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less. It is a semiconductor laser characterized by the above.

本発明により、温度特性に優れた半導体レーザを得ることができる。 According to the present invention, a semiconductor laser having excellent temperature characteristics can be obtained.

実施の形態１に係る半導体レーザを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser according to a first embodiment. 図１の歪量子井戸活性層を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the strain quantum well active layer of FIG. 1 was expanded. 実施の形態２に係る半導体レーザを示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser according to a second embodiment. 図３の歪量子井戸活性層を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the strain quantum well active layer of FIG. 3 was expanded. 実施の形態３に係る半導体レーザを示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser according to a third embodiment. 図５の歪量子井戸活性層を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the strain quantum well active layer of FIG. 5 was expanded.

一般的な長波長歪量子井戸レーザでは、歪量子井戸活性層のウェル層がＩｎＧａＡｓＰで構成され、＋１％の圧縮歪が掛けられている。そして、活性層のバリア層及びガイド層がＩｎＧａＡｓＰで構成され、−０．３％の引っ張り歪が掛けられている。 In a general long wavelength strained quantum well laser, the well layer of the strained quantum well active layer is made of InGaAsP and is subjected to a compressive strain of + 1%. The barrier layer and guide layer of the active layer are made of InGaAsP and are subjected to a tensile strain of -0.3%.

また、リーク電流は温度上昇と共に増大するので閾値電流の温度特性の悪化の原因となるが、基板をｐ型基板にすることにより活性層の両側の埋め込み層の高温でのリーク電流が小さくなり、閾値電流の小さい長波長レーザが得られることが報告されている（例えば、非特許文献５参照）。実際、ｐ基板による長波長レーザでの１９８８年当時世界最小の閾値電流３．１ｍＡが実現されたことが報告されている（例えば、非特許文献６参照）。 In addition, since the leakage current increases as the temperature rises, it causes deterioration of the temperature characteristics of the threshold current, but by making the substrate a p-type substrate, the leakage current at high temperatures of the buried layers on both sides of the active layer is reduced, It has been reported that a long wavelength laser with a small threshold current can be obtained (see, for example, Non-Patent Document 5). In fact, it has been reported that the world's smallest threshold current of 3.1 mA was realized in 1988 with a long wavelength laser using a p substrate (see, for example, Non-Patent Document 6).

我々の理論的解析によると、一般的な長波長歪量子井戸レーザにおいて、３００Ｋから３８０Ｋの間でバリア層及びガイド層の電子密度は２×１０^１８／ｃｍ^３以上である。これと同数の正孔が存在し、お互いに再結合することによりレーザ発振波長とは異なる波長の光を発生する。これらの光はレーザ発振に全く寄与しない。温度を上げればバリア層及びガイド層のキャリア密度は増大し、ますますレーザ発振に無効な光が放出される。 According to our theoretical analysis, in a general long wavelength strained quantum well laser, the electron density of the barrier layer and the guide layer is 2 × 10 ¹⁸ / cm ³ or more between 300K and 380K. There are the same number of holes, and recombination with each other generates light having a wavelength different from the laser oscillation wavelength. These lights do not contribute to laser oscillation at all. Increasing the temperature increases the carrier density of the barrier layer and the guide layer, and more and more light that is ineffective for laser oscillation is emitted.

我々は、これが温度特性を悪くしている原因であることを見出した。そこで、バリア層及びガイド層のキャリア密度を１桁以上小さくし（２×１０^１７／ｃｍ^３以下）、温度特性にほとんど寄与しないようにすることを考え出した。 We have found that this is the cause of poor temperature characteristics. Therefore, it has been devised to reduce the carrier density of the barrier layer and the guide layer by one digit or more (2 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less) so as to hardly contribute to the temperature characteristics.

バリア層及びガイド層の引っ張り歪が大きく、ウェル層の圧縮歪が大きいほど、バリア層及びガイド層のキャリア密度が小さくなる。ただし、各層の歪量は結晶成長技術の観点から作成可能な値にする必要がある。そこで、バリア層及びガイド層の引っ張り歪を−０．７％〜−０．４％にし、ウェル層の圧縮歪を１±０．８％にする。これにより、バリア層及びガイド層のキャリア密度は２×１０^１７／ｃｍ^３以下となる。この知見に基づく本発明の実施の形態に係る半導体レーザについて図面を参照しながら説明する。 The higher the tensile strain of the barrier layer and the guide layer and the larger the compressive strain of the well layer, the lower the carrier density of the barrier layer and the guide layer. However, the strain amount of each layer needs to be a value that can be created from the viewpoint of crystal growth technology. Therefore, the tensile strain of the barrier layer and the guide layer is set to −0.7% to −0.4%, and the compressive strain of the well layer is set to 1 ± 0.8%. Thereby, the carrier density of the barrier layer and the guide layer is 2 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less. A semiconductor laser according to an embodiment of the present invention based on this knowledge will be described with reference to the drawings.

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体レーザを示す断面図である。この半導体レーザはＩｎＧａＡｓＰ長波長歪量子井戸レ−ザである。また、この半導体レーザはＦＳ−ＢＨ(Facet Selective growth Buried Heterostructure)型レーザであり、非特許文献７にＦＳ−ＢＨ型レーザの製造法が記述されている。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the semiconductor laser according to the first embodiment. This semiconductor laser is an InGaAsP long wavelength strain quantum well laser. Further, this semiconductor laser is an FS-BH (Facet Selective Growth Buried Heterostructure) laser, and Non-Patent Document 7 describes a method for manufacturing an FS-BH laser.

ｐ型ＩｎＰ基板１０上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２、ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性層１４、ｎ型ＩｎＰクラッド層１６、回折格子１８、及びｎ型ＩｎＰクラッド層２０が順次積層されている。このｎ型ＩｎＰクラッド層２０側からｐ型ＩｎＰ基板１０の途中までエッチングされてメサ２２が形成されている。メサ２２の幅（即ちＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性層１４の幅）は例えば１．５μｍである。 On the p-type InP substrate 10, a p-type InP clad layer 12, an InGaAsP strained quantum well active layer 14, an n-type InP clad layer 16, a diffraction grating 18, and an n-type InP clad layer 20 are sequentially laminated. A mesa 22 is formed by etching from the n-type InP clad layer 20 side to the middle of the p-type InP substrate 10. The width of the mesa 22 (that is, the width of the InGaAsP strained quantum well active layer 14) is, for example, 1.5 μm.

メサ２２の両側に埋め込み層２４が埋め込まれている。埋め込み層２４は基板側から順次積層されたｐ型ＩｎＰブロック層２６、ｎ型ＩｎＰブロック層２８、及びＦｅドープＩｎＰ層３０を有する。ＦｅドープＩｎＰ層３０は埋め込み層２４のリーク電流をより確実に抑制するために導入されたものである。 Embedded layers 24 are embedded on both sides of the mesa 22. The buried layer 24 includes a p-type InP block layer 26, an n-type InP block layer 28, and an Fe-doped InP layer 30 that are sequentially stacked from the substrate side. The Fe-doped InP layer 30 is introduced to more reliably suppress the leakage current of the buried layer 24.

メサ２２及び埋め込み層２４上にｎ型ＩｎＰコンタクト層３２が形成されている。ｎ型ＩｎＰコンタクト層３２及び埋め込み層２４を貫通するように溝３４が形成されている。ｎ型ＩｎＰコンタクト層３２上及び溝３４内にｎ型電極３６が形成されている。ｐ型ＩｎＰ基板１０の裏面にｐ型電極３８が形成されている。共振器長は３００μｍ、チップ幅は２００μｍ、チップ厚は１００μｍである。 An n-type InP contact layer 32 is formed on the mesa 22 and the buried layer 24. A groove 34 is formed so as to penetrate the n-type InP contact layer 32 and the buried layer 24. An n-type electrode 36 is formed on the n-type InP contact layer 32 and in the groove 34. A p-type electrode 38 is formed on the back surface of the p-type InP substrate 10. The resonator length is 300 μm, the chip width is 200 μm, and the chip thickness is 100 μm.

図２は、図１の歪量子井戸活性層を拡大した断面図である。ＩｎＧａＡｓＰバリア層４０及びＩｎＧａＡｓＰウェル層４２が交互に積層された多重量子井戸構造が形成されている。ＩｎＧａＡｓＰウェル層４２の数は１〜３０層程度である。この多重量子井戸構造を上下からＩｎＧａＡｓＰガイド層４４，４６が挟んでいる。ＩｎＧａＡｓＰガイド層４４，４６はＩｎＧａＡｓＰウェル層４２に対してバリア層の働きも兼ねている。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the strained quantum well active layer of FIG. A multiple quantum well structure in which InGaAsP barrier layers 40 and InGaAsP well layers 42 are alternately stacked is formed. The number of InGaAsP well layers 42 is about 1 to 30 layers. InGaAsP guide layers 44 and 46 are sandwiched from above and below this multiple quantum well structure. The InGaAsP guide layers 44 and 46 also serve as a barrier layer for the InGaAsP well layer 42.

ＩｎＧａＡｓＰバリア層４０の厚さは２０ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰウェル層４２の厚さは６ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４４，４６の厚さは５０ｎｍである。ＩｎＧａＡｓＰバリア層４０のＰＬ組成は１２００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰウェル層４２のＰＬ組成は１３００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４４，４６のＰＬ組成は１２５０ｎｍである。ＩｎＧａＡｓＰバリア層４０及びＩｎＧａＡｓＰガイド層４４，４６は−０．５％の引っ張り歪を有する。ＩｎＧａＡｓＰウェル層４２は＋０．８％の圧縮歪を有する。 The thickness of the InGaAsP barrier layer 40 is 20 nm, the thickness of the InGaAsP well layer 42 is 6 nm, and the thickness of the InGaAsP guide layers 44 and 46 is 50 nm. The InGaAsP barrier layer 40 has a PL composition of 1200 nm, the InGaAsP well layer 42 has a PL composition of 1300 nm, and the InGaAsP guide layers 44 and 46 have a PL composition of 1250 nm. The InGaAsP barrier layer 40 and the InGaAsP guide layers 44 and 46 have a tensile strain of -0.5%. The InGaAsP well layer 42 has a compressive strain of + 0.8%.

本実施の形態では、ｐ型基板を用いているため、閾値電流の小さい半導体レーザを得ることができる。また、ＩｎＧａＡｓＰバリア層４０及びＩｎＧａＡｓＰガイド層４４，４６は、−０．５％の引っ張り歪を有するため、我々の計算によればその発振時のキャリア密度は２×１０^１７／ｃｍ^３以下となる。一方、従来のようにバリア層及びガイド層が−０．３％の引っ張り歪を有する場合、キャリア密度は２×１０^１８／ｃｍ^３以上となる。よって、本実施の形態では、従来に比べてバリア層及びガイド層のキャリア密度が１桁以上小さい。このため、閾値電流の温度特性は大きく改善される。 In this embodiment, since a p-type substrate is used, a semiconductor laser with a small threshold current can be obtained. Further, since the InGaAsP barrier layer 40 and the InGaAsP guide layers 44 and 46 have a tensile strain of −0.5%, according to our calculation, the carrier density at the time of oscillation is 2 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less. . On the other hand, when the barrier layer and the guide layer have a tensile strain of −0.3% as in the conventional case, the carrier density is 2 × 10 ¹⁸ / cm ³ or more. Therefore, in the present embodiment, the carrier density of the barrier layer and the guide layer is one digit or more smaller than the conventional one. For this reason, the temperature characteristic of the threshold current is greatly improved.

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る半導体レーザを示す断面図である。実施の形態１と同様の構成要素又は対応する構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。この半導体レーザはＡｌＩｎＧａＡｓ長波長歪量子井戸レ−ザである。実施の形態１のＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性層１４の代わりにＡｌＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層４８が設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the semiconductor laser according to the second embodiment. The same number is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, or a corresponding component, and description is abbreviate | omitted. This semiconductor laser is an AlInGaAs long wavelength strain quantum well laser. Instead of the InGaAsP strained quantum well active layer 14 of the first embodiment, an AlInGaAs strained quantum well layer 48 is provided. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

図４は、図３の歪量子井戸活性層を拡大した断面図である。ＡｌＩｎＧａＡｓバリア層５０及びＡｌＩｎＧａＡｓウェル層５２が交互に積層された多重量子井戸構造が形成されている。この多重量子井戸構造を上下からＡｌＩｎＧａＡｓガイド層５４，５６が挟んでいる。ＡｌＩｎＧａＡｓガイド層５４，５６はＡｌＩｎＧａＡｓウェル層５２に対してバリア層の働きも兼ねている。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the strained quantum well active layer of FIG. A multiple quantum well structure is formed in which AlInGaAs barrier layers 50 and AlInGaAs well layers 52 are alternately stacked. AlInGaAs guide layers 54 and 56 are sandwiched from above and below this multiple quantum well structure. The AlInGaAs guide layers 54 and 56 also serve as a barrier layer for the AlInGaAs well layer 52.

ＡｌＩｎＧａＡｓバリア層５０の厚さは２０ｎｍ、ＡｌＩｎＧａＡｓウェル層５２の厚さは６ｎｍ、ＡｌＩｎＧａＡｓガイド層５４，５６の厚さは５０ｎｍである。ＡｌＩｎＧａＡｓバリア層５０及びＡｌＩｎＧａＡｓガイド層５４，５６は−０．５％の引っ張り歪を有する。ＡｌＩｎＧａＡｓウェル層５２は＋０．８％の圧縮歪を有する。 The thickness of the AlInGaAs barrier layer 50 is 20 nm, the thickness of the AlInGaAs well layer 52 is 6 nm, and the thickness of the AlInGaAs guide layers 54 and 56 is 50 nm. The AlInGaAs barrier layer 50 and the AlInGaAs guide layers 54 and 56 have a tensile strain of -0.5%. The AlInGaAs well layer 52 has a compressive strain of + 0.8%.

実施の形態１同様に、ＡｌＩｎＧａＡｓバリア層５０及びＡｌＩｎＧａＡｓガイド層５４，５６は−０．５％の引っ張り歪を有するため、その発振時のキャリア密度は２×１０^１７／ｃｍ^３以下となる。よって、閾値電流の温度特性は大きく改善される。 As in the first embodiment, since the AlInGaAs barrier layer 50 and the AlInGaAs guide layers 54 and 56 have a tensile strain of −0.5%, the carrier density at the time of oscillation is 2 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less. Therefore, the temperature characteristic of the threshold current is greatly improved.

実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る半導体レーザを示す断面図である。実施の形態１と同様の構成要素又は対応する構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。この半導体レーザは、ＧａＩｎＮＡｓ長波長歪量子井戸レ−ザである。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor laser according to the third embodiment. The same number is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, or a corresponding component, and description is abbreviate | omitted. This semiconductor laser is a GaInNAs long wavelength strain quantum well laser.

ｐ型ＧａＡｓ基板５８上に、ｐ型ＧａＡｓクラッド層６０、ＧａＩｎＮＡｓ歪量子井戸活性層６２、ｎ型ＧａＡｓクラッド層６４、回折格子６６、及びｎ型ＧａＡｓクラッド層６８が順次積層されている。このｎ型ＧａＡｓクラッド層６８側からｐ型ＧａＡｓ基板５８の途中までエッチングされてメサが形成されている。メサ７０の幅（即ちＧａＩｎＮＡｓ歪量子井戸活性層６２の幅）は例えば１．５μｍである。 On the p-type GaAs substrate 58, a p-type GaAs cladding layer 60, a GaInNAs strained quantum well active layer 62, an n-type GaAs cladding layer 64, a diffraction grating 66, and an n-type GaAs cladding layer 68 are sequentially stacked. A mesa is formed by etching from the n-type GaAs cladding layer 68 side to the middle of the p-type GaAs substrate 58. The width of the mesa 70 (that is, the width of the GaInNAs strain quantum well active layer 62) is, for example, 1.5 μm.

メサ７０の両側に埋め込み層７２が埋め込まれている。埋め込み層７２は基板側から順次積層されたｐ型ＧａＡｓブロック層７４、ｎ型ＧａＡｓブロック層７６、及び高抵抗ＧａＡｓ層７８を有する。高抵抗ＧａＡｓ層７８は埋め込み層７２のリーク電流をより確実に抑制するために導入されたものである。 Embedded layers 72 are embedded on both sides of the mesa 70. The buried layer 72 includes a p-type GaAs block layer 74, an n-type GaAs block layer 76, and a high-resistance GaAs layer 78 that are sequentially stacked from the substrate side. The high resistance GaAs layer 78 is introduced in order to suppress the leakage current of the buried layer 72 more reliably.

メサ７０及び埋め込み層７２上にｎ型ＧａＡｓコンタクト層８０が形成されている。ｎ型ＧａＡｓコンタクト層８０及び埋め込み層７２を貫通するように溝８２が形成されている。ｎ型ＧａＡｓコンタクト層８０上及び溝８２内にｎ型電極８４が形成されている。ｐ型ＧａＡｓ基板５８の裏面にｐ型電極８６が形成されている。共振器長は３００μｍ、チップ幅は２００μｍ、チップ厚は１００μｍである。 An n-type GaAs contact layer 80 is formed on the mesa 70 and the buried layer 72. A groove 82 is formed so as to penetrate the n-type GaAs contact layer 80 and the buried layer 72. An n-type electrode 84 is formed on the n-type GaAs contact layer 80 and in the groove 82. A p-type electrode 86 is formed on the back surface of the p-type GaAs substrate 58. The resonator length is 300 μm, the chip width is 200 μm, and the chip thickness is 100 μm.

図６は、図５の歪量子井戸活性層を拡大した断面図である。ＧａＡｓＰバリア層８８及びＧａＩｎＮＡｓウェル層９０が交互に積層された多重量子井戸構造が形成されている。ＧａＩｎＮＡｓウェル層９０の数は１〜３０層程度である。この多重量子井戸構造を上下からＧａＡｓＰガイド層９２，９４が挟んでいる。ＧａＡｓＰバリア層８８の厚さは１０ｎｍ、ＧａＩｎＮＡｓウェル層９０の厚さは３ｎｍ、ＧａＡｓＰガイド層９２，９４の厚さは２０ｎｍである。ＧａＡｓＰバリア層８８及びＧａＡｓＰガイド層９２，９４は−０．５％の引っ張り歪を有する。ＧａＩｎＮＡｓウェル層９０は＋１．０％の圧縮歪を有する。 FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the strained quantum well active layer of FIG. A multiple quantum well structure is formed in which GaAsP barrier layers 88 and GaInNAs well layers 90 are alternately stacked. The number of GaInNAs well layers 90 is about 1 to 30 layers. The GaAsP guide layers 92 and 94 are sandwiched from above and below this multiple quantum well structure. The thickness of the GaAsP barrier layer 88 is 10 nm, the thickness of the GaInNAs well layer 90 is 3 nm, and the thickness of the GaAsP guide layers 92 and 94 is 20 nm. The GaAsP barrier layer 88 and the GaAsP guide layers 92 and 94 have a tensile strain of -0.5%. The GaInNAs well layer 90 has a compressive strain of + 1.0%.

実施の形態１，２と同様に、ＧａＡｓＰバリア層８８及びＧａＡｓＰガイド層９２，９４は−０．５％の引っ張り歪を有するため、その発振時のキャリア密度は２×１０^１７／ｃｍ^３以下となる。よって、閾値電流の温度特性は大きく改善される。 As in the first and second embodiments, the GaAsP barrier layer 88 and the GaAsP guide layers 92 and 94 have a tensile strain of −0.5%, so that the carrier density at the time of oscillation is 2 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less. Become. Therefore, the temperature characteristic of the threshold current is greatly improved.

また、実施の形態３のＧａＡｓ基板は、実施の形態１，２のＩｎＰ基板より安価である。さらに、ＧａＡｓ基板は４φのものが入手でき、ＩｎＰ基板よりも大きな基板を用いることにより一枚の基板から多くのチップを得ることができるので製造コストを低減できる。 Further, the GaAs substrate of the third embodiment is less expensive than the InP substrates of the first and second embodiments. Further, a GaAs substrate having a diameter of 4φ can be obtained, and by using a substrate larger than the InP substrate, many chips can be obtained from one substrate, so that the manufacturing cost can be reduced.

なお、実施の形態１〜３において、上下のクラッド層とバリア層は同じ物質からなるが、これら３つの層の構成物質がそれぞれ異なっていても良い。また、これらの層の構成物質は実施の形態で挙げた物質に限られない。例えば、実施の形態１でバリア層及びガイド層をＡｌＩｎＧａＡｓやＡｌＩｎＧａＡｓＰなど他の物質で形成しても良い。実施の形態２でバリア層及びガイド層をＩｎＧａＡｓＰやＡｌＩｎＧａＡｓＰなど他の物質で形成しても良い。実施の形態３でバリア層及びガイド層をＧａＩｎＮＡｓなど他の物質で形成しても良い。要するに、バリア層及びガイド層の引っ張り歪を−０．７〜−０．４％に限定すれば、そのキャリア密度は２×１０^１７／ｃｍ^３以下となり、閾値電流の温度依存性は改善される。 In the first to third embodiments, the upper and lower cladding layers and the barrier layer are made of the same material, but the constituent materials of these three layers may be different from each other. Further, the constituent materials of these layers are not limited to the materials mentioned in the embodiment. For example, in Embodiment 1, the barrier layer and the guide layer may be formed of other materials such as AlInGaAs and AlInGaAsP. In the second embodiment, the barrier layer and the guide layer may be formed of other materials such as InGaAsP and AlInGaAsP. In Embodiment 3, the barrier layer and the guide layer may be formed of other materials such as GaInNAs. In short, if the tensile strain of the barrier layer and the guide layer is limited to −0.7 to −0.4%, the carrier density becomes 2 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less, and the temperature dependence of the threshold current is improved. .

また、実施の形態１〜３の構成に限らず、他のファブリ・ペロ−型長波長歪量子井戸レ−ザやＤＦＢ長波長歪量子井戸レ−ザなどにも本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。 Further, the present invention can be applied not only to the configurations of the first to third embodiments but also to other Fabry-Perot type long wavelength strain quantum well lasers, DFB long wavelength strain quantum well lasers, and the like. The same effect can be obtained.

１０ｐ型ＩｎＰ基板（ｐ型基板）
１２ｐ型ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）
１４ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性層（歪量子井戸活性層）
１６，２０ｎ型ＩｎＰクラッド層（ｎ型クラッド層）
４０ＩｎＧａＡｓＰバリア層（バリア層）
４２ＩｎＧａＡｓＰウェル層（ウェル層）
４４，４６ＩｎＧａＡｓＰガイド層（ガイド層）
４８ＡｌＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層（歪量子井戸活性層）
５０ＡｌＩｎＧａＡｓバリア層（バリア層）
５２ＡｌＩｎＧａＡｓウェル層（ウェル層）
５４，５６ＡｌＩｎＧａＡｓガイド層（ガイド層）
５８ｐ型ＧａＡｓ基板（ｐ型基板）
６０ｐ型ＧａＡｓクラッド層（ｐ型クラッド層）
６２ＧａＩｎＮＡｓ歪量子井戸活性層（歪量子井戸活性層）
６４，６８ｎ型ＧａＡｓクラッド層（ｎ型クラッド層）
８８ＧａＡｓＰバリア層（バリア層）
９０ＧａＩｎＮＡｓウェル層（ウェル層）
９２，９４ＧａＡｓＰガイド層（ガイド層） 10 p-type InP substrate (p-type substrate)
12 p-type InP clad layer (p-type clad layer)
14 InGaAsP strained quantum well active layer (strained quantum well active layer)
16,20 n-type InP clad layer (n-type clad layer)
40 InGaAsP barrier layer (barrier layer)
42 InGaAsP well layer (well layer)
44, 46 InGaAsP guide layer (guide layer)
48 AlInGaAs strained quantum well layer (strained quantum well active layer)
50 AlInGaAs barrier layer (barrier layer)
52 AlInGaAs well layer (well layer)
54, 56 AlInGaAs guide layer (guide layer)
58 p-type GaAs substrate (p-type substrate)
60 p-type GaAs cladding layer (p-type cladding layer)
62 GaInNAs strained quantum well active layer (strained quantum well active layer)
64, 68 n-type GaAs cladding layer (n-type cladding layer)
88 GaAsP barrier layer (barrier layer)
90 GaInNAs well layer (well layer)
92,94 GaAsP guide layer (guide layer)

Claims

a p-type substrate;
A p-type cladding layer, a strained quantum well active layer, and an n-type cladding layer sequentially stacked on the p-type substrate;
The strained quantum well active layer has a multiple quantum well structure in which barrier layers and well layers are alternately stacked, and a guide layer sandwiching the multiple quantum well structure,
A semiconductor laser, wherein a carrier density of the barrier layer and the guide layer during oscillation is 2 × 10 ¹⁷ / cm ³ or less.

2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the barrier layer and the guide layer have a tensile strain of -0.7% to -0.4%.

3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the well layer has a compressive strain of 1 ± 0.8%.

4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the barrier layer and the guide layer are made of InGaAsP, AlInGaAs, or AlInGaAsP.

5. The semiconductor laser according to claim 4, wherein the well layer is made of InGaAsP or AlInGaAs.

4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the barrier layer and the guide layer are made of GaInNAs or GaAsP. 5.

The semiconductor laser according to claim 6, wherein the well layer is made of GaInNAs.