JP2800425B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2800425B2 JP2800425B2 JP3002928A JP292891A JP2800425B2 JP 2800425 B2 JP2800425 B2 JP 2800425B2 JP 3002928 A JP3002928 A JP 3002928A JP 292891 A JP292891 A JP 292891A JP 2800425 B2 JP2800425 B2 JP 2800425B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】１．３μｍから１．６μｍの波長
で発振する半導体レーザは、光ファイバー通信用の光源
として極めて重要であり、１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の
高速変調のできる半導体レーザの研究開発が期待されて
いる。本発明は、超高速の変調が可能な半導体レーザに
関するものである。
で発振する半導体レーザは、光ファイバー通信用の光源
として極めて重要であり、１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の
高速変調のできる半導体レーザの研究開発が期待されて
いる。本発明は、超高速の変調が可能な半導体レーザに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバーの損失が小さい１．３μｍ
から１．６μｍの波長で発振する、ＩｎＰ基板に格子整
合したＩｎX Ｇａ1-X Ａｓ、ＩｎX Ｇａ1-X ＡｓY Ｐ
1-Y 系の長波長帯半導体レーザは、実際の光ファイバ通
信システムに用いられているが、近来、レーザ特性の向
上の為に量子井戸構造を活性層に用いる検討が多くの研
究機関で行われている。例えば、北村ほか、アイイーイ
ーイーフォトニックテクノロジーレターズ（ＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅ
ｒｓ）ｖｏ１．２、ＮＯ．５、３１０から３１１頁（１
９９０年）に記載されている。図３は、従来例の多重量
子井戸活性層長波長半導体レーザ結晶の層構造、図４は
そのレーザ結晶の量子井戸活性層付近のバンド構造図を
それぞれ示す。図３において、半導体レーザ結晶は、ｎ
型ＩｎＰ基板１４、ｎ型ＩｎＰクラッド層１５、Ｉｎ
0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 ガイド層１６、層厚７ｎｍ
のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層１７と層厚２０ｎｍ
のＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層１８を交互
に積層した多重量子井戸活性層と、Ｉｎ0.76Ｇａ0.24Ａ
ｓ0.5 Ｐ0.5 ガイド層１９、ｐ型ＩｎＰクラッド層２
０、ｐ型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャップ層２１とから構
成されている。これらの半導体層は全てｎ型ＩｎＰ基板
１４に格子整合している。ここでは、量子井戸数は４と
した。図４は、この半導体レーザの多重量子井戸活性層
周辺での伝導帯端２２、価電子帯端２３のエネルギーを
層厚方向に示している。量子井戸層１７内にはキャリア
の閉じ込めにより電子サブバンド端２４、ヘビーホール
サブバンド端２５が形成される。このような構造の多重
量子井戸半導体レーザは、光ファイバの損失の低い１．
５５μｍの波長で発振し、従来のバルク活性層の半導体
レーザよりも低閾値で発振し、高い温度での動作が可能
になった。
から１．６μｍの波長で発振する、ＩｎＰ基板に格子整
合したＩｎX Ｇａ1-X Ａｓ、ＩｎX Ｇａ1-X ＡｓY Ｐ
1-Y 系の長波長帯半導体レーザは、実際の光ファイバ通
信システムに用いられているが、近来、レーザ特性の向
上の為に量子井戸構造を活性層に用いる検討が多くの研
究機関で行われている。例えば、北村ほか、アイイーイ
ーイーフォトニックテクノロジーレターズ（ＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅ
ｒｓ）ｖｏ１．２、ＮＯ．５、３１０から３１１頁（１
９９０年）に記載されている。図３は、従来例の多重量
子井戸活性層長波長半導体レーザ結晶の層構造、図４は
そのレーザ結晶の量子井戸活性層付近のバンド構造図を
それぞれ示す。図３において、半導体レーザ結晶は、ｎ
型ＩｎＰ基板１４、ｎ型ＩｎＰクラッド層１５、Ｉｎ
0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 ガイド層１６、層厚７ｎｍ
のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層１７と層厚２０ｎｍ
のＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層１８を交互
に積層した多重量子井戸活性層と、Ｉｎ0.76Ｇａ0.24Ａ
ｓ0.5 Ｐ0.5 ガイド層１９、ｐ型ＩｎＰクラッド層２
０、ｐ型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャップ層２１とから構
成されている。これらの半導体層は全てｎ型ＩｎＰ基板
１４に格子整合している。ここでは、量子井戸数は４と
した。図４は、この半導体レーザの多重量子井戸活性層
周辺での伝導帯端２２、価電子帯端２３のエネルギーを
層厚方向に示している。量子井戸層１７内にはキャリア
の閉じ込めにより電子サブバンド端２４、ヘビーホール
サブバンド端２５が形成される。このような構造の多重
量子井戸半導体レーザは、光ファイバの損失の低い１．
５５μｍの波長で発振し、従来のバルク活性層の半導体
レーザよりも低閾値で発振し、高い温度での動作が可能
になった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような半導体レー
ザの電流直接変調帯域は現在のところ数ＧＨｚであり、
寄生容量の低減等により２０ＧＨｚ程度の帯域が得られ
ると期待されている。しかしながら、それ以上の帯域を
得るためにはレーザの層構造に起因する問題があり、そ
のひとつにバリア層、あるいはガイド層から量子井戸内
のサブバンドへのキャリアの緩和の問題がある。ガイド
層、多重量子井戸活性層領域に注入された電子、ホール
はガイド層１６、１９、バリア層１８を拡散して動き、
量子井戸１７でトラップされて光学フォノン、音響フォ
ノンを放出して量子井戸層内を緩和していくが、これら
の過程の中でもっとも遅いのがガイド層、バリア層での
拡散である。この拡散時間を短くするにはガイド層、バ
リア層を薄くして拡散領域を小さくするのが効果的であ
るが、バリア層を薄くすれば隣あった量子井戸がカップ
リングして、特に有効質量の小さい電子のサブバンド２
４がエネルギー的に広がってバルク状態に近くなる。そ
の結果、状態密度がエネルギー的に離散的になるという
量子井戸構造の利点は失われる。この従来例に示した層
構造においては上記のサブバンドが離散的であるための
バリア層厚の下限値は７から１０ｎｍ程度である。この
ように、キャリアの量子井戸への注入の高速化と、量子
井戸効果の間にはトレードオフの関係がある。
ザの電流直接変調帯域は現在のところ数ＧＨｚであり、
寄生容量の低減等により２０ＧＨｚ程度の帯域が得られ
ると期待されている。しかしながら、それ以上の帯域を
得るためにはレーザの層構造に起因する問題があり、そ
のひとつにバリア層、あるいはガイド層から量子井戸内
のサブバンドへのキャリアの緩和の問題がある。ガイド
層、多重量子井戸活性層領域に注入された電子、ホール
はガイド層１６、１９、バリア層１８を拡散して動き、
量子井戸１７でトラップされて光学フォノン、音響フォ
ノンを放出して量子井戸層内を緩和していくが、これら
の過程の中でもっとも遅いのがガイド層、バリア層での
拡散である。この拡散時間を短くするにはガイド層、バ
リア層を薄くして拡散領域を小さくするのが効果的であ
るが、バリア層を薄くすれば隣あった量子井戸がカップ
リングして、特に有効質量の小さい電子のサブバンド２
４がエネルギー的に広がってバルク状態に近くなる。そ
の結果、状態密度がエネルギー的に離散的になるという
量子井戸構造の利点は失われる。この従来例に示した層
構造においては上記のサブバンドが離散的であるための
バリア層厚の下限値は７から１０ｎｍ程度である。この
ように、キャリアの量子井戸への注入の高速化と、量子
井戸効果の間にはトレードオフの関係がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、活性層が、ｐ型クラッド層側から順に、第１のバリ
ア層と、第１の量子井戸層と、第２のバリア層と、発光
層となる第２の量子井戸層とを順次積層してなる多層膜
の単一または複数の周期から構成されており、かつ前記
第１、第２のバリア層のバンドギャップが前記第１、第
２の量子井戸層に少なくとも１つ以上の伝導帯、価電子
帯サブバンドが形成される程度に大きく、かつ前記第２
の量子井戸層に形成される最低次の伝導帯サブバンド端
が前記第１の量子井戸層に形成される最低次の伝導帯サ
ブバンド端よりも低エネルギー側に位置し、かつ前記第
２の量子井戸層の最低次の価電子帯サブバンド端が前記
第１の量子井戸層に形成される最低次の価電子帯サブバ
ンド端よりも、前記第２の量子井戸層に形成される最低
次の伝導帯サブバンド端にエネルギー的に近く、かつ前
記第１の量子井戸層の格子定数が前記基板の格子定数よ
りも小さく前記第１の量子井戸層の最低次の価電子帯サ
ブバンドがライトホールサブバンドであり、かつ前記第
１及び第２のバリア層の層厚が、前記第１の量子井戸層
から前記第２の量子井戸層への電子及びホールのトンネ
リングが１０ピコ秒以下の速度で起こる程度の大きさで
あることを特徴とする。
は、活性層が、ｐ型クラッド層側から順に、第１のバリ
ア層と、第１の量子井戸層と、第２のバリア層と、発光
層となる第２の量子井戸層とを順次積層してなる多層膜
の単一または複数の周期から構成されており、かつ前記
第１、第２のバリア層のバンドギャップが前記第１、第
２の量子井戸層に少なくとも１つ以上の伝導帯、価電子
帯サブバンドが形成される程度に大きく、かつ前記第２
の量子井戸層に形成される最低次の伝導帯サブバンド端
が前記第１の量子井戸層に形成される最低次の伝導帯サ
ブバンド端よりも低エネルギー側に位置し、かつ前記第
２の量子井戸層の最低次の価電子帯サブバンド端が前記
第１の量子井戸層に形成される最低次の価電子帯サブバ
ンド端よりも、前記第２の量子井戸層に形成される最低
次の伝導帯サブバンド端にエネルギー的に近く、かつ前
記第１の量子井戸層の格子定数が前記基板の格子定数よ
りも小さく前記第１の量子井戸層の最低次の価電子帯サ
ブバンドがライトホールサブバンドであり、かつ前記第
１及び第２のバリア層の層厚が、前記第１の量子井戸層
から前記第２の量子井戸層への電子及びホールのトンネ
リングが１０ピコ秒以下の速度で起こる程度の大きさで
あることを特徴とする。
【０００５】本発明の半導体レーザでは、多重量子井戸
活性層は、バリア層を介して第１、第２の異なる量子井
戸が交互に配置され、第２の量子井戸の最低次の伝導帯
サブバンド端が第１の量子井戸に形成される最低次の伝
導帯サブバンド端よりも低エネルギー側に位置し、かつ
第２の量子井戸の最低次の価電子帯サブバンド端が第１
の量子井戸に形成される最低次の価電子帯サブバンド端
よりも、第２の量子井戸に形成される最低次の伝導帯サ
ブバンド端にエネルギー的に近くなっているので、第２
の量子井戸が発光層になる。隣あう第２の量子井戸同士
のカップリングは第１の量子井戸があることによって妨
げられ、第２の量子井戸は離散的なサブバンドを保持す
る。電子、ホールはバリア層を拡散して移動して第１、
第２の量子井戸にトラップされてそれぞれの量子井戸内
部を緩和する。第１の量子井戸の最低次のサブバンド端
に緩和した電子、ホールはトンネリングによって第２の
量子井戸に緩和する。第１の量子井戸には基板よりも格
子定数の小さい半導体層を用いるため、第１の量子井戸
には引っ張り歪が掛かり、価電子帯端はライトホールバ
ンドとなる。量子井戸の価電子帯での最低次のホールサ
ブバンドをライトホールサブバンドとすることにより、
第１の量子井戸から第２の量子井戸へのホールトンネリ
ングを電子と同じ程度の速度にすることができる。バリ
ア層の層厚を、電子、ホールのトンネル時定数が１０ピ
コ秒以下となるように薄くしておけば、数１０ＧＨｚ程
度のレーザ電流変調に追随してキャリアは発光層である
第２の量子井戸に注入される。また、この構造では第２
の量子井戸のサブバンドをバルク状態に近づけることな
くバリア層を極めて薄くできるので、バリア層における
キャリア拡散に起因するキャリア注入の遅れを小さくす
ることができる。
活性層は、バリア層を介して第１、第２の異なる量子井
戸が交互に配置され、第２の量子井戸の最低次の伝導帯
サブバンド端が第１の量子井戸に形成される最低次の伝
導帯サブバンド端よりも低エネルギー側に位置し、かつ
第２の量子井戸の最低次の価電子帯サブバンド端が第１
の量子井戸に形成される最低次の価電子帯サブバンド端
よりも、第２の量子井戸に形成される最低次の伝導帯サ
ブバンド端にエネルギー的に近くなっているので、第２
の量子井戸が発光層になる。隣あう第２の量子井戸同士
のカップリングは第１の量子井戸があることによって妨
げられ、第２の量子井戸は離散的なサブバンドを保持す
る。電子、ホールはバリア層を拡散して移動して第１、
第２の量子井戸にトラップされてそれぞれの量子井戸内
部を緩和する。第１の量子井戸の最低次のサブバンド端
に緩和した電子、ホールはトンネリングによって第２の
量子井戸に緩和する。第１の量子井戸には基板よりも格
子定数の小さい半導体層を用いるため、第１の量子井戸
には引っ張り歪が掛かり、価電子帯端はライトホールバ
ンドとなる。量子井戸の価電子帯での最低次のホールサ
ブバンドをライトホールサブバンドとすることにより、
第１の量子井戸から第２の量子井戸へのホールトンネリ
ングを電子と同じ程度の速度にすることができる。バリ
ア層の層厚を、電子、ホールのトンネル時定数が１０ピ
コ秒以下となるように薄くしておけば、数１０ＧＨｚ程
度のレーザ電流変調に追随してキャリアは発光層である
第２の量子井戸に注入される。また、この構造では第２
の量子井戸のサブバンドをバルク状態に近づけることな
くバリア層を極めて薄くできるので、バリア層における
キャリア拡散に起因するキャリア注入の遅れを小さくす
ることができる。
【０００６】
【実施例】図１は本発明の半導体レーザ結晶の活性層周
辺の層構造の一例を示す断面図、図２はその半導体レー
ザ結晶の活性層周辺のバンド構造図をそれぞれ示す。図
１において、半導体レーザ結晶は、ｎ型ＩｎＰ基板１、
ｎ型ＩｎＰクラッド層２、層厚２ｎｍのｌｎ0.76Ｇａ
0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層３と層厚１５ｎｍのＩｎ
0.55Ｇａ0.45Ａｓ0.8 Ｐ0.2 量子井戸層Ａ４と層厚２ｎ
ｍのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層３と層厚
７ｎｍのｌｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層Ｂ５とを１周
期とする多層膜を数周期、層厚２ｎｍのｌｎ0.76Ｇａ
0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5バリア層３、層厚１５ｎｍのｌｎ
0.55Ｇａ0.45Ａｓ0.8 Ｐ0.2 量子井戸層Ａ４、層厚２ｎ
ｍのｌｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層３、ｐ型
ＩｎＰクラッド層６、ｐ型ｌｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャッ
プ層７とを順次積層して形成されている。図１では、前
記多層膜の周期数は３となっている。図２は、そのレー
ザ結晶のバンド構造を多重量子井戸活性層周辺について
示してある。伝導帯端８、価電子帯端９は図のような構
造になり、量子井戸Ａ、Ｂにはそれぞれ電子サブバン
ド、ホールサブバンドが形成されるが、その最低次のサ
ブバンド端をそれぞれ電子サブバンド端１０、１１、ホ
ールサブバンド端１２、１３として示してある。量子井
戸ＡはｌｎＰ基板１よりも小さい格子定数を持つため、
０．５％程度の引っ張り歪みが掛かって価電子帯端はラ
イトホールバンド端となる。量子井戸の層厚が１５ｎｍ
であるため、最低次の価電子帯サブバンド端はライトホ
ールサブバンド端１２となる。図２において、電子及び
ホールのエネルギーの方向をそれぞれ図の上方及び下方
に正に取った場合、量子井戸Ｂの電子サブバンド端は、
量子井戸Ａのものよりエネルギーが低く、量子井戸Ｂの
ホールサブバンド端は量子井戸Ａのものよりエネルギー
が低くなっている。したがって、量子井戸Ｂが発光層
（活性層）となる。多重量子井戸領域に注入された電
子、ホールはバリア層３を拡散して移動して量子井戸
Ａ、Ｂにトラップされるが、バリア層３が２ｎｍと極め
て薄いため、極めて大きい速度で量子井戸Ａ、Ｂにトラ
ップされる。トラップされたキャリアは量子井戸Ａ、Ｂ
内を緩和してそれぞれ電子サブバンド端１０、１１、ホ
ールサブバンド端１２、１３に到達する。量子井戸Ａ内
のキャリアはこの後、バリア層３をトンネルして量子井
戸Ｂに達する。バリア層３の層厚が２ｎｍなのでこのト
ンネルの時定数は電子に対して数ピコ秒である。ホール
に対しては、ヘビーホールの場合は有効質量が電子に比
較して１０倍程度大きいのでトンネル時定数は数１０ピ
コ秒となるが、この場合ライトホールであるので有効質
量は電子のものと同程度であり、トンネル時間も電子と
同様に数ピコ秒となる。したがって、多重量子井戸活性
層領域に注入されたキャリアは数ピコ秒の時定数で量子
井戸Ｂの最低次サブバンド１１、１３に到達する。
辺の層構造の一例を示す断面図、図２はその半導体レー
ザ結晶の活性層周辺のバンド構造図をそれぞれ示す。図
１において、半導体レーザ結晶は、ｎ型ＩｎＰ基板１、
ｎ型ＩｎＰクラッド層２、層厚２ｎｍのｌｎ0.76Ｇａ
0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層３と層厚１５ｎｍのＩｎ
0.55Ｇａ0.45Ａｓ0.8 Ｐ0.2 量子井戸層Ａ４と層厚２ｎ
ｍのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層３と層厚
７ｎｍのｌｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層Ｂ５とを１周
期とする多層膜を数周期、層厚２ｎｍのｌｎ0.76Ｇａ
0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5バリア層３、層厚１５ｎｍのｌｎ
0.55Ｇａ0.45Ａｓ0.8 Ｐ0.2 量子井戸層Ａ４、層厚２ｎ
ｍのｌｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層３、ｐ型
ＩｎＰクラッド層６、ｐ型ｌｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャッ
プ層７とを順次積層して形成されている。図１では、前
記多層膜の周期数は３となっている。図２は、そのレー
ザ結晶のバンド構造を多重量子井戸活性層周辺について
示してある。伝導帯端８、価電子帯端９は図のような構
造になり、量子井戸Ａ、Ｂにはそれぞれ電子サブバン
ド、ホールサブバンドが形成されるが、その最低次のサ
ブバンド端をそれぞれ電子サブバンド端１０、１１、ホ
ールサブバンド端１２、１３として示してある。量子井
戸ＡはｌｎＰ基板１よりも小さい格子定数を持つため、
０．５％程度の引っ張り歪みが掛かって価電子帯端はラ
イトホールバンド端となる。量子井戸の層厚が１５ｎｍ
であるため、最低次の価電子帯サブバンド端はライトホ
ールサブバンド端１２となる。図２において、電子及び
ホールのエネルギーの方向をそれぞれ図の上方及び下方
に正に取った場合、量子井戸Ｂの電子サブバンド端は、
量子井戸Ａのものよりエネルギーが低く、量子井戸Ｂの
ホールサブバンド端は量子井戸Ａのものよりエネルギー
が低くなっている。したがって、量子井戸Ｂが発光層
（活性層）となる。多重量子井戸領域に注入された電
子、ホールはバリア層３を拡散して移動して量子井戸
Ａ、Ｂにトラップされるが、バリア層３が２ｎｍと極め
て薄いため、極めて大きい速度で量子井戸Ａ、Ｂにトラ
ップされる。トラップされたキャリアは量子井戸Ａ、Ｂ
内を緩和してそれぞれ電子サブバンド端１０、１１、ホ
ールサブバンド端１２、１３に到達する。量子井戸Ａ内
のキャリアはこの後、バリア層３をトンネルして量子井
戸Ｂに達する。バリア層３の層厚が２ｎｍなのでこのト
ンネルの時定数は電子に対して数ピコ秒である。ホール
に対しては、ヘビーホールの場合は有効質量が電子に比
較して１０倍程度大きいのでトンネル時定数は数１０ピ
コ秒となるが、この場合ライトホールであるので有効質
量は電子のものと同程度であり、トンネル時間も電子と
同様に数ピコ秒となる。したがって、多重量子井戸活性
層領域に注入されたキャリアは数ピコ秒の時定数で量子
井戸Ｂの最低次サブバンド１１、１３に到達する。
【０００７】尚本実施例ではレーザの構造は特に示さな
かったが、プレーナ型、ＳＡＳ型、ＢＨ型、ＤＣＰＢＨ
型等通常用いられる構造に適用できる。
かったが、プレーナ型、ＳＡＳ型、ＢＨ型、ＤＣＰＢＨ
型等通常用いられる構造に適用できる。
【０００８】
【発明の効果】多重量子井戸領域に注入された電子、ホ
ールはバリア層から２つの量子井戸へと効率よくトラッ
プされる。バリア層は２ｎｍと極めて薄いためバリア層
内でのキャリアの拡散時間は極めて小さい。量子井戸Ａ
にトラップされた電子、ホールは数ピコ秒の時定数のト
ンネリングによって、効率よく量子井戸Ｂに注入され
る。ホールの効率よいトンネリングは、量子井戸Ａの最
低次ホールサブバンドがライトホールサブバンドである
ことにより実現される。しかも、発光層となる量子井戸
Ｂのサブバンド幅はバリア層が厚い場合と同様に狭いも
のであり、量子井戸効果による状態密度の低減効果が損
なわれない。この結果、従来例の半導体レーザにおいて
不可能であった。バリア層を薄くし、かつ量子井戸活性
層のサブバンド幅を狭く保つこと、が可能となる。した
がって、本発明の半導体レーザは、発振閾値が低く、高
温動作が可能であるという量子井戸半導体レーザの利点
と、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速変調が可能であるという利
点を合わせ持つものである。
ールはバリア層から２つの量子井戸へと効率よくトラッ
プされる。バリア層は２ｎｍと極めて薄いためバリア層
内でのキャリアの拡散時間は極めて小さい。量子井戸Ａ
にトラップされた電子、ホールは数ピコ秒の時定数のト
ンネリングによって、効率よく量子井戸Ｂに注入され
る。ホールの効率よいトンネリングは、量子井戸Ａの最
低次ホールサブバンドがライトホールサブバンドである
ことにより実現される。しかも、発光層となる量子井戸
Ｂのサブバンド幅はバリア層が厚い場合と同様に狭いも
のであり、量子井戸効果による状態密度の低減効果が損
なわれない。この結果、従来例の半導体レーザにおいて
不可能であった。バリア層を薄くし、かつ量子井戸活性
層のサブバンド幅を狭く保つこと、が可能となる。した
がって、本発明の半導体レーザは、発振閾値が低く、高
温動作が可能であるという量子井戸半導体レーザの利点
と、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速変調が可能であるという利
点を合わせ持つものである。
【図１】本発明の実施例の半導体レーザ結晶の層構造を
示す断面図。
示す断面図。
【図２】本発明の実施例の半導体レーザ結晶のバンド構
造図。
造図。
【図３】従来例の半導体レーザ結晶の層構造を示す断面
図。
図。
【図４】従来例の半導体レーザ結晶のバンド構造図。
１、１４ ｎ型ＩｎＰ基板 ２、１５ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ３、１８ Ｉｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 バリア層 ４ Ｉｎ0.55Ｇａ0.45Ａｓ0.8 Ｐ0.2 量子井戸層Ａ ５、１７ Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層Ｂ（活性
層） ６、２０ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ７、２１ ｐ型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャップ層 ８、２２ 伝導帯端 ９、２３ 価電子帯端 １０、１１、２４ 電子サブバンド端 １２ ライトホールサブバンド端 １３、２５ ヘビーホールサブバンド端 １６、１９ Ｉｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 ガイド層
層） ６、２０ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ７、２１ ｐ型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャップ層 ８、２２ 伝導帯端 ９、２３ 価電子帯端 １０、１１、２４ 電子サブバンド端 １２ ライトホールサブバンド端 １３、２５ ヘビーホールサブバンド端 １６、１９ Ｉｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.5 Ｐ0.5 ガイド層
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に、活性層をｐ型クラッド
層、ｎ型クラッド層で挟んで構成される半導体レーザに
おいて、前記活性層が、前記ｐ型クラッド層側から順
に、第１のバリア層と、第１の量子井戸層と、第２のバ
リア層と、発光層となる第２の量子井戸層とを順次積層
してなる多層膜の単一または複数の周期から構成されて
おり、かつ前記第１、第２のバリア層のバンドギャップ
が前記第１、第２の量子井戸層に少なくとも１つ以上の
伝導帯、価電子帯サブバンドが形成される程度に大き
く、かつ前記第２の量子井戸層に形成される最低次の伝
導帯サブバンド端が前記第１の量子井戸層に形成される
最低次の伝導帯サブバンド端よりも低エネルギー側に位
置し、かつ前記第２の量子井戸層の最低次の価電子帯サ
ブバンド端が前記第１の量子井戸層に形成される最低次
の価電子帯サブバンド端よりも、前記第２の量子井戸層
に形成される最低次の伝導帯サブバンド端にエネルギー
的に近く、かつ前記第１の量子井戸層の格子定数が前記
基板の格子定数よりも小さく前記第１の量子井戸層の最
低次の価電子帯サブバンドがライトホールサブバンドで
あり、かつ前記第１及び第２のバリア層の層厚が、前記
第１の量子井戸層から前記第２の量子井戸層への電子及
びホールのトンネリングが１０ピコ秒以下の速度で起こ
る程度の大きさであることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002928A JP2800425B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3002928A JP2800425B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04241487A JPH04241487A (ja) | 1992-08-28 |
| JP2800425B2 true JP2800425B2 (ja) | 1998-09-21 |
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ID=11543006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3002928A Expired - Fee Related JP2800425B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2800425B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1991
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|---|---|---|---|---|
| DE102007029257A1 (de) * | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Landesstiftung Baden-Württemberg gGmbH | Laserverstärkersystem |
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