JP3219871B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レ−ザ装置に係
り、特に短波長（６５０ｎｍ未満）の半導体レ−ザ装置
に関する。
り、特に短波長（６５０ｎｍ未満）の半導体レ−ザ装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5
Ｐの混晶半導体材料を用いて６５０ｎｍ〜６７０ｎｍ程
度の赤色光を高効率で出射できるダブルヘテロ構造の半
導体レ−ザ装置が開発されている。この種の半導体レ−
ザ装置では、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum We
ll）構造の活性層を採用している。
Ｐの混晶半導体材料を用いて６５０ｎｍ〜６７０ｎｍ程
度の赤色光を高効率で出射できるダブルヘテロ構造の半
導体レ−ザ装置が開発されている。この種の半導体レ−
ザ装置では、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum We
ll）構造の活性層を採用している。
【０００３】ＭＱＷ構造の導入により、状態密度分布関
数が階段状となり、電子のエネルギ−分布が局在化する
ため、レ−ザ利得が大きくなったり、しきい値電流密度
が低くなる。しかも、電子のエネルギ−分布は、温度に
関して変化が小さいため、温度特性の改善、つまり、最
大動作温度が高くなる。
数が階段状となり、電子のエネルギ−分布が局在化する
ため、レ−ザ利得が大きくなったり、しきい値電流密度
が低くなる。しかも、電子のエネルギ−分布は、温度に
関して変化が小さいため、温度特性の改善、つまり、最
大動作温度が高くなる。
【０００４】すなわち、ＭＱＷ構造の活性層を有するダ
ブルヘテロ構造の半導体レ−ザ装置は、そうでないダブ
ルヘテロ構造の半導体レ−ザ装置に比べて、しきい値電
流密度が低く、最大動作温度が高く、そして寿命が長く
なっている。
ブルヘテロ構造の半導体レ−ザ装置は、そうでないダブ
ルヘテロ構造の半導体レ−ザ装置に比べて、しきい値電
流密度が低く、最大動作温度が高く、そして寿命が長く
なっている。
【０００５】しかしながら、発振波長が６５０ｎｍ未満
の半導体レ−ザ装置に関しては、しきい値電流密度が高
く、最大動作温度が低いという問題があった。このた
め、近年の光学メモリ装置の高記録密度化の要求に答え
るのが困難であった。
の半導体レ−ザ装置に関しては、しきい値電流密度が高
く、最大動作温度が低いという問題があった。このた
め、近年の光学メモリ装置の高記録密度化の要求に答え
るのが困難であった。
【０００６】このようなしきい値電流密度や最大動作温
度に関する問題は、短波長化に伴って活性層中の電子が
ｐ型クラッド層に漏れ易くなることに起因する。このよ
うな電子の漏れは歪みの掛かった活性層の使用により軽
減できるが、この方法では上述した問題を解決できるほ
ど電子の漏れを少なくできない。
度に関する問題は、短波長化に伴って活性層中の電子が
ｐ型クラッド層に漏れ易くなることに起因する。このよ
うな電子の漏れは歪みの掛かった活性層の使用により軽
減できるが、この方法では上述した問題を解決できるほ
ど電子の漏れを少なくできない。
【０００７】他の解決策として、多重量子障壁（ＭＱ
Ｂ： Multi-Quantum Barrier）構造のｐ型クラッド層を
用いることが提案されている。ＭＱＢ構造が導入された
ｐ型クラッド層は、そうでないｐ型クラッド層に比べ
て、活性層の電子に対する障壁が高くなる。これはＭＱ
Ｂ構造の導入により、量子力学的な新たな障壁が形成さ
れるからである。
Ｂ： Multi-Quantum Barrier）構造のｐ型クラッド層を
用いることが提案されている。ＭＱＢ構造が導入された
ｐ型クラッド層は、そうでないｐ型クラッド層に比べ
て、活性層の電子に対する障壁が高くなる。これはＭＱ
Ｂ構造の導入により、量子力学的な新たな障壁が形成さ
れるからである。
【０００８】このようなＭＱＢ構造の導入により、活性
層からｐ型クラッド層への電子の漏れを抑制できるレー
ザ装置が開発されたが、その改善は期待した程度のもの
ではなかった。すなわち、理論的に示された程度の障壁
の増加が得られず、上述した問題を解決できるほど電子
の漏れを抑制できなかった。
層からｐ型クラッド層への電子の漏れを抑制できるレー
ザ装置が開発されたが、その改善は期待した程度のもの
ではなかった。すなわち、理論的に示された程度の障壁
の増加が得られず、上述した問題を解決できるほど電子
の漏れを抑制できなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、発振波長
が６５０ｎｍ未満の短波長になると、活性層の電子の漏
れの問題が顕著になり、しきい値電流密度が高くなった
り、最大動作温度が低くなるという特性劣化の問題があ
った。
が６５０ｎｍ未満の短波長になると、活性層の電子の漏
れの問題が顕著になり、しきい値電流密度が高くなった
り、最大動作温度が低くなるという特性劣化の問題があ
った。
【００１０】このような問題を解決するために、歪みの
掛かった活性層や、ＭＱＢ構造が導入されたｐ型クラッ
ド層の使用が提案されていたが、いずれの方法でも電子
の漏れを十分に低減できず、上記問題を解決するまでに
は至っていなかった。
掛かった活性層や、ＭＱＢ構造が導入されたｐ型クラッ
ド層の使用が提案されていたが、いずれの方法でも電子
の漏れを十分に低減できず、上記問題を解決するまでに
は至っていなかった。
【００１１】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、短波長になっても、し
きい値電流密度や、最大動作温度等の特性劣化を招かな
い半導体レーザ装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、短波長になっても、し
きい値電流密度や、最大動作温度等の特性劣化を招かな
い半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体レーザ装置は、半導体からなる活
性層と、井戸層の材料と障壁層のそれとが異なり、且つ
前記障壁層の電子の有効質量が前記井戸層のそれより大
きい多重量子障壁構造を有するｐ型クラッド層と、この
ｐ型クラッド層とともに前記活性層を挟持するｎ型クラ
ッド層とを有し、前記井戸層は引張り歪みを有すること
を特徴とする。
めに、本発明の半導体レーザ装置は、半導体からなる活
性層と、井戸層の材料と障壁層のそれとが異なり、且つ
前記障壁層の電子の有効質量が前記井戸層のそれより大
きい多重量子障壁構造を有するｐ型クラッド層と、この
ｐ型クラッド層とともに前記活性層を挟持するｎ型クラ
ッド層とを有し、前記井戸層は引張り歪みを有すること
を特徴とする。
【００１３】また、前記障壁層および前記井戸層の材料
は、それぞれＩｎＧａＡｌＰの混晶半導体系およびＩｎ
ＧａＡｓＰの混晶半導体系、または、それぞれＡｌＧａ
Ａｓの混晶半導体系およびＩｎＧａＡｓＰの混晶半導体
系であることが好ましい。
は、それぞれＩｎＧａＡｌＰの混晶半導体系およびＩｎ
ＧａＡｓＰの混晶半導体系、または、それぞれＡｌＧａ
Ａｓの混晶半導体系およびＩｎＧａＡｓＰの混晶半導体
系であることが好ましい。
【００１４】
【作用】本発明の半導体レーザ装置（請求項１）によれ
ば、ｐ型クラッド層に導入されているＭＱＢ構造の井戸
層の材料と障壁層のそれとが異なっているので、井戸層
の材料と障壁層のそれとが同じである従来の場合に比べ
て、井戸層および障壁層の有効質量の制御が容易にな
る。
ば、ｐ型クラッド層に導入されているＭＱＢ構造の井戸
層の材料と障壁層のそれとが異なっているので、井戸層
の材料と障壁層のそれとが同じである従来の場合に比べ
て、井戸層および障壁層の有効質量の制御が容易にな
る。
【００１５】この結果、障壁層の有効質量を井戸層の有
効質量より大きくできると共に、従来に比べて、障壁層
の有効質量と井戸層の有効質量との差をより大きくでき
る。障壁層の有効質量と井戸層の有効質量との差が大き
いほど、ＭＱＢ効果（障壁高さ）が大きくなる。このた
め、従来に比べて、電子の閉じ込め効果が高くなるた
め、短波長においても、しきい値電流密度や最大動作温
度等の特性を良好に保つことが可能となる。
効質量より大きくできると共に、従来に比べて、障壁層
の有効質量と井戸層の有効質量との差をより大きくでき
る。障壁層の有効質量と井戸層の有効質量との差が大き
いほど、ＭＱＢ効果（障壁高さ）が大きくなる。このた
め、従来に比べて、電子の閉じ込め効果が高くなるた
め、短波長においても、しきい値電流密度や最大動作温
度等の特性を良好に保つことが可能となる。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る半導体レ−ザ装置
の要部構成を示す素子断面図が示されている。
る。図１には本発明の一実施例に係る半導体レ−ザ装置
の要部構成を示す素子断面図が示されている。
【００１７】図中、１はＧａＡｓ基板を示しており、こ
のＧａＡｓ基板１は、（１００）面ジャストまたは（１
００）面から［０１１］方向に傾斜した面方位を有し、
ｎ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐからなる厚さ１
μｍ程度のｎ型クラッド層２が堆積されている。
のＧａＡｓ基板１は、（１００）面ジャストまたは（１
００）面から［０１１］方向に傾斜した面方位を有し、
ｎ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐからなる厚さ１
μｍ程度のｎ型クラッド層２が堆積されている。
【００１８】このｎ型クラッド層２上には、アンドープ
Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐからなる光ガイド層
３ａ，３ｂで挾持されている活性層４が設けられてい
る。
Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-y Ａｌy ）0.5 Ｐからなる光ガイド層
３ａ，３ｂで挾持されている活性層４が設けられてい
る。
【００１９】なお、活性層４は如何なる発光層でも良
く、例えば、ダブルヘテロ構造のように均一な構造のも
のでも、ＭＱＷ構造のようにエネルギ−的に変調を受け
ている構造のものを用いる。
く、例えば、ダブルヘテロ構造のように均一な構造のも
のでも、ＭＱＷ構造のようにエネルギ−的に変調を受け
ている構造のものを用いる。
【００２０】光ガイド層３ｂ上には、ｐ型Ｉｎ0.5 （Ｇ
ａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐからなる厚さ１μｍ程度のｐ型ク
ラッド層６が設けられている。このｐ型クラッド層６の
光ガイド層３ｂ側には、図２に示すような複数の障壁層
ｂと井戸層ｗとで構成されているＭＱＢ構造５が設けら
れている。
ａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐからなる厚さ１μｍ程度のｐ型ク
ラッド層６が設けられている。このｐ型クラッド層６の
光ガイド層３ｂ側には、図２に示すような複数の障壁層
ｂと井戸層ｗとで構成されているＭＱＢ構造５が設けら
れている。
【００２１】障壁層ｂの材料としては、Ｉｎ0.5 （Ｇａ
1-X ＡｌX ）0.5 Ｐが用いられ、一方、井戸層ｗの材料
としては、Ｉｎ1-u Ｇａu Ａｓ1-v Ｐv が用いられてい
る。組成比ｘ，ｕ，ｖは、障壁層ｂの電子の有効質量が
井戸層のそれより大きく、且つその差が従来のそれより
大きくなるように選ばれている。また、井戸層ｗには引
張り歪みが導入されている。なお、このようなＭＱＢ構
造５を用いた理由や、組成比ｘ，ｕ，ｖの具体的な値に
ついては後述詳細に説明する。
1-X ＡｌX ）0.5 Ｐが用いられ、一方、井戸層ｗの材料
としては、Ｉｎ1-u Ｇａu Ａｓ1-v Ｐv が用いられてい
る。組成比ｘ，ｕ，ｖは、障壁層ｂの電子の有効質量が
井戸層のそれより大きく、且つその差が従来のそれより
大きくなるように選ばれている。また、井戸層ｗには引
張り歪みが導入されている。なお、このようなＭＱＢ構
造５を用いた理由や、組成比ｘ，ｕ，ｖの具体的な値に
ついては後述詳細に説明する。
【００２２】ｐ型クラッド層６の中央部は隆起（リッ
ジ）状に形成されている。このようなリッジ構造のｐ型
クラッド層５は通常のエッチング技術を用いて形成でき
る。ｐ型クラッド層６にリッジ構造を持たせたのは、水
平方向に電流および光を閉じ込めるためである。
ジ）状に形成されている。このようなリッジ構造のｐ型
クラッド層５は通常のエッチング技術を用いて形成でき
る。ｐ型クラッド層６にリッジ構造を持たせたのは、水
平方向に電流および光を閉じ込めるためである。
【００２３】ｐ型クラッド層６のリッジ部上には、ｐ型
ＩｎＧａＰからなるｐ型キャッピング層７が設けられて
いる。また、ｐ型クラッド層６およびｐ型キャッピング
層７の周縁部はｎ型ＧａＡｓからなるｎ型電流ブロック
層８で覆われている。
ＩｎＧａＰからなるｐ型キャッピング層７が設けられて
いる。また、ｐ型クラッド層６およびｐ型キャッピング
層７の周縁部はｎ型ＧａＡｓからなるｎ型電流ブロック
層８で覆われている。
【００２４】ｎ型電流ブロック層８およびｐ型キャッピ
ング層７上には、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト
層９を介してＡｕ・Ｚｎ合金からなるｐ側電極１０が設
けられている。そして、ＧａＡｓ基板１の裏面には、Ａ
ｕ・Ｇｅ合金からなるｎ側電極１１が設けられている。
ング層７上には、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト
層９を介してＡｕ・Ｚｎ合金からなるｐ側電極１０が設
けられている。そして、ＧａＡｓ基板１の裏面には、Ａ
ｕ・Ｇｅ合金からなるｎ側電極１１が設けられている。
【００２５】なお、上記光ガイド層３ａ，３ｂおよびク
ラッド層２，６のパラメータは、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X Ａ
ｌX ）0.5 Ｐ系の半導体レーザに適合するように選ばれ
ている。また、上記各半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ
法等のＣＶＤ法を用いて成長形成する。次に上記の如き
ＭＱＢ構造５を用いた理由について説明する。
ラッド層２，６のパラメータは、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X Ａ
ｌX ）0.5 Ｐ系の半導体レーザに適合するように選ばれ
ている。また、上記各半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ
法等のＣＶＤ法を用いて成長形成する。次に上記の如き
ＭＱＢ構造５を用いた理由について説明する。
【００２６】活性層４からｐ型クラッド層６に流れ込む
電子の量を少なくするには、ＭＱＢ障壁を高くすれば良
い。ＭＱＢ障壁は、井戸層ｗの深さ、ならびに障壁層ｂ
の電子の有効質量（ｍb * ）とウエル層ｗの電子の有効
質量（ｍw * ）とのオフセット（ｍoff ＝ｍb * −ｍw
* ）とに依存する。
電子の量を少なくするには、ＭＱＢ障壁を高くすれば良
い。ＭＱＢ障壁は、井戸層ｗの深さ、ならびに障壁層ｂ
の電子の有効質量（ｍb * ）とウエル層ｗの電子の有効
質量（ｍw * ）とのオフセット（ｍoff ＝ｍb * −ｍw
* ）とに依存する。
【００２７】井戸層ｗの深さとＭＱＢ効果（ＭＱＢ障
壁）との間には直線的な関係がある。井戸層ｗの深さを
変えることによってＭＱＢ効果を高めるには、障壁層ｂ
として用いられているＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5
Ｐの組成比ｘを大きくすることである。
壁）との間には直線的な関係がある。井戸層ｗの深さを
変えることによってＭＱＢ効果を高めるには、障壁層ｂ
として用いられているＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5
Ｐの組成比ｘを大きくすることである。
【００２８】しかし、間接禁止帯のドーピングが困難で
あるため、組成比ｘは、通常、達成できる最も高いダイ
レクトバンドギャップの組成比である０．７となってい
る。このため、井戸層ｗの深さを変えることによってＭ
ＱＢ効果を高めるために残された他の変更可能なパラメ
ータは、ウエル層ｗのバンドギャップだけとなる。
あるため、組成比ｘは、通常、達成できる最も高いダイ
レクトバンドギャップの組成比である０．７となってい
る。このため、井戸層ｗの深さを変えることによってＭ
ＱＢ効果を高めるために残された他の変更可能なパラメ
ータは、ウエル層ｗのバンドギャップだけとなる。
【００２９】ウエル層ｗのバンドギャップが活性層４の
それ以下または近傍になると、活性層４の放射光がウエ
ル層ｗに吸収されるため、レーザ損失が生じる。このた
め、ウエル層ｗのバンドギャップを制御するために、従
来のようにウエル層ｗに歪みを導入するのは好ましくな
い。これは井戸４に圧縮歪みが導入されると、バンドギ
ャップが小さくなるからである。一方、井戸４に引張り
歪みが導入されると、ウエル層ｗの深さが小さくなり、
ＭＱＢ効果が小さくなるという問題が生じる。したがっ
て、井戸層ｗの深さを変えることでは、ＭＱＢ効果を目
覚ましく改善することは容易ではない。次に障壁層ｂの
有効質量ｍb * とウエル層ｗの有効質量ｍw * とのオフ
セットｍoff を変えることによるＭＱＢ効果の改善につ
いて説明する。
それ以下または近傍になると、活性層４の放射光がウエ
ル層ｗに吸収されるため、レーザ損失が生じる。このた
め、ウエル層ｗのバンドギャップを制御するために、従
来のようにウエル層ｗに歪みを導入するのは好ましくな
い。これは井戸４に圧縮歪みが導入されると、バンドギ
ャップが小さくなるからである。一方、井戸４に引張り
歪みが導入されると、ウエル層ｗの深さが小さくなり、
ＭＱＢ効果が小さくなるという問題が生じる。したがっ
て、井戸層ｗの深さを変えることでは、ＭＱＢ効果を目
覚ましく改善することは容易ではない。次に障壁層ｂの
有効質量ｍb * とウエル層ｗの有効質量ｍw * とのオフ
セットｍoff を変えることによるＭＱＢ効果の改善につ
いて説明する。
【００３０】図３は、自由空間における電子の質量ｍ0
に対する障壁層の電子の有効質量ｍb * の比（ｍb * ／
ｍ0 ）を０．１２に固定した場合のウエル層ｗの有効質
量ｍw * とＭＱＢ効果との関係を示す図である。なお、
井戸層と障壁層とのペア数は１０である。
に対する障壁層の電子の有効質量ｍb * の比（ｍb * ／
ｍ0 ）を０．１２に固定した場合のウエル層ｗの有効質
量ｍw * とＭＱＢ効果との関係を示す図である。なお、
井戸層と障壁層とのペア数は１０である。
【００３１】図中、横軸は井戸層の電子の有効質量ｍw
* を自由空間の電子の質量ｍ0 で規格化したもので、縦
軸はＭＱＢ効果による障壁の高さＥMQB を障壁層の障壁
の高さＥB で規格化したもである。
* を自由空間の電子の質量ｍ0 で規格化したもので、縦
軸はＭＱＢ効果による障壁の高さＥMQB を障壁層の障壁
の高さＥB で規格化したもである。
【００３２】この図３から、ｍw * ／ｍ0 が０．１２、
つまり、オフセットｍoff がゼロの場合、ＥMQB ／ＥB
の値が１．６程度で、そして、ｍw * ／ｍ0 が０．０３
まで下げるまで、つまり、オフセットｍoff が０．０９
まで増加するまで、ＥMQB ／ＥB （ＭＱＢ効果）が着実
に大きくなることが分かる。
つまり、オフセットｍoff がゼロの場合、ＥMQB ／ＥB
の値が１．６程度で、そして、ｍw * ／ｍ0 が０．０３
まで下げるまで、つまり、オフセットｍoff が０．０９
まで増加するまで、ＥMQB ／ＥB （ＭＱＢ効果）が着実
に大きくなることが分かる。
【００３３】ｍw * ／ｍ0 が０．０３より小さくなると
ＥMQB ／ＥB が急激に減少し、また、ｍw * ／ｍ0 が
０．１２より大きくなると、つまり、ｍw * ＞ｍb * の
場合には、ＥMQB ／ＥB が単調に減少することが分か
る。このような傾向は他のＭＱＢ構造についても同様に
認められた。なお、普通のＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）
0.5 Ｐ系レーザのＭＱＢ構造に対しては、ＩｎＧａＰ系
のｍw * ／ｍ0 は０．１１である。
ＥMQB ／ＥB が急激に減少し、また、ｍw * ／ｍ0 が
０．１２より大きくなると、つまり、ｍw * ＞ｍb * の
場合には、ＥMQB ／ＥB が単調に減少することが分か
る。このような傾向は他のＭＱＢ構造についても同様に
認められた。なお、普通のＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）
0.5 Ｐ系レーザのＭＱＢ構造に対しては、ＩｎＧａＰ系
のｍw * ／ｍ0 は０．１１である。
【００３４】オフセットを大きくするには、例えば、井
戸層の電子の有効質量を小さくすれば良い。図４には、
オフセットが小さいＭＱＢ（曲線Ａ）、オフセットが大
きいのＭＱＢ（曲線Ｂ）および障壁層のポテンシャル
（曲線Ｃ）についての、相対電子エネルギー（オーバー
フローの電子のエネルギーを障壁層の電子のエネルギー
で割ったもの）と電子の反射係数との関係が示されてい
る。なお、曲線ＢのＭＱＢには後述する引張り歪みが導
入されている。
戸層の電子の有効質量を小さくすれば良い。図４には、
オフセットが小さいＭＱＢ（曲線Ａ）、オフセットが大
きいのＭＱＢ（曲線Ｂ）および障壁層のポテンシャル
（曲線Ｃ）についての、相対電子エネルギー（オーバー
フローの電子のエネルギーを障壁層の電子のエネルギー
で割ったもの）と電子の反射係数との関係が示されてい
る。なお、曲線ＢのＭＱＢには後述する引張り歪みが導
入されている。
【００３５】この図４から、井戸層の電子の有効質量が
小さいほうが、より高い相対電子エネルギーまで反射係
数を大きく維持できることが分かる。これは、有効質量
が小さくなると、エネルギーの高いオーバーフローの電
子に対しても、十分な高さのＭＱＢ障壁が形成されるこ
とを意味している。
小さいほうが、より高い相対電子エネルギーまで反射係
数を大きく維持できることが分かる。これは、有効質量
が小さくなると、エネルギーの高いオーバーフローの電
子に対しても、十分な高さのＭＱＢ障壁が形成されるこ
とを意味している。
【００３６】ところで、ＧａＡｓと良好な格子整合が取
れ、且つ有効質量が小さくなる半導体材料は色々考えら
れるが、この種の半導体材料の場合、一般に、有効質量
が小さいものほど、バンドギャップが小さくなり、活性
層４の放射光が井戸層ｗで吸収される恐れがある。
れ、且つ有効質量が小さくなる半導体材料は色々考えら
れるが、この種の半導体材料の場合、一般に、有効質量
が小さいものほど、バンドギャップが小さくなり、活性
層４の放射光が井戸層ｗで吸収される恐れがある。
【００３７】これを解決するには、例えば、井戸層に引
張り歪みを導入すれば良い。井戸層に引張り歪みが導入
されると、一般に、バンドギャップが大きくなると共
に、ホールの有効質量が小さくなり、この結果、効率的
な伝導特性と光学的特性が得られる放物線的に近い状態
の価電子帯が得られる。なお、伝導帯の状態は引張り歪
みの導入によっても比較的変わらず、その有効質量は同
じままである。
張り歪みを導入すれば良い。井戸層に引張り歪みが導入
されると、一般に、バンドギャップが大きくなると共
に、ホールの有効質量が小さくなり、この結果、効率的
な伝導特性と光学的特性が得られる放物線的に近い状態
の価電子帯が得られる。なお、伝導帯の状態は引張り歪
みの導入によっても比較的変わらず、その有効質量は同
じままである。
【００３８】有効バンドキャップを変えることなく、ウ
エル層の有効質量を小さくして、ＭＱＢ効果を最大限に
するためには、井戸層の材料が持ち得る最大の引張り歪
みを使用しなければならない。
エル層の有効質量を小さくして、ＭＱＢ効果を最大限に
するためには、井戸層の材料が持ち得る最大の引張り歪
みを使用しなければならない。
【００３９】最大の引張り歪みは、その材料の臨界厚さ
によって決定される。これは臨界厚さを越えると、井戸
層中に転位等の欠陥が多く発生するからである。したが
って、使用し得る最大の引張り歪みは、臨界厚さと引張
り歪みが入った井戸層の全厚さとによって決まる。最大
引張り歪みは、格子定数をａとすると、一般に、Δａ／
ａ＝−１％のオーダーの中にある。
によって決定される。これは臨界厚さを越えると、井戸
層中に転位等の欠陥が多く発生するからである。したが
って、使用し得る最大の引張り歪みは、臨界厚さと引張
り歪みが入った井戸層の全厚さとによって決まる。最大
引張り歪みは、格子定数をａとすると、一般に、Δａ／
ａ＝−１％のオーダーの中にある。
【００４０】ＭＱＢ構造の中のウエル層の全体厚さは、
多くの場合、他の半導体層に比べて薄いので、ＭＱＢ構
造によっては、Δａ／ａ＝−２％のオーダーの大きな歪
みを持たせることが可能となる。
多くの場合、他の半導体層に比べて薄いので、ＭＱＢ構
造によっては、Δａ／ａ＝−２％のオーダーの大きな歪
みを持たせることが可能となる。
【００４１】どのような半導体材料が井戸層として適当
かは、引張り歪みの大きさや、ウエル層の厚さによって
決定される。最も適当なウエル層の材料の１つは、本実
施例で用いているＩｎ1-u Ｇａu Ａｓ1-v Ｐv の混晶半
導体系である。この混晶半導体系は、引張り歪みおよび
量子閉じ込め効果（ quantum confinement effects）を
考慮すると、レーザの最適化に対して正しいオーダーの
バンドギャップを持っている。
かは、引張り歪みの大きさや、ウエル層の厚さによって
決定される。最も適当なウエル層の材料の１つは、本実
施例で用いているＩｎ1-u Ｇａu Ａｓ1-v Ｐv の混晶半
導体系である。この混晶半導体系は、引張り歪みおよび
量子閉じ込め効果（ quantum confinement effects）を
考慮すると、レーザの最適化に対して正しいオーダーの
バンドギャップを持っている。
【００４２】また、組成比ｕ，ｖの好ましい値は、ＭＱ
Ｂ構造および引張り歪みを考慮すると、０＜ｕ＜０．４
５，０．６＞ｖ＞１の範囲内にあることが見出だされ
た。Ｉｎ1-u Ｇａu Ａｓ1-v Ｐv の組成比ｕ，ｖを上記
範囲に設定したところ、０．０４〜０．１０程度の小さ
い有効質量を有するウエル層が得られた。また、この範
囲の有効質量は、図３からＭＱＢ効果の増大が見られる
範囲のものであることが分かる。また、障壁層ｂである
Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの組成比X は０．７
〜１．０の範囲であることが望ましい。
Ｂ構造および引張り歪みを考慮すると、０＜ｕ＜０．４
５，０．６＞ｖ＞１の範囲内にあることが見出だされ
た。Ｉｎ1-u Ｇａu Ａｓ1-v Ｐv の組成比ｕ，ｖを上記
範囲に設定したところ、０．０４〜０．１０程度の小さ
い有効質量を有するウエル層が得られた。また、この範
囲の有効質量は、図３からＭＱＢ効果の増大が見られる
範囲のものであることが分かる。また、障壁層ｂである
Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの組成比X は０．７
〜１．０の範囲であることが望ましい。
【００４３】かくして本実施例によれば、井戸層ｗ（Ｉ
ｎ1-u Ｇａu Ａｓ1-v Ｐv ）と障壁層ｂ（Ｉｎ0.5 （Ｇ
ａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐ）とで異なる半導体材料を用いる
ことにより、井戸層ｗの有効質量ｍw * を従来より小さ
くでき、この結果、反射係数が大きくなって電子のオー
バーフローを抑制できると共に、井戸層ｗに引張り歪み
を導入することによりバンドキャップの低下を防止で
き、もって、短波長になっても、しきい値電流密度や、
最大動作温度等の特性劣化を招かない実用的な半導体レ
ーザ装置が得られるようになる。
ｎ1-u Ｇａu Ａｓ1-v Ｐv ）と障壁層ｂ（Ｉｎ0.5 （Ｇ
ａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐ）とで異なる半導体材料を用いる
ことにより、井戸層ｗの有効質量ｍw * を従来より小さ
くでき、この結果、反射係数が大きくなって電子のオー
バーフローを抑制できると共に、井戸層ｗに引張り歪み
を導入することによりバンドキャップの低下を防止で
き、もって、短波長になっても、しきい値電流密度や、
最大動作温度等の特性劣化を招かない実用的な半導体レ
ーザ装置が得られるようになる。
【００４４】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、井戸層，障
壁層の材料として、それぞれＩｎＧａＡｌＰの混晶半導
体，ＩｎＧａＡｓＰの混晶半導体の場合について説明し
たが、他の材料、例えば、それぞれＡｌＧａＡｓの混晶
半導体，ＩｎＧａＡｓＰの混晶半導体であっても同様な
効果が得られる。
るものではない。例えば、上記実施例では、井戸層，障
壁層の材料として、それぞれＩｎＧａＡｌＰの混晶半導
体，ＩｎＧａＡｓＰの混晶半導体の場合について説明し
たが、他の材料、例えば、それぞれＡｌＧａＡｓの混晶
半導体，ＩｎＧａＡｓＰの混晶半導体であっても同様な
効果が得られる。
【００４５】また、井戸層の半導体材料と障壁層の半導
体材料とを適宜選ぶことにより、井戸層の電子の有効質
量を小さくする代わりに、障壁層の電子の有効質量を大
きくすることにより、有効質量のオフセットを大きくし
ても同様な効果が得られる。更に、ｎ型クラッド層にも
ｐ型クラッド層と同様なＭＱＢ構造を導入しても良い。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施できる。
体材料とを適宜選ぶことにより、井戸層の電子の有効質
量を小さくする代わりに、障壁層の電子の有効質量を大
きくすることにより、有効質量のオフセットを大きくし
ても同様な効果が得られる。更に、ｎ型クラッド層にも
ｐ型クラッド層と同様なＭＱＢ構造を導入しても良い。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施できる。
【００４６】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、し
きい値電流密度や最大動作温度等のレ−ザ特性が改善さ
れ、短波長発振を行なえる実用的な半導体レ−ザ装置を
得ることができる。
きい値電流密度や最大動作温度等のレ−ザ特性が改善さ
れ、短波長発振を行なえる実用的な半導体レ−ザ装置を
得ることができる。
【図１】本発明の一実施例に係る半導体レ−ザ装置の要
部構成を示す素子断面図。
部構成を示す素子断面図。
【図２】図１の半導体レ−ザ装置のＭＱＢ構造を示す
図。
図。
【図３】障壁層の有効質量を固定した場合の井戸層の有
効質量とＭＱＢ効果との関係を示す図。
効質量とＭＱＢ効果との関係を示す図。
【図４】有効質量のオフセットの大小によってＭＱＢ効
果がどうのように変わるかを示す図。
果がどうのように変わるかを示す図。
１…ＧａＡｓ基板 ２…ｎ型クラッド層 ３ａ，３ｂ…アンドープ光ガイド層 ４…活性層 ５…ＭＱＢ構造 ６…ｐ型クラッド層 ７…ｐ型キャッピング層 ８…ｎ型電流ブロック層 ９…ｐ型コンタクト層 １０…ｐ側電極 １１…ｎ側電極 ｂ…障壁層 ｗ…井戸層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−268329（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−218994（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−82286（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−74891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−208295（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−7587（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−3367（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−7051（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (1)
- 【請求項１】半導体からなる活性層と、 井戸層の材料と障壁層のそれとが異なり、且つ前記障壁
層の電子の有効質量が前記井戸層のそれより大きい多重
量子障壁構造を有するｐ型クラッド層と、 このｐ型クラッド層とともに前記活性層を挟持するｎ型
クラッド層とを有し、 前記井戸層は引張り歪みを有する ことを特徴とする半導
体レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33312492A JP3219871B2 (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | 半導体レ−ザ装置 |
| US08/165,909 US5406574A (en) | 1991-10-23 | 1993-12-14 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33312492A JP3219871B2 (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06181360A JPH06181360A (ja) | 1994-06-28 |
| JP3219871B2 true JP3219871B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=18262564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33312492A Expired - Fee Related JP3219871B2 (ja) | 1991-10-23 | 1992-12-14 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3219871B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6185237B1 (en) | 1996-06-24 | 2001-02-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser |
| JPH1079554A (ja) * | 1996-09-04 | 1998-03-24 | Mitsubishi Electric Corp | 光半導体装置 |
-
1992
- 1992-12-14 JP JP33312492A patent/JP3219871B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06181360A (ja) | 1994-06-28 |
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