JP2708799B2 - 量子井戸構造型半導体レーザー装置 - Google Patents
量子井戸構造型半導体レーザー装置Info
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- JP2708799B2 JP2708799B2 JP63197483A JP19748388A JP2708799B2 JP 2708799 B2 JP2708799 B2 JP 2708799B2 JP 63197483 A JP63197483 A JP 63197483A JP 19748388 A JP19748388 A JP 19748388A JP 2708799 B2 JP2708799 B2 JP 2708799B2
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- Japan
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- quantum well
- layer
- semiconductor laser
- laser device
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信用、民生機器用光源として用いられ
る半導体レーザー装置に関し、特に量子井戸構造型半導
体レーザー装置に関するものである。
る半導体レーザー装置に関し、特に量子井戸構造型半導
体レーザー装置に関するものである。
第2A図は、従来の量子井戸構造を用いた半導体レーザ
ー装置の活性層の一例を示す構造図、第2B図は、第2A図
の活性層の組成比分布図、第2C図は、第2A図の活性層の
エネルギーバンド構造を示すグラフである。
ー装置の活性層の一例を示す構造図、第2B図は、第2A図
の活性層の組成比分布図、第2C図は、第2A図の活性層の
エネルギーバンド構造を示すグラフである。
第2A図，第2B図及び第2C図において、11はノンドープ
AlGaAs障壁層、12はノンドープGaAs井戸層、13はノンド
ープAlGaAs障壁層である。
AlGaAs障壁層、12はノンドープGaAs井戸層、13はノンド
ープAlGaAs障壁層である。
前記ノンドープGaAs井戸層12の膜厚を電子のドブロイ
波長と同程度、もしくはより小さくとることにより、活
性層には量子準位が形成され、その準位に対応してレー
ザーの発光波長は決まる。
波長と同程度、もしくはより小さくとることにより、活
性層には量子準位が形成され、その準位に対応してレー
ザーの発光波長は決まる。
この準位は、このノンドープGaAs井戸層12の膜厚に大
きく依存する。
きく依存する。
前記ノンドープGaAs井戸層12の膜厚が数10Å程度の典
型的な量子井戸構造においては、その値がわずか一原子
層厚異なるだけで、発光波長は数10Åも変化する。一
方、通常のMBE（Molecular Beam Epitaxy）法やMOCVD
（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）法などの
薄膜成長技術では、成長表面に１〜数原子程度の凹凸が
生じるため、この成長技術により作製した量子井戸の井
戸層厚も同程度のゆらぎを持つ。これらの結果、レーザ
ーの発光波長もあるゆらぎを持って分布し、成長表面の
非平坦性により、レーザーの発光特性は劣化することに
なる。
型的な量子井戸構造においては、その値がわずか一原子
層厚異なるだけで、発光波長は数10Åも変化する。一
方、通常のMBE（Molecular Beam Epitaxy）法やMOCVD
（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）法などの
薄膜成長技術では、成長表面に１〜数原子程度の凹凸が
生じるため、この成長技術により作製した量子井戸の井
戸層厚も同程度のゆらぎを持つ。これらの結果、レーザ
ーの発光波長もあるゆらぎを持って分布し、成長表面の
非平坦性により、レーザーの発光特性は劣化することに
なる。
結晶成長法の進歩により膜厚制御性は向上し、この量
子井戸構造を用いたレーザーの特性は大きな改善を得た
が、依然として井戸層厚には一原子層厚程度のゆらぎが
存在し、発光特性に悪影響を与えている。
子井戸構造を用いたレーザーの特性は大きな改善を得た
が、依然として井戸層厚には一原子層厚程度のゆらぎが
存在し、発光特性に悪影響を与えている。
本発明は、前記問題点を解決するためになされたもの
である。
である。
本発明の目的は、膜厚制御性に優れる進歩した結晶成
長法を用いても第2B図に示すような典型的な量子井戸構
造であれば、依然として井戸層厚には一原子層厚程度の
ゆらぎが存在するという前述の膜厚制御の不完全性が、
量子井戸のエネルギー準位に与える影響を減少させ、半
導体レーザーの発光特性を向上することができる技術を
提供することにある。
長法を用いても第2B図に示すような典型的な量子井戸構
造であれば、依然として井戸層厚には一原子層厚程度の
ゆらぎが存在するという前述の膜厚制御の不完全性が、
量子井戸のエネルギー準位に与える影響を減少させ、半
導体レーザーの発光特性を向上することができる技術を
提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであ
ろう。
本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであ
ろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
第１のエネルギーギャップ（Eg1）を持つAlGaAs半導
体薄層を第２のエネルギーギャップ（Eg2）を持つAlGaA
s半導体薄層（但し、Eg1＜Eg2）で挟んだ単一量子井
戸、またはこれを複数個重ねた多重量子井戸を活性領域
に含む量子井戸構造型半導体レーザー装置において、井
戸層として、第１のエネルギーギャップ（Eg1）を持つA
lGaAs半導体材料と第２のエネルギーギャップ（Eg2）を
持つAlGaAs半導体材料の混晶層を用い、この混晶層は、
構成する元素のAl組成比を原子層毎または数原子層毎に
ガウス関数タイプ状にゆっくり変化させて、伝導電子ま
たは価電子帯正孔の感じるポテンシャル形状がなめらか
に変化する量子井戸を構成したことを最も主要な特徴と
する。
体薄層を第２のエネルギーギャップ（Eg2）を持つAlGaA
s半導体薄層（但し、Eg1＜Eg2）で挟んだ単一量子井
戸、またはこれを複数個重ねた多重量子井戸を活性領域
に含む量子井戸構造型半導体レーザー装置において、井
戸層として、第１のエネルギーギャップ（Eg1）を持つA
lGaAs半導体材料と第２のエネルギーギャップ（Eg2）を
持つAlGaAs半導体材料の混晶層を用い、この混晶層は、
構成する元素のAl組成比を原子層毎または数原子層毎に
ガウス関数タイプ状にゆっくり変化させて、伝導電子ま
たは価電子帯正孔の感じるポテンシャル形状がなめらか
に変化する量子井戸を構成したことを最も主要な特徴と
する。
すなわち、半導体レーザーに用いる井戸層として、伝
導電子または価電子帯正孔の感じるポテンシャル形状が
なめらかに変化するものを用いることを最も主要な特徴
とする。
導電子または価電子帯正孔の感じるポテンシャル形状が
なめらかに変化するものを用いることを最も主要な特徴
とする。
前述のようなポテンシャルの形状を得るには、組成比
が連続的に変化するグレーデッド層を用いる。従来のヘ
テロ界面を用いた量子井戸の場合、エネルギー準位は量
子井戸の膜厚のみによって決定されるのに対し、本発明
の構造では、グレーデッド層全体の組成比分布によって
決定される点が大きく異なる。膜厚制御の不完全性によ
る組成比分布のゆらぎは、本発明の構造においても生じ
るが、前述の特徴による、各原子層のゆらぎを平均化し
た影響のみが量子準位にあらわれる。一般にこれらのゆ
らぎは、各原子層で統計的に独立であるため、異なる原
子層におけるゆらぎからくる影響同志が打ち消しあい、
従来の量子井戸のように界面の一原子層だけにゆらぎが
生じる場合より、膜厚制御の不完全性からくるレーザー
発光波長の分布幅はずっと小さなものとなる。
が連続的に変化するグレーデッド層を用いる。従来のヘ
テロ界面を用いた量子井戸の場合、エネルギー準位は量
子井戸の膜厚のみによって決定されるのに対し、本発明
の構造では、グレーデッド層全体の組成比分布によって
決定される点が大きく異なる。膜厚制御の不完全性によ
る組成比分布のゆらぎは、本発明の構造においても生じ
るが、前述の特徴による、各原子層のゆらぎを平均化し
た影響のみが量子準位にあらわれる。一般にこれらのゆ
らぎは、各原子層で統計的に独立であるため、異なる原
子層におけるゆらぎからくる影響同志が打ち消しあい、
従来の量子井戸のように界面の一原子層だけにゆらぎが
生じる場合より、膜厚制御の不完全性からくるレーザー
発光波長の分布幅はずっと小さなものとなる。
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明
する。
する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。
第1A図は、本発明の量子井戸構造を用いた半導体レー
ザー装置の活性層の一実施例を示す構造図、第1B図は、
第1A図の活性層のAl組成比分布図、第1C図は、第1A図の
活性層のエネルギーバンド構造を示すグラフである。
ザー装置の活性層の一実施例を示す構造図、第1B図は、
第1A図の活性層のAl組成比分布図、第1C図は、第1A図の
活性層のエネルギーバンド構造を示すグラフである。
第1A図，第1B図及び第1C図において、１はノンドープ
AlGaAs障壁層であり、Al組成比が0.5のAlGaAs層であ
る。２はノンドープグレーデッド井戸層であり、Al組成
比が0.5からいったん０までなめらかに減少し、再び0.5
の値まで増加する構造の量子井戸層で、その半値幅ａは
17Åである。３はノンドープAlGaAs障壁層であり、Al組
成比が0.5のAlGaAs層である。
AlGaAs障壁層であり、Al組成比が0.5のAlGaAs層であ
る。２はノンドープグレーデッド井戸層であり、Al組成
比が0.5からいったん０までなめらかに減少し、再び0.5
の値まで増加する構造の量子井戸層で、その半値幅ａは
17Åである。３はノンドープAlGaAs障壁層であり、Al組
成比が0.5のAlGaAs層である。
前述のように、このノンドープグレーデッド井戸層２
のエネルギー準位は、10数原子層にわたる組成比分布全
体に依って決定される。このため、膜厚制御の不完全性
から生じる組成比分布のゆらぎの影響は、10数個の原子
層間で打ち消し合う。その効果として、この量子井戸構
造を用いた半導体レーザー装置では、同じ発光波長を持
つ従来の同装置に比べ、発光波長の分布幅が1/2以下の
小さなものとすることができる。
のエネルギー準位は、10数原子層にわたる組成比分布全
体に依って決定される。このため、膜厚制御の不完全性
から生じる組成比分布のゆらぎの影響は、10数個の原子
層間で打ち消し合う。その効果として、この量子井戸構
造を用いた半導体レーザー装置では、同じ発光波長を持
つ従来の同装置に比べ、発光波長の分布幅が1/2以下の
小さなものとすることができる。
なお、前記実施例では、量子井戸全体となめらかにAl
組成比が変化するグレーデッド層としたが、従来の量子
井戸構造において、エネルギー準位を決定するヘテロ界
面付近の数原子層のみをグレーデッド層にすることもで
きる。
組成比が変化するグレーデッド層としたが、従来の量子
井戸構造において、エネルギー準位を決定するヘテロ界
面付近の数原子層のみをグレーデッド層にすることもで
きる。
また、前記実施例ではAlAs/GaAs系という格子不整合
の小さな場合を扱ったが、他の格子不整合の比較的大き
な化合物半導体系においても、グレーデッド層が格子不
整合からくる応力を緩和するため、優れた発光特性を得
ることができる。
の小さな場合を扱ったが、他の格子不整合の比較的大き
な化合物半導体系においても、グレーデッド層が格子不
整合からくる応力を緩和するため、優れた発光特性を得
ることができる。
また、前記実施例ではガウス（Gauss）関数タイプの
組成比変化を量子井戸層に与えたが、三角型または２次
関数など、量子準位が複数の原子層にわたる組成比分布
全体で決まるものならば、どのような組成比変化を与え
てもよい。
組成比変化を量子井戸層に与えたが、三角型または２次
関数など、量子準位が複数の原子層にわたる組成比分布
全体で決まるものならば、どのような組成比変化を与え
てもよい。
以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは言うまでもない。
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは言うまでもない。
以上、説明したように、本発明によれば、半導体レー
ザー装置において、膜厚制御の不完全性がレーザー発光
波長に与える影響は、量子井戸を構成する各原子層間で
打ち消し合うので、膜厚制御の不完全性がレーザー発光
波長に与える影響を低減させて、発光波長の分布幅を著
しく減少させることができるので、半導体レーザーの発
光特性を向上させることができる。
ザー装置において、膜厚制御の不完全性がレーザー発光
波長に与える影響は、量子井戸を構成する各原子層間で
打ち消し合うので、膜厚制御の不完全性がレーザー発光
波長に与える影響を低減させて、発光波長の分布幅を著
しく減少させることができるので、半導体レーザーの発
光特性を向上させることができる。
第1A図は、本発明の量子井戸構造を用いた半導体レーザ
ー装置の活性層の一実施例を示す構造図、 第1B図は、第1A図の活性層のAl組成比分布図、 第1C図は、第1A図の活性層のエネルギーバンド構造を示
すグラフ、 第2A図は、従来の量子井戸構造を用いた半導体レーザー
装置の活性層の一例を示す構造図、 第2B図は、第2A図の活性層の組成比分布図、 第2C図は、第2A図の活性層のエネルギーバンド構造を示
すグラフである。 図中、１……ノンドープAlGaAs障壁層、２……ノンドー
プグレーデッド井戸層、３……ノンドープAlGaAs障壁
層。
ー装置の活性層の一実施例を示す構造図、 第1B図は、第1A図の活性層のAl組成比分布図、 第1C図は、第1A図の活性層のエネルギーバンド構造を示
すグラフ、 第2A図は、従来の量子井戸構造を用いた半導体レーザー
装置の活性層の一例を示す構造図、 第2B図は、第2A図の活性層の組成比分布図、 第2C図は、第2A図の活性層のエネルギーバンド構造を示
すグラフである。 図中、１……ノンドープAlGaAs障壁層、２……ノンドー
プグレーデッド井戸層、３……ノンドープAlGaAs障壁
層。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−106082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−190885（ＪＰ，Ａ) Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．28 ［３］（1989）Ｐ．Ｌ507−Ｌ509 Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．27 ［２］（1988）Ｐ．169−179
Claims (1)
- 【請求項１】第１のエネルギーギャップ（Eg1）を持つA
lGaAs半導体薄層を第２のエネルギーギャップ（Eg2）を
持つAlGaAs半導体薄層（但し、Eg1＜Eg2）で挟んだ単一
量子井戸、またはこれを複数個重ねた多重量子井戸を活
性領域に含む量子井戸構造型半導体レーザー装置におい
て、 井戸層として、第１のエネルギーギャップ（Eg1）を持
つAlGaAs半導体材料と第２のエネルギーギャップ（Eg
2）を持つAlGaAs半導体材料の混晶層を用い、この混晶
層は、構成する元素のAl組成比を原子層毎または数原子
層毎にガウス関数タイプ状にゆっくり変化させて、伝導
電子または価電子帯正孔の感じるポテンシャル形状がな
めらかに変化する量子井戸を構成したことを特徴とする
量子井戸構造型半導体レーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197483A JP2708799B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 量子井戸構造型半導体レーザー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197483A JP2708799B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 量子井戸構造型半導体レーザー装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0245995A JPH0245995A (ja) | 1990-02-15 |
| JP2708799B2 true JP2708799B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=16375227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63197483A Expired - Fee Related JP2708799B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 量子井戸構造型半導体レーザー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2708799B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4585491A (en) * | 1983-09-02 | 1986-04-29 | Xerox Corporation | Wavelength tuning of quantum well lasers by thermal annealing |
| JPS63161690A (ja) * | 1986-12-25 | 1988-07-05 | Nec Corp | 量子井戸型半導体レ−ザ |
| JPS6459978A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-07 | Fujitsu Ltd | Method of controlling forbidden band width of semiconductor superlattice |
-
1988
- 1988-08-08 JP JP63197483A patent/JP2708799B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２７［２］（１９８８）Ｐ．１６９−１７９ |
| Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８［３］（１９８９）Ｐ．Ｌ５０７−Ｌ５０９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0245995A (ja) | 1990-02-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |