JP3239996B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
に関し、更に詳細には、光変換効率の高い半導体レーザ
素子に関するものである。
に関し、更に詳細には、光変換効率の高い半導体レーザ
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子では、活性層に歪多重
量子井戸構造を用いることにより、半導体レーザの動作
高速性及び変調特性が飛躍的に向上した。歪多重量子井
戸構造とは、井戸層の格子定数をずらして応力を加えた
井戸構造であって、微分利得が増大して動作の高速化が
可能になり、また変調帯域が広くなる。
量子井戸構造を用いることにより、半導体レーザの動作
高速性及び変調特性が飛躍的に向上した。歪多重量子井
戸構造とは、井戸層の格子定数をずらして応力を加えた
井戸構造であって、微分利得が増大して動作の高速化が
可能になり、また変調帯域が広くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、歪多重量子井
戸を用いた従来の半導体レーザ素子には、高温動作時や
大電流注入時には活性層に注入されたキャリア、特に有
効質量の軽い電子の一部が、図５に示すように、活性層
からあふれ出し、反対側の電極に流れていくという問題
があった。その結果、注入したキャリアの光への変換効
率が悪化し、光出力が飽和するという不具合があった。
戸を用いた従来の半導体レーザ素子には、高温動作時や
大電流注入時には活性層に注入されたキャリア、特に有
効質量の軽い電子の一部が、図５に示すように、活性層
からあふれ出し、反対側の電極に流れていくという問題
があった。その結果、注入したキャリアの光への変換効
率が悪化し、光出力が飽和するという不具合があった。
【０００４】そこで、本発明の目的は、注入したキャリ
アの光への変換効率が高く、光出力が飽和しない半導体
レーザ素子を提供することである。
アの光への変換効率が高く、光出力が飽和しない半導体
レーザ素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体レーザ素子は、歪多重量子井戸
構造を活性層に有する半導体レーザ素子において、ｐ−
クラッド層が、活性層との間にｐ−クラッド層の一部と
して量子井戸層を有し、量子井戸層の第一量子準位の電
子とホールのエネルギー差が、活性層のバリア層のバン
ドギャップ・エネルギー以上で有ることを特徴としてい
る。本発明では、ｐ−クラッド層に設けられた量子井戸
層が、キャリア・リサイクル層として機能するので、一
度はｐ−クラッド層にあふれ出した電子をレーザ発振に
寄与させることができ、これにより光変換効率が高くな
る。
に、本発明に係る半導体レーザ素子は、歪多重量子井戸
構造を活性層に有する半導体レーザ素子において、ｐ−
クラッド層が、活性層との間にｐ−クラッド層の一部と
して量子井戸層を有し、量子井戸層の第一量子準位の電
子とホールのエネルギー差が、活性層のバリア層のバン
ドギャップ・エネルギー以上で有ることを特徴としてい
る。本発明では、ｐ−クラッド層に設けられた量子井戸
層が、キャリア・リサイクル層として機能するので、一
度はｐ−クラッド層にあふれ出した電子をレーザ発振に
寄与させることができ、これにより光変換効率が高くな
る。
【０００６】本発明の好適な実施態様では、更に、更
に、ｎ−クラッド層が、活性層との間にｎ−クラッド層
の一部として量子井戸層を有し、量子井戸層の第一量子
準位の電子とホールのエネルギー差が、活性層のバリア
層のバンドギャップ・エネルギー以上である。これによ
り、ｎ−クラッド層の一部に量子井戸層が、キャリア・
リサイクル層として機能し、導波横モードがｐ側に偏る
ためロスの増大を防止するので、結果として高い光出力
が得られる。
に、ｎ−クラッド層が、活性層との間にｎ−クラッド層
の一部として量子井戸層を有し、量子井戸層の第一量子
準位の電子とホールのエネルギー差が、活性層のバリア
層のバンドギャップ・エネルギー以上である。これによ
り、ｎ−クラッド層の一部に量子井戸層が、キャリア・
リサイクル層として機能し、導波横モードがｐ側に偏る
ためロスの増大を防止するので、結果として高い光出力
が得られる。
【０００７】本発明の好適な実施態様では、量子井戸層
と活性層との距離が２０ｎｍ以上である。これにより、
電子がトンネル効果で量子井戸層に注入されるようなこ
とが生じない。本発明は、半導体積層構造を構成する元
素の種類に制約なく適用できるが、ＩｎＰ系の半導体積
層構造の半導体レーザ素子に好適に適用できる。また、
１．３μm 帯の発光素子として使用される半導体レーザ
素子、及び、１．４８μm 帯の高出力発光素子に好適に
使用される。
と活性層との距離が２０ｎｍ以上である。これにより、
電子がトンネル効果で量子井戸層に注入されるようなこ
とが生じない。本発明は、半導体積層構造を構成する元
素の種類に制約なく適用できるが、ＩｎＰ系の半導体積
層構造の半導体レーザ素子に好適に適用できる。また、
１．３μm 帯の発光素子として使用される半導体レーザ
素子、及び、１．４８μm 帯の高出力発光素子に好適に
使用される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明
する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の実施
形態の一例であって、図１は本実施形態例の半導体レー
ザの構成を示す斜視図である。本実施形態例の半導体レ
ーザ素子１００は、図１に示すように、第一導電型半導
体基板１０１上に、第一導電型クラッド層１０２、歪多
重量子井戸からなる活性層１０３、第二伝導型クラッド
層１０４からなる導波路層を有する。また、本半導体レ
ーザ素子では、該導波路以外の部分が第二導電型ブロッ
ク層１０５、第一導電型ブロック層１０６で埋め込ま
れ、更に全体が第二導電型クラッド層１０７、第二伝導
型キャップ層１０８で埋め込まれ、両側に電極１０９、
１１０を備える。
例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明
する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の実施
形態の一例であって、図１は本実施形態例の半導体レー
ザの構成を示す斜視図である。本実施形態例の半導体レ
ーザ素子１００は、図１に示すように、第一導電型半導
体基板１０１上に、第一導電型クラッド層１０２、歪多
重量子井戸からなる活性層１０３、第二伝導型クラッド
層１０４からなる導波路層を有する。また、本半導体レ
ーザ素子では、該導波路以外の部分が第二導電型ブロッ
ク層１０５、第一導電型ブロック層１０６で埋め込ま
れ、更に全体が第二導電型クラッド層１０７、第二伝導
型キャップ層１０８で埋め込まれ、両側に電極１０９、
１１０を備える。
【０００９】本実施形態例の半導体レーザ素子は、前記
第二伝導型クラッド層１０４の一部にキャリアリサイク
ル層として量子井戸層５を有しその第一量子準位の電子
とホールのエネルギー差が、活性層のバリア層のバンド
ギャップ・エネルギー以上である構成になっている。
第二伝導型クラッド層１０４の一部にキャリアリサイク
ル層として量子井戸層５を有しその第一量子準位の電子
とホールのエネルギー差が、活性層のバリア層のバンド
ギャップ・エネルギー以上である構成になっている。
【００１０】以下に、図３を参照して、本実施形態例の
半導体レーザ素子１００の作製方法を説明する。図３
（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、半導体レーザ素子１００
を作製する際の工程毎の基板断面を示す断面図である。
先ず、図３（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１０１
上に、一対のＳｉＯ2ストライプマスク２１を形成す
る。このときＳｉＯ2 マスクの幅は５μm 程度一対のＳ
ｉＯ2 マスクの間の開口部の幅は１．４μm 程度であ
る。次に、有機金属気相成長法により、図３（ｂ）に示
すように、厚さ１５０ｎｍのｎ−ＩｎＰクラッド層（濃
度１×１０18cm-3）１０２、及び多重量子井戸からなる
活性層１０３、内部にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層５
を備える、厚さ１５０ｎｍのｐ−ＩｎＰクラッド層（濃
度７×１０17cm-3）１０４を成長する。
半導体レーザ素子１００の作製方法を説明する。図３
（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、半導体レーザ素子１００
を作製する際の工程毎の基板断面を示す断面図である。
先ず、図３（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１０１
上に、一対のＳｉＯ2ストライプマスク２１を形成す
る。このときＳｉＯ2 マスクの幅は５μm 程度一対のＳ
ｉＯ2 マスクの間の開口部の幅は１．４μm 程度であ
る。次に、有機金属気相成長法により、図３（ｂ）に示
すように、厚さ１５０ｎｍのｎ−ＩｎＰクラッド層（濃
度１×１０18cm-3）１０２、及び多重量子井戸からなる
活性層１０３、内部にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層５
を備える、厚さ１５０ｎｍのｐ−ＩｎＰクラッド層（濃
度７×１０17cm-3）１０４を成長する。
【００１１】活性層は、図２に示す様に、厚さ３２ｎｍ
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層（波長組成１．０５μ
m 、濃度１×１０18cm-3）１、厚さ１０ｎｍのｕｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ・バリア層（波長組成１．１３μm ）２、
厚さ４２ｎｍのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ・歪量子井戸層
（波長組成１．２７μm 、歪量０．７５％）３、厚さ３
２ｎｍのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層（波長組成
１．０５μm ）４からなり歪量子井戸層の層数は、７と
する。この様な多重量子井戸構造を取ることにより、波
長１．３μm でレーザ発振する。
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層（波長組成１．０５μ
m 、濃度１×１０18cm-3）１、厚さ１０ｎｍのｕｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ・バリア層（波長組成１．１３μm ）２、
厚さ４２ｎｍのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ・歪量子井戸層
（波長組成１．２７μm 、歪量０．７５％）３、厚さ３
２ｎｍのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層（波長組成
１．０５μm ）４からなり歪量子井戸層の層数は、７と
する。この様な多重量子井戸構造を取ることにより、波
長１．３μm でレーザ発振する。
【００１２】また、ｐ−ＩｎＰクラッド層内部にあるｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層５は、波長組成１．２μm
、厚さ５ｎｍとし、電子がトンネル効果によって量子
井戸層５に注入されないように量子井戸層５とｕｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層４との距離は２０ｎｍとする。
この量子井戸層５に出来る電子とホールの第一量子準位
間のエネルギー差は、波長換算で約１．１１８μm であ
る。
−ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層５は、波長組成１．２μm
、厚さ５ｎｍとし、電子がトンネル効果によって量子
井戸層５に注入されないように量子井戸層５とｕｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層４との距離は２０ｎｍとする。
この量子井戸層５に出来る電子とホールの第一量子準位
間のエネルギー差は、波長換算で約１．１１８μm であ
る。
【００１３】次に、活性層を含む導波路層の直上にのみ
ＳｉＯ2 マスク２１を形成したあと、図３（ｃ）に示す
ように、有機金属気相成長法により、厚さ６００ｎｍの
ｐ−ＩｎＰブロック層（濃度７×１０17cm-3）、厚さ６
００ｎｍのｎ−ＩｎＰブロック層（濃度１×１０18c
m-3）を形成する。
ＳｉＯ2 マスク２１を形成したあと、図３（ｃ）に示す
ように、有機金属気相成長法により、厚さ６００ｎｍの
ｐ−ＩｎＰブロック層（濃度７×１０17cm-3）、厚さ６
００ｎｍのｎ−ＩｎＰブロック層（濃度１×１０18c
m-3）を形成する。
【００１４】ＳｉＯ2 マスク２１を除去し、図３（ｄ）
に示すように、全体を厚さ２μm のｐ−ＩｎＰクラッド
層ｐ−ＩｎＰブロック層（濃度１×１０18cm-3）、厚さ
０．２μm のｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層（濃度５×１
０18cm-3）で埋め込み、ｎ側及びｐ側に電極１０９、１
１０を形成する。
に示すように、全体を厚さ２μm のｐ−ＩｎＰクラッド
層ｐ−ＩｎＰブロック層（濃度１×１０18cm-3）、厚さ
０．２μm のｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層（濃度５×１
０18cm-3）で埋め込み、ｎ側及びｐ側に電極１０９、１
１０を形成する。
【００１５】共振器長３００μm に劈開し、ＳｉＯ2 の
端面保護膜（反射率３０％）、ＳｉＯ2 とα−Ｓｉの多
層膜からなる高反射膜（反射率７５％）を両端面に形成
して半導体レーザとする。
端面保護膜（反射率３０％）、ＳｉＯ2 とα−Ｓｉの多
層膜からなる高反射膜（反射率７５％）を両端面に形成
して半導体レーザとする。
【００１６】次に、本半導体レーザ素子１００の動作を
説明する。活性層に多重量子井戸を有する半導体レーザ
の動作温度を高くしたり、キャリアの注入密度を上げて
いくと、図２に示すように、有効質量の軽いキャリア
（電子）の一部は、ｐ−クラッド層とのエネルギー障壁
を越えてｐ−クラッド層へとオーバーフローする。しか
しながら、その電子は、ｐ−クラッド層に備えられたキ
ャリアリサイクル用の量子井戸層５に捕獲される。この
とき、この量子井戸層はｐ−ドーピングされているた
め、あふれてきた電子を確実に捕獲することができる。
捕獲された電子は、量子井戸内のホールと発光再結合
し、電子の第一量子準位とホールの第一量子準位のエネ
ルギー差に相当するエネルギーを有する光子を放出する
（図２でλ２と表示）。
説明する。活性層に多重量子井戸を有する半導体レーザ
の動作温度を高くしたり、キャリアの注入密度を上げて
いくと、図２に示すように、有効質量の軽いキャリア
（電子）の一部は、ｐ−クラッド層とのエネルギー障壁
を越えてｐ−クラッド層へとオーバーフローする。しか
しながら、その電子は、ｐ−クラッド層に備えられたキ
ャリアリサイクル用の量子井戸層５に捕獲される。この
とき、この量子井戸層はｐ−ドーピングされているた
め、あふれてきた電子を確実に捕獲することができる。
捕獲された電子は、量子井戸内のホールと発光再結合
し、電子の第一量子準位とホールの第一量子準位のエネ
ルギー差に相当するエネルギーを有する光子を放出する
（図２でλ２と表示）。
【００１７】このｐ−クラッド層内にある量子井戸にお
ける電子とホールの第一量子準位間７、８のエネルギー
差を活性層を構成する多重量子井戸のバリア層のバンド
ギャップよりも大きくしておけば、放出された光子はバ
リア層で吸収され、バリア層に電子ホール・ペアを生み
出す。この電子ホール・ペアは、活性層を構成する量子
井戸に捕獲され発光再結合しレーザ光として放出される
（図２ではλ１と表示）。従って、一度はｐ−クラッド
層にあふれ出した電子をレーザ発振に寄与させることが
出来る。
ける電子とホールの第一量子準位間７、８のエネルギー
差を活性層を構成する多重量子井戸のバリア層のバンド
ギャップよりも大きくしておけば、放出された光子はバ
リア層で吸収され、バリア層に電子ホール・ペアを生み
出す。この電子ホール・ペアは、活性層を構成する量子
井戸に捕獲され発光再結合しレーザ光として放出される
（図２ではλ１と表示）。従って、一度はｐ−クラッド
層にあふれ出した電子をレーザ発振に寄与させることが
出来る。
【００１８】上述したように、一度は活性層をオーバー
フローしたキャリアを有効にレーザ発振に寄与させるこ
とが出来るため、高温動作時の光出力の飽和や、大電流
注入時の光出力の飽和を抑制できる。例えば本実施形態
例で述べた１．３μm 帯の半導体レーザ１００と同じ構
成の試料半導体レーザ素子を作製し、試験したところ、
８５℃の最大光出力が、ｐ−クラッド層にキャリアリサ
イクル層を挿入しない場合の４０ｍＷから５０ｍＷに向
上した。
フローしたキャリアを有効にレーザ発振に寄与させるこ
とが出来るため、高温動作時の光出力の飽和や、大電流
注入時の光出力の飽和を抑制できる。例えば本実施形態
例で述べた１．３μm 帯の半導体レーザ１００と同じ構
成の試料半導体レーザ素子を作製し、試験したところ、
８５℃の最大光出力が、ｐ−クラッド層にキャリアリサ
イクル層を挿入しない場合の４０ｍＷから５０ｍＷに向
上した。
【００１９】実施形態例２ 本実施形態例は、本発明に係る半導体レーザ素子の実施
形態の別の例であって、図４は実施形態例２の半導体レ
ーザ素子を説明するための多重量子井戸からなる活性層
近傍のバンドダイアグラムの模式図である。本実施形態
例の半導体レーザ素子は、活性層近傍を除いて、実施形
態例１の半導体レーザ素子の積層構造と同じ構成の積層
構造を有する半導体レーザ素子であって、実施形態例２
の特徴的なことは、ｎ側のクラッド層のなかにも量子井
戸層を備えていることである。ｎ側の量子井戸層は、オ
ーバーフローしたキャリアの再生と言うよりは寧ろ、レ
ーザの導波モードがｐ側に偏らないようにバランスを取
るために挿入してある。
形態の別の例であって、図４は実施形態例２の半導体レ
ーザ素子を説明するための多重量子井戸からなる活性層
近傍のバンドダイアグラムの模式図である。本実施形態
例の半導体レーザ素子は、活性層近傍を除いて、実施形
態例１の半導体レーザ素子の積層構造と同じ構成の積層
構造を有する半導体レーザ素子であって、実施形態例２
の特徴的なことは、ｎ側のクラッド層のなかにも量子井
戸層を備えていることである。ｎ側の量子井戸層は、オ
ーバーフローしたキャリアの再生と言うよりは寧ろ、レ
ーザの導波モードがｐ側に偏らないようにバランスを取
るために挿入してある。
【００２０】一般に、ＩｎＰ系の半導体レーザでは、波
長が長くなればなるほどｐ−ＩｎＰでのロスが増大す
る。そこで、光ファイバアンプの励起光源として用いら
れる１．４８μm 帯の高出力レーザなどはどの様にロス
を低減し、光出力の飽和を抑えるかが問題になる。実施
形態例１の様にｐ側にのみ屈折率の高い量子井戸層を挿
入すると、導波横モードがｐ側に偏るためロスの増大を
招き、結果として高い光出力が得られなくなる。この実
施形態例２では、ｎ側のクラッド層のなかにも量子井戸
層を備えているので、そのような不具合を防ぐメリット
がある。
長が長くなればなるほどｐ−ＩｎＰでのロスが増大す
る。そこで、光ファイバアンプの励起光源として用いら
れる１．４８μm 帯の高出力レーザなどはどの様にロス
を低減し、光出力の飽和を抑えるかが問題になる。実施
形態例１の様にｐ側にのみ屈折率の高い量子井戸層を挿
入すると、導波横モードがｐ側に偏るためロスの増大を
招き、結果として高い光出力が得られなくなる。この実
施形態例２では、ｎ側のクラッド層のなかにも量子井戸
層を備えているので、そのような不具合を防ぐメリット
がある。
【００２１】以下に、図３を参照して、１．４８μm 帯
の高出力半導体レーザ素子に適用したときの実施形態例
２の半導体レーザ素子の構成をを説明する。先ず、ｎ−
ＩｎＰクラッド層は、厚さ３７ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ・ＳＣＨ層（波長組成１．１３μm 、濃度１×１０18
cm-3）１、厚さ７ｎｍのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ・バリア
層（波長組成１．２μm ）２、厚さ４２ｎｍのｕｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ・歪量子井戸層（波長組成１．４７μm 、
歪量０．８５％）３、厚さ３２ｎｍのｕｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ・ＳＣＨ層（波長組成１．２μm ）４からなり、歪
量子井戸層の層数は４とする。
の高出力半導体レーザ素子に適用したときの実施形態例
２の半導体レーザ素子の構成をを説明する。先ず、ｎ−
ＩｎＰクラッド層は、厚さ３７ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ・ＳＣＨ層（波長組成１．１３μm 、濃度１×１０18
cm-3）１、厚さ７ｎｍのｕｎ−ＩｎＧａＡｓＰ・バリア
層（波長組成１．２μm ）２、厚さ４２ｎｍのｕｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ・歪量子井戸層（波長組成１．４７μm 、
歪量０．８５％）３、厚さ３２ｎｍのｕｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ・ＳＣＨ層（波長組成１．２μm ）４からなり、歪
量子井戸層の層数は４とする。
【００２２】また、ｎ及びｐ−ＩｎＰクラッド層内部に
あるＩｎＧａＡｓＰ量子井戸６、５は、それぞれ、波長
組成１．３μm 、圧縮歪量０．５％、厚さ３ｎｍとし、
ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸とＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層と
の距離は２０ｎｍとする。この量子井戸層に出来る電子
とホールの第一量子準位間のエネルギー差は、波長換算
で約１．１７μm である。
あるＩｎＧａＡｓＰ量子井戸６、５は、それぞれ、波長
組成１．３μm 、圧縮歪量０．５％、厚さ３ｎｍとし、
ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸とＩｎＧａＡｓＰ・ＳＣＨ層と
の距離は２０ｎｍとする。この量子井戸層に出来る電子
とホールの第一量子準位間のエネルギー差は、波長換算
で約１．１７μm である。
【００２３】製造方法は、実施形態例１の半導体レーザ
素子１００とほぼ同じである。但し、大電流注入に対応
するため活性層幅が、１．８μm になるようにＳｉＯ2
ストライプのマスク間の間隔を２μm とし、共振器長を
１２００μm 、前方端面には反射率６％のＳｉＯ2 から
なる低反射膜、後方端面には反射率９５％のＳｉＯ2と
α−Ｓｉの多層膜からなる高反射膜を施している。
素子１００とほぼ同じである。但し、大電流注入に対応
するため活性層幅が、１．８μm になるようにＳｉＯ2
ストライプのマスク間の間隔を２μm とし、共振器長を
１２００μm 、前方端面には反射率６％のＳｉＯ2 から
なる低反射膜、後方端面には反射率９５％のＳｉＯ2と
α−Ｓｉの多層膜からなる高反射膜を施している。
【００２４】ｎ側の量子井戸層６がある場合と無い場合
では、ｐ−クラッド層１０７にしみ出す光のフィールド
は２％程度異なる。ｐ−クラッド層１０７の濃度は、１
×１０18cm-3と高いために全体のロスに差が発生する。
また、本実施形態例の場合、キャリアリサイクル層に歪
量子井戸を用いているために、キャリアリサイクル層が
ｐ型ドーパントであるＺｎの活性層への拡散を抑える役
割もしている。
では、ｐ−クラッド層１０７にしみ出す光のフィールド
は２％程度異なる。ｐ−クラッド層１０７の濃度は、１
×１０18cm-3と高いために全体のロスに差が発生する。
また、本実施形態例の場合、キャリアリサイクル層に歪
量子井戸を用いているために、キャリアリサイクル層が
ｐ型ドーパントであるＺｎの活性層への拡散を抑える役
割もしている。
【００２５】また、実施形態例２の構成の半導体レーザ
素子を１．４８μm 帯の高出力半導体レーザに適用して
試料半導体レーザ素子を作製し、試験したところ、２５
℃で駆動電流６００ｍＡの時の光出力がキャリアリサイ
クル層を挿入しない場合の２００ｍＷから２２０ｍＷに
向上した。
素子を１．４８μm 帯の高出力半導体レーザに適用して
試料半導体レーザ素子を作製し、試験したところ、２５
℃で駆動電流６００ｍＡの時の光出力がキャリアリサイ
クル層を挿入しない場合の２００ｍＷから２２０ｍＷに
向上した。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、ｐ−クラッド層の一部
に量子井戸層を有し、量子井戸層の第一量子準位の電子
とホールのエネルギー差が、活性層のバリア層のバンド
ギャップ・エネルギー以上で有ることにより、ｐ−クラ
ッド層に設けられた量子井戸層が、キャリア・リサイク
ル層として機能するので、一度はｐ−クラッド層にあふ
れ出した電子をレーザ発振に寄与させることができ、こ
れにより光変換効率が高くなる。
に量子井戸層を有し、量子井戸層の第一量子準位の電子
とホールのエネルギー差が、活性層のバリア層のバンド
ギャップ・エネルギー以上で有ることにより、ｐ−クラ
ッド層に設けられた量子井戸層が、キャリア・リサイク
ル層として機能するので、一度はｐ−クラッド層にあふ
れ出した電子をレーザ発振に寄与させることができ、こ
れにより光変換効率が高くなる。
【図１】実施形態例１の半導体レーザの構成を示す斜視
図である。
図である。
【図２】実施形態例１の半導体レーザの活性層近傍のバ
ンドダイアグラムである。
ンドダイアグラムである。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施形態例
１の半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の基板断面
を示す断面図である。
１の半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の基板断面
を示す断面図である。
【図４】実施形態例２の半導体レーザの活性層近傍のバ
ンドダイアグラムである。
ンドダイアグラムである。
【図５】従来の半導体レーザの活性層近傍のバンドダイ
アグラムである。
アグラムである。
１ ｎ型ＳＣＨ層 ２ バリア層 ３ 量子井戸層 ４ ｐ型ＳＣＨ層 ５ キャリアリサイクル用量子井戸層 ６ 量子井戸層 ７ 電子の第一量子準位 ８ ホールの第一量子準位 ９ キャリアリサイクル用量子井戸層の電子の第一量子
準位 １０ キャリアリサイクル用量子井戸層のホールの第一
量子準位 ２１：ＳｉＯ2 膜 １０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０２ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １０３ 多重量子井戸層 １０４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０５ ｐ−ＩｎＰブロック層 １０６ ｎ−ＩｎＰブロック層 １０７ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 １１９、１１０ 電極
準位 １０ キャリアリサイクル用量子井戸層のホールの第一
量子準位 ２１：ＳｉＯ2 膜 １０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０２ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １０３ 多重量子井戸層 １０４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０５ ｐ−ＩｎＰブロック層 １０６ ｎ−ＩｎＰブロック層 １０７ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 １１９、１１０ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (4)
- 【請求項１】 歪多重量子井戸構造を活性層に有する半
導体レーザ素子において、相互に対向するｎ−クラッド層及びｐ−クラッド層が、
クラッド層間の化合物半導体層中で最も大きなバンドギ
ャップ・エネルギーを有し、 ｐ−クラッド層が、活性層
に対して２０ｎｍ以上の距離を離して活性層との間に、
ｐ−クラッド層の一部としてキャリア・リサイクル層と
して機能する１層の量子井戸層を有し、量子井戸層の第
一量子準位の電子とホールのエネルギー差が、活性層の
バリア層のバンドギャップ・エネルギー以上であること
を特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 更に、ｎ−クラッド層が、活性層との間
にｎ−クラッド層の一部としてキャリア・リサイクル層
として機能する量子井戸層を有し、量子井戸層の第一量
子準位の電子とホールのエネルギー差が、活性層のバリ
ア層のバンドギャップ・エネルギー以上であることを特
徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 半導体レーザ素子が、ＩｎＰ系の半導体
積層構造を備えていることを特徴とする請求項１又は２
に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 １．３μm 帯の発光素子として使用され
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レー
ザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26106898A JP3239996B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26106898A JP3239996B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000091709A JP2000091709A (ja) | 2000-03-31 |
| JP3239996B2 true JP3239996B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=17356643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26106898A Expired - Fee Related JP3239996B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3239996B2 (ja) |
-
1998
- 1998-09-16 JP JP26106898A patent/JP3239996B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000091709A (ja) | 2000-03-31 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |