JP3223969B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JP3223969B2 JP3223969B2 JP33780798A JP33780798A JP3223969B2 JP 3223969 B2 JP3223969 B2 JP 3223969B2 JP 33780798 A JP33780798 A JP 33780798A JP 33780798 A JP33780798 A JP 33780798A JP 3223969 B2 JP3223969 B2 JP 3223969B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor laser
- layers
- semiconductor
- band
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
る長波長帯の端面発光半導体レーザおよび面発光半導体
レーザに関する。
基板上のInGaAsP、InAlGaAsやInAs
Pといった材料においてレーザ化が実現されている。し
かし、GaAs基板上にこの長波長帯で発光する材料が
あれば、電子の閉じ込め層としてGaAs基板にほぼ格
子整合するAlGaAsやAlGaInP等の材料系を
用いることが出来るため、レーザの高温動作時に問題と
なる電子のキャリア漏れを大幅に抑制することが可能と
なる。また、GaAs基板上に長波長帯で発光する材料
を用いれば、GaAs/AlAs系の半導体多層膜ミラ
ーと組み合わせることにより、長波面発光レーザを実現
することが可能となる。
ては、GaInNAsを用いた構造(「アイ・イー・イ
ー・イー、レーザ・アンド・エレクトロオプティクス・
ソサイティ・1997・アニュアル・ミーティング」第
32巻第24号(1996年)第2244−2245ペ
ージ)や、GaAsSbを用いた構造(特願平10−1
73368)が近藤らによって報告されている。
Asバイレーヤ量子井戸構造を報告している(「アプラ
イド・フィジクス・レター」第67巻第18号(199
5年)2639−2641ページ)。同報告に開示され
ているところによれば、バイレイヤー構造は、層厚約3
0〜70Åの厚みのInGaAs及びGaAsSbを一
周期積層した構造を採用しており、この構造により、電
子と正孔が空間的に分離したいわゆるタイプII型超格子
を構成し、長波長化を達成している。
によって報告された半導体レーザでは、量子井戸発光層
がGaInNAsで構成されており、1.3μm以上の
波長で発光させるには大きな窒素組成が必要である。し
かしながら、窒素は、Inの存在下で結晶構造をとりに
くく、高品質なGaInNAsエピタキシャル成長層を
形成することは困難であるといった欠点がある。またG
aAsSb層を量子井戸層に用いた場合にも1.35μ
m程度が上限である。さらにGaAsSbの場合、伝導
帯バンド不連続値が大きく取れない等の問題がある。こ
れらの構造では、量子井戸を構成する材料(GaInN
AsやGaAsSb)の混晶組成を決めると、そのバン
ドギャップと同時にバンド不連続値も決まってしまい、
レーザ構造設計に自由度が小さいといった欠点も挙げら
れる。
では、レーザ構造設計の自由度は大きいといった利点が
挙げられる反面、それぞれの半導体層の厚みが、約30
〜70Åと厚いため、電子、正孔がそれぞれの層に局在
化しており、再結合がしにくく、その結果、発光効率が
非常に悪いという欠点を有する。
上の波長1.2μm以上の長波長帯で発振可能で、かつ
バンド不連続値も自由に制御可能な半導体レーザを提供
することに目的とする。
に、第1の導電性を有する第1の光導波層と、第1の導
電性とは異なる導電性を有する第2の光導波層と、前記
2つの光導波層にはさまれた活性層領域を有する半導体
レーザにおいて、前記活性層領域の少なくとも一部に量
子井戸層と障壁層から構成される量子井戸構造を含み、
かつ、この量子井戸層が、2つ以上の異なる半導体層を
積層した構造を有し、この2つ以上の異なる半導体層
が、そのバンド構造において、タイプII型超格子構造を
構成し、さらに2つ以上の異なる半導体層の層厚が、そ
れぞれ1〜10分子層厚であることを特徴とする半導体
レーザに関する。また本発明は、上記半導体レーザにお
いて、前記量子井戸層を構成する2つ以上の異なる半導
体層が、周期的に積層されている短周期超格子層であっ
て、この短周期超格子層の層厚が50〜150Åである
ことを特徴とする。
り、かつ該2つ以上の異なる半導体層の、伝導帯最下端
を形成する層がInGaAs層であり、価電子帯最上端
を形成する層がGaAsSb層であることを特徴とする
半導体レーザや半導体基板がGaAsであり、かつ該2
つ以上の異なる半導体層の、伝導帯最下端を形成する層
がGaAsN層であり、価電子帯最上端を形成する層が
GaAsSb層であることに特徴がある。
を構成する材料として、GaInNAsを用いていない
ので、比較的容易に高品質の結晶を形成することができ
る。また、本発明においては活性層が、タイプII型超格
子構造を形成しているために、レーザ構造の設計自由度
が高く、バンド不連続値も自由にとれる。
孔が別々の層に局在化しているために発光効率が悪いと
いった欠点があったが、本発明では、層厚が1〜10分
子層厚と非常に薄く、正孔及び電子が、各層をトンネル
し、重なりが大きくなるために発光効率があがる。
ながらさらに詳しく説明する。活性層は、量子井戸層2
1と障壁層121より構成されており、更に量子井戸層
21は電子ウェル層124と正孔ウェル層122の短周
期交互積層構造より構成された短周期超格子層を形成す
る。電子ウェル層124の伝導帯下端エネルギーは正孔
ウェル層122の伝導帯下端エネルギーより小さいの
で、電流注入された電子は電子ウェル層124にたま
る。
エネルギーは正孔ウェル層122の価電子帯上端エネル
ギーより小さいので、電流注入された正孔は正孔ウェル
層122にたまる。このように電流注入された電子と正
孔は、空間的に分離された電子ウェル層124と正孔ウ
ェル層122にそれぞれたまるいわゆるタイプII型超格
子構造を形成する。
量子準位22、正孔量子準位23間の遷移エネルギー2
4となる。このため発光エネルギーを制御するのに電子
ウェル層124や正孔ウェル層122の組成や層厚を変
えることで自由に制御することができる。また本発明の
構造では電子ウェル層124と正孔ウェル層122が、
1〜10分子層厚程度のデバイ波長程度以下の層厚で構
成されているため、タイプII型超格子構造で問題となる
発光効率の低下を抑制することができる。更に本発明の
構造では、電子は電子ウェル層124に、正孔は正孔ウ
ェル層122に存在するため、電子、正孔それぞれのキ
ャリア閉じ込めを決めるバンド不連続量デルタEc2
5、デルタEv26はそれぞれの層の組成や層厚を変え
ることで自由に制御することができる。
を参照にして詳細に説明する。図1は、本発明の請求項
1に記載の半導体レーザの断面構造図である。この半導
体レーザはリッジ導波路型のレーザであり、半導体基板
20上にn型光導波層11が形成され、このn型光導波
層上に活性層領域12が積層され、その上にp型光導波
層13が積層されている。更に高濃度p型ドープコンタ
クト層14がp型光導波層13上に積層されている。電
流狭窄を実現するために、本半導体レーザは2つのトレ
ンチ構造19を有し、これら2つのトレンチ19に挟ま
れたリッジ部以外には電流が流れないようにするために
絶縁体膜15が形成されている。最後に、p型のコンタ
クト金属膜16とn型コンタクト金属膜17が形成され
ている。この2つの金属膜間に電圧10をかけるとリッ
ジ部18にのみ電流が流れ、活性層領域12のA領域に
おいて発光する。生じた光は、上下の光導波層によりリ
ッジストライプ方向に導波する。ストライプの終端は劈
開面になっており、光の一部は反射し全体として光共振
器を形成する。このようにして、しきい値電流密度以上
でレーザ発振が得られる。
12の構成であり、以下詳細な構造図を用いて具体的に
説明する。図1(b)は、活性層領域12の詳細な層構
造を示したものである。下部光導波層120、障壁層1
21及び量子井戸層21が交互に積層された多重量子井
戸構造(図では3周期)、その上に上部光導波層123
が積層され、これら全体で活性層領域12を形成してい
る。量子井戸層21は更に電子ウェル層124と正孔ウ
ェル層122の短周期交互積層構造より構成されてい
る。作用の項でも説明したようにこの電子ウェル層12
4と正孔ウェル層122のバンド構造は、いわゆるタイ
プII型超格子構造を形成しており、さらにそれぞれの厚
みは、1〜10分子層厚であることが必要である。ま
た、2つ以上の半導体層とは、応力緩和の目的で、短周
期交互積層構造を形成する電子ウェル層と正孔ウェル層
の他に、これらの層とは異なる半導体層を1〜2分子層
厚程度の厚みで、挿入することが可能であることを意味
する。
層および上部光導波層120、123が設けられてお
り、これらの層は活性層領域での光閉じ込めをよくする
ためのものである。
体基板として、GaAs基板、電子ウェル層として、I
nGaAsまたはGaAsN、正孔ウェル層として、G
aAsSbが好適な例として挙げられる。また、上記の
材料を用いた場合に、正孔ウェル層と電子ウェル層の層
間に1〜2分子のGaAs層を挿入してもよい。
図3を参照しながら説明する。それぞれの層の成長方法
はガスソース分子線エピタキシー法を用いた。
×1018cm-3)GaAs基板30上にSiドープ(1
×1018cm-3)GaAsバッファ層31、1.5μm
層厚のSiドープ(1×1018cm-3)Al0.4Ga0.6
As層32を積層しn型光導波層11を形成する。
0.8As層33、障壁層121は10nmのアンドープ
GaAs層34とした。
0.7Sb0.3正孔ウェル層351と5分子層の歪In0.3
Ga0.7As電子ウェル層352を3周期積層した構造
になっている。この量子井戸層35と障壁層34を3周
期積層し、その上に40nmのアンドープAl0.2Ga
0.8As層36を積層して活性層領域12を形成する。
1018cm-3)Al0.4Ga0.6As層37を積層しp型
光導波層13を形成する。最後にp型コンタクト層とし
て50nm厚のBeドープ(5×1018cm-3)GaA
sコンタクト層38を積層する。 リッジストライプレ
ーザ化には、先ずリソグラフィーと化学エッチングによ
りリッジストライプの両側にトレンチ構造19を形成す
る。リッジストライプの上面以外の領域に200nm厚
のSiO2絶縁体膜15を形成し電流がリッジストライ
プ部だけに注入できるようにする。その後、Ti/Au
のp型のコンタクト金属膜16とTi/Auのn型コン
タクト金属膜17を形成し合金化する。
Sb0.3正孔ウェル層351と歪In 0.3Ga0.7As電
子ウェル層352はタイプII型超格子のバンド構造を形
成し、電子は電子ウェル層352に、正孔は正孔ウェル
層351に存在し易い。このため電子と正孔の障壁層と
のバンド不連続値は大きくとれ、発光波長の長波化が可
能であると同時に、キャリア漏れを抑制することができ
る。
め電子と正孔の波動関数の重なりは大きく、発光効率は
高くなっている。この半導体レーザの室温における発振
波長は1.30μm、しきい値電流密度は、0.9kA
/cm2である。また室温から85℃までの特性温度は
約90Kが得られる。
の半導体レーザの層構造図である。活性層領域12以外
の部分は実施例1と同じである。活性層領域12は、4
0nmのアンドープAl0.2Ga0.8As層40、続いて
障壁層41、量子井戸層42を3周期交互に積層し、さ
らに40nmのアンドープAl0.2Ga0.8As層43を
積層して構成される。障壁層41は10nmのアンドー
プGaAs層41とした。
0.7Sb0.3正孔ウェル層421と5分子層の歪GaAs
0.98N0.02電子ウェル層422を3周期積層した構造に
なっている。この歪GaAsN層はGaAs基板に対し
て引張性の応力が働いており、圧縮性の応力の働くGa
AsSbとは、応力方向が逆向きである。このため、こ
の積層構造では応力の一部が相殺するため、構造的に安
定となりレーザの信頼性の点で有利となる。
バンドのボーイングにより伝導帯下端がGaAsSbの
それに比べて低くなり、電子に対するウェル層となる。
それぞれの層厚が5分子層と薄いため電子と正孔の波動
関数の重なりは大きく、発光効率は高くなる点は実施例
1と同じである。
は1.28μm、しきい値電流密度は、1.0kA/c
m2である。また室温から85℃までの特性温度は約8
0Kが得られる。
ストライプ半導体レーザにより説明してきたが、他のレ
ーザ構造例えば埋め込み型半導体レーザであっても構わ
ない。
/AlAsの半導体多層膜反射鏡で構成される面発光型
のレーザにも適用することができる。これによると、
1.2μm以上の長波長面発光レーザを実現することが
できる。
シー法以外の方法、例えば有機金属気相成長法等の気相
成長法であっても構わない。さらに活性層領域の光閉じ
込め構造に、AlGaAsの組成を変化させたGRIN
−SCH構造であっても構わない。
体レーザによりGaAs基板上に1.2μm以上で発振
する、高温においてもしきい値電流の小さな高効率なレ
ーザ特性を実現できる。その理由は、Sbを含む層を正
孔ウェル層とし、InGaAsやGaAsN層を電子ウ
ェル層とすることにより、発光波長やバンド不連続値を
自由に制御することが可能となり、レーザ特性の高性能
化に適したバンド構造を実現できるためである。
構造図である。
ある。
る。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上に、第1の導電性を有する
第1の光導波層と、第1の導電性とは異なる導電性を有
する第2の光導波層と、前記2つの光導波層にはさまれ
た活性層領域を有する半導体レーザにおいて、前記活性
層領域の少なくとも一部に量子井戸層と障壁層から構成
される量子井戸構造を含み、かつ、この量子井戸層が、
2つ以上の異なる半導体層を積層した構造を有し、この
2つ以上の異なる半導体層が、そのバンド構造におい
て、タイプII型超格子構造を構成し、さらに2つ以上の
異なる半導体層の層厚が、それぞれ1〜10分子層厚で
あることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項2】 前記量子井戸層を構成する2つ以上の異
なる半導体層が、周期的に積層されている短周期超格子
層であることを特徴とする請求項1記載の半導体レー
ザ。 - 【請求項3】 前記短周期超格子層の層厚が、50〜1
50Åであることを特徴とする請求項2記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項4】 前記半導体基板が、GaAs基板である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導
体レーザ。 - 【請求項5】 前記2つ以上の異なる半導体層のバンド
構造において、伝導帯最下端を形成する層がInGaA
s層であり、かつ価電子帯最上端を形成する層が、Ga
AsSb層であることを特徴とする請求項4記載の半導
体レーザ。 - 【請求項6】 前記2つ以上の異なる半導体層のバンド
構造において、伝導帯最下端を形成する層がGaAsN
層であり、かつ価電子帯最上端を形成する層が、GaA
sSb層であることを特徴とする請求項4記載の半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33780798A JP3223969B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33780798A JP3223969B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000164990A JP2000164990A (ja) | 2000-06-16 |
JP3223969B2 true JP3223969B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=18312162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33780798A Expired - Fee Related JP3223969B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3223969B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003142783A (ja) | 2001-11-08 | 2003-05-16 | Hitachi Ltd | 半導体レーザおよびそれを用いた光モジュール |
JP4664725B2 (ja) * | 2005-04-20 | 2011-04-06 | 日本オプネクスト株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
1998
- 1998-11-27 JP JP33780798A patent/JP3223969B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Electron.Lett.Vol.34 No.22(1998)p.2127−2129 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000164990A (ja) | 2000-06-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4594814B2 (ja) | フォトニック結晶レーザ、フォトニック結晶レーザの製造方法、面発光レーザアレイ、光伝送システム、及び書き込みシステム | |
JP3189791B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JPH05283791A (ja) | 面発光型半導体レーザ | |
JPH0143472B2 (ja) | ||
JPH04218994A (ja) | 半導体発光装置 | |
JP2004253802A (ja) | 改善された温度特性を有するGaAsSb/GaAs素子 | |
JP2940644B2 (ja) | 面形発光素子 | |
JP2007311632A (ja) | 面発光レーザ素子 | |
JP3223969B2 (ja) | 半導体レーザ | |
US20070127533A1 (en) | Long-wavelength vertical cavity surface emitting lasers having oxide aperture and method for manufacturing the same | |
JP2011134967A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP3938976B2 (ja) | 半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
JPH04350988A (ja) | 量子井戸構造発光素子 | |
JP2901921B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2679974B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2748570B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2004296845A (ja) | 量子井戸構造および半導体発光素子および光送信モジュールおよび光伝送システム | |
JP2006253340A (ja) | 面発光レーザ素子およびその製造方法および面発光レーザアレイおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム | |
JP2555984B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
JP3044604B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JPH0278290A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2529854B2 (ja) | 赤外半導体レ−ザ | |
JPH1187835A (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
JPH0728093B2 (ja) | 半導体レ−ザ素子 | |
JPH05136528A (ja) | 半導体レーザ素子及びその駆動方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070824 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080824 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080824 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090824 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090824 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100824 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130824 Year of fee payment: 12 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |