JP2706411B2 - 歪量子井戸半導体レーザ - Google Patents

歪量子井戸半導体レーザ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関し、特
に歪量子井戸構造を有する半導体レーザの特性を向上し
たものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の歪量子井戸半導体レーザの一例を
図２に示す。その構造は以下のような化合物半導体結晶
の積層構造であって、共振器長 900μｍで 450A/cm2 と
いう低しきい値電流密度が得られている。即ちｎ−Ｉｎ
Ｐ基板（１）上にｎ−ＩｎＰバッファ層（２）とノンド
ープＧａＩｎＡｓＰ（λg ＝ 1.1μｍ）光閉じ込め層
（３）を順に設け、さらにその上に光を発生する活性層
（４）としてノンドープＩｎＡｓy Ｐ1-y （ｙ＝0.55）
歪量子井戸層（４ａ）、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ（λ
g ＝ 1.1μｍ）障壁層（４ｂ）、ノンドープＩｎＡｓy
Ｐ1-y （ｙ＝0.55）量子井戸層（４ａ）を順に設け、さ
らにその上にノンドープＧａＩｎＡｓＰ（λg ＝ 1.1μ
ｍ）光閉じ込め層（５）、ｐ−ＩｎＰクラッド層
（６）、ｐ+ −ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層（７）を順
に積層したものである。
【０００３】ところで、このような歪量子井戸半導体レ
ーザは光閉じ込め層（３）（５）及び障壁層（４ｂ）
と、歪量子井戸層（４ａ）との組成の違いによってエネ
ルギーバンドの井戸構造が形成されていると共に、歪量
子井戸層（４ａ）のＶ族元素の組成比ｙ＝0.55の場合
は、格子定数の差に基づき該層に圧縮応力が加わってお
り、その歪量は1.77％である。さらに歪量子井戸層は半
導体レーザの発振しきい値電流や高周波特性の上から膜
厚の厚いもの又は歪量子井戸層の数を増やしたものが望
まれている。しかしながら上記歪量の下では膜厚を厚く
し、もしくは層数を増やすと結晶に転位が導入されてし
まうのでこれには自ずと限界がある。即ちその臨界膜厚
（複数層の場合は各膜厚の合計）は約 300オングストロ
ームであることが実験的に得られている。
【０００４】上記の歪量子井戸半導体レーザにおいて
は、歪量子井戸層の１層当りの膜厚は80オングストロー
ムであるので、合計の膜厚は 300オングストローム以下
に規制されることにより上記の場合歪量子井戸層の層数
は２〜３層となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の歪量子
井戸半導体レーザでは上記のように量子井戸層がわずか
に２層であるため、発振に必要なキャリア密度が上昇
し、即ち量子井戸層の１層当り負担するキャリア数が増
大してしまう。その結果無歪の量子井戸半導体レーザに
比べて発振しきい値電流の温度特性が劣るため、温度変
化に対して光の発振強度が敏感に応答してしまうので好
ましくなく、さらに高周波特性も悪かった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は以上に鑑み種々
検討の結果、低しきい値電流動作を維持しつつ、しきい
値電流の温度特性及び高周波特性の優れた歪量子井戸半
導体レーザを提供するもので、ＩｎＰ基板上に、光を発
生する量子井戸層と障壁層とからなる活性層と、それを
上下から挟んで光を閉じ込める光閉じ込め層とを少なく
とも有する歪量子井戸半導体レーザにおいて、活性層を
形成する量子井戸層としてＩｎＡｓｙＰ１−ｙ（０＜ｙ
≦１）層を用い、少なくとも障壁層としてＩｎ１−ｘＧ
ａｘＰ（０＜ｘ≦１）層を用いたことを特徴とするもの
である。
【０００７】
【実施例】次に本発明を一実施例により詳細に説明す
る。図１は本発明歪量子井戸半導体レーザの構成の一例
を示すもので、活性層（４′）を挟んで下側のｎ−Ｉｎ
Ｐ基板（１）、ｎ−ＩｎＰバッファ層（２）及びノンド
ープＧａＩｎＡｓＰ（λg ＝ 1.1μｍ）光閉じ込め層
（３）と、上側のノンドープＧａＩｎＡｓＰ（λg ＝
1.1μｍ）光閉じ込め層（５）、ｐ−ＩｎＰクラッド層
（６）及びｐ+ −ＧａＩｎＡｓコンタクト層（７）の積
層構造は図２の従来例と同様である。
【０００８】本発明ではさらに活性層（４′）を、５層
のノンドープＩｎＡｓy Ｐ1-y （ｙ＝0.55）歪量子井戸
層（４ａ）（４ａ）…と、これら歪量子井戸層（４ａ）
（４ａ）…の間に４層のノンドープＩｎ1-x Ｇａx Ｐ
（ｘ＝0.1)障壁層（４ｃ）を交互に積層した構成とした
ものである。
【０００９】この結果しきい値電流密度は 500A/cm
2 （共振器長 600μｍ）であり、従来のものと同等の低
しきい値電流密度のものが得られた。
【００１０】また上記本発明の歪量子井戸半導体レーザ
を埋込み型レーザにしたところ、室温でのしきい値電流
は３mAであり従来と同レベルであったにもかかわらず、
しきい値電流の温度依存性は、しきい値電流が温度に対
して敏感か否かの指標となる特性温度が従来60Ｋであっ
たものが75Ｋと大きくなり、本発明半導体レーザによれ
ばしきい値電流が温度に対して安定となった。
【００１１】さらに本発明の半導体レーザによればカッ
トオフ周波数も従来の４GHz から10GHz へと大幅に改善
されて高周波特性が向上した。即ちレーザのより高速で
の駆動が可能となった。
【００１２】次に上記本発明の構成を考察すると、歪量
子井戸層（４ａ）の１層当りの膜厚は前記のように80オ
ングストロームであり、該層の歪は圧縮歪でその量は1.
77％である。また障壁層（４ｃ）の歪は引張り歪でその
量は 0.7％である。従って等価的な歪量は約１％とな
る。そしてこのときの臨界膜厚は約 400オングストロー
ムであることから、歪量子井戸層は５層としても転位は
生じないことがわかる。なお上記実施例では光閉じ込め
層としてＧａＩｎＡｓＰ（λg ＝ 1.1μｍ）について説
明したがＧａx Ｉｎ1-x Ｐであってもよい。
【００１３】
【発明の効果】このように本発明によれば歪量子井戸半
導体レーザの低しきい値電流動作を維持しつつ、該レー
ザのしきい値電流の温度特性及び高周波特性を大きく改
善することができ、高品質の半導体レーザが得られる等
顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す説明図である。
【図２】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ３，５ ノンドープＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層 ４，４′ 活性層 ４ａ ノンドープＩｎＡｓy Ｐ1-y 歪量子井戸層 ４ｂ ノンドープＧａＩｎＡｓＰ障壁層 ４ｃ ノンドープＩｎ1-x Ｇａx Ｐ障壁層 ６ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ７ ｐ+ −ＩｎＰコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−90062（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−22185（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−3384（ＪＰ，Ａ) ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．61〜 21！（1992）Ｐ．2506−2508 ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．65〜 20！（1994）Ｐ．2536−2538

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＩｎＰ基板上に、光を発生する量子井戸
    層と障壁層とからなる活性層と、これを上下から挟んで
    光を閉じ込める光閉じ込め層とを少なくとも有する歪量
    子井戸半導体レーザにおいて、活性層を構成する量子井
    戸層としてＩｎＡｓｙＰ１−ｙ（０＜ｙ≦１）層を用
    い、少なくとも障壁層としてＩｎ１−ｘＧａｘＰ（０＜
    ｘ≦１）層を用いたことを特徴とする歪量子井戸半導体
    レーザ。
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JPH06204600A (ja) 1994-07-22
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