JP4720522B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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"Ultralow-threshold graded-index separate-confinement singlequantum well buried heterostructure (Al,Ga)As lasers with high reflectivitycoatings" Pamela L. Derry, Amnon Yariv, Kam Y. Lau, Nadav Bar-Chaim, KevinLee, and Jan Rosenberg, Applied Physics Letters Volume 50, Issue 25,(1987), pp. 1773-1775 "Low internal loss separate confinement heterostructureInGaAs/InGaAsP quantum well laser"U. Koren, B. I. Miller, Y. K. Su, T. L. Koch, and J. E.Bowers, AppliedPhysics Letters Volume 51, Issue 21, (1987), pp. 1744-1746 "Effects of Carrier Transport on Relative Intensity Noise AndCritique Of K Factor Predictions Of Modulation Responce"R. Nagarajan, M. Ishikawa, and J. E. Bowers, ELECTRONICS Letters Volume 28, No 9, (1992),pp. 846-848
図1(A)は、本実施の形態に係る半導体レーザのバンド構造を示す図面である。シンボルEcは伝導帯のエネルギレベルを示し、シンボルEvは価電子帯のエネルギレベルを示す。図1(B)は、本実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す図面である。半導体レーザ11aは、p型クラッド層13と、n型クラッド層15と、活性領域17aと、第1の光閉じ込め層19aと、第2の光閉じ込め層21aとを備える。活性領域17aはp型クラッド層13とn型クラッド層15との間に設けられており、また半導体レーザ11aは多重量子井戸構造23aを有する。第1の光閉じ込め層19aは、p型クラッド層13と活性領域17aとの間に設けられている。第2の光閉じ込め層21aは、n型クラッド層15と活性領域17aとの間に設けられている。多重量子井戸構造23aはバリア層25aを含み、第1の光閉じ込め層19aは、多重量子井戸構造23aのバリア層25aのバンドギャップEBよりも小さいバンドギャップESCH1を有する。第1の光閉じ込め層19aのバンドギャップESCH1は、多重量子井戸構造23aの井戸層27のバンドギャップEWよりも大きいを有する。
基板31:Snドープn型InP基板、不純物濃度2×1018cm−3
n型クラッド層15:
シリコンドープInP、500nm、不純物濃度1×1018cm−3
第2の光閉じ込め層21a:
GaInAsP、バンドギャップ波長1.10μm、厚さ50nm
活性領域17a:多重量子井戸構造(発光波長:1.49μm帯)
井戸層:GaInAsP、バンドギャップ波長1.62μm
バリア層:GaInAsP、バンドギャップ波長1.10μm
第1の光閉じ込め層19a:
GaInAsP、バンドギャップ波長1.20μm、厚さ20nm
p型クラッド層13:
亜鉛ドープInP、500nm、不純物濃度0.8×1018cm−3
ブロック領域35:InP
第2のp型クラッド層37:
亜鉛ドープInP、1500nm、不純物濃度1.5×1018cm−3
p型コンタクト層39:
亜鉛ドープGaInAs、500nm、不純物濃度2.0×1019cm−3
である。この実施例によれば、InP/InGaAsP系埋め込みヘテロ構造半導体レーザでは、高温動作においても電子の閉じ込めが弱まることがない。
基板31:Snドープn型InP基板、不純物濃度2×1018cm−3
n型クラッド層15:
シリコンドープInP、500nm、不純物濃度1×1018cm−3
第2の光閉じ込め層21a:
AlGaInAs、バンドギャップ波長1.20μm(バリア層と同じ)
活性領域17a:多重量子井戸構造(発光波長:1.55μm帯)
井戸層:AlGaInAs、バンドギャップ波長1.72μm
バリア層:AlGaInAs、バンドギャップ波長1.20μm
第1の光閉じ込め層19a:
AlGaInAs、バンドギャップ波長1.30μm(バリア層より小さい)
p型クラッド層13:
亜鉛ドープInP、500nm、不純物濃度0.8×1018cm−3
ブロック領域35:InP
第2のp型クラッド層37:
亜鉛ドープInP、1500nm、不純物濃度1.5×1018cm−3
p型コンタクト層39:
亜鉛ドープGaInAs、1000nm、不純物濃度2.0×1019cm−3
である。この実施例によれば、InP/AlGaInAs系半導体レーザでは、伝導帯エネルギー不連続ΔEcがInP/InGaAsP系のものよりも、一般的に大きい。つまり、本構造を用いることで閉じ込めを下げることなく、さらに大きいΔEcを取れるようになると考えられるため、温度特性の向上が考えられる。
図4(A)は、本実施の形態に係る半導体レーザのバンド構造を示す図面である。図4(B)は、本実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す図面である。半導体レーザ11cは、p型クラッド層13と、n型クラッド層15と、活性領域17aと、第1の光閉じ込め層19cと、第2の光閉じ込め層21cとを備える。第1の光閉じ込め層19cは、p型クラッド層13と活性領域17aとの間に設けられている。半導体レーザ11cは多重量子井戸構造23cを有している。第2の光閉じ込め層21cは、n型クラッド層15と活性領域17aとの間に設けられている。第2の光閉じ込め層21cは、多重量子井戸構造23cのバリア層25aのバンドギャップEBよりも小さいバンドギャップESCH2を有する。
第1の光閉じ込め層21c:
GaInAsP、バンドギャップ波長1.1μm、厚さ50nm
第2の光閉じ込め層19c:
GaInAsP、バンドギャップ波長1.2μm、厚さ20nm
である。この実施例によれば、InP/InGaAsP系埋め込みヘテロ構造半導体レーザでは、高温動作においても電子の閉じ込めが弱まることがない。
第1の光閉じ込め層19c:
AlGaInAs、バンドギャップ波長1.20μm(バリア層と同じ)
第2の光閉じ込め層21c:
AlGaInAs、バンドギャップ波長1.30μm(バリア層より小さい)
である。この実施例によれば、InP/AlGaInAs系半導体レーザでは、伝導帯エネルギー不連続ΔEcがInP/InGaAsP系のものよりも、一般的に大きい。つまり、本構造を用いることで閉じ込めを下げることなく、さらに大きいΔEcを取れるようになると考えられるため、温度特性の向上が考えられる。
図6(A)は、本実施の形態に係る半導体レーザのバンド構造を示す図面である。図6(B)は、図6(A)に示された半導体レーザの構造を示す図面である。半導体レーザ11eは、p型クラッド層13と、n型クラッド層15と、活性領域17aと、第1の光閉じ込め層19eと、第2の光閉じ込め層21eとを備える。第1の光閉じ込め層19eは、p型クラッド層13と活性領域17aとの間に設けられている。半導体レーザ11eは多重量子井戸構造23eを有している。第2の光閉じ込め層21eは、n型クラッド層15と活性領域17aとの間に設けられている。第1の光閉じ込め層19eは、多重量子井戸構造23cのバリア層25aのバンドギャップEBよりも小さいバンドギャップESCH3を有する。第2の光閉じ込め層21eは、多重量子井戸構造23cのバリア層25aのバンドギャップEBよりも小さいバンドギャップESCH4を有する。
第1の光閉じ込め層21e:GaInAsP、バンドギャップ波長1.20μm
第2の光閉じ込め層19e:GaInAsP、バンドギャップ波長1.20μm
バリア層25a:GaInAsP、バンドギャップ波長1.10μm
である。この実施例によれば、InP/InGaAsP系埋め込みヘテロ構造半導体レーザでは、高温動作においても電子の閉じ込めが弱まることがない。
バリア層25a:AlGaInAs、バンドギャップ波長1.20μm
第1の光閉じ込め層19e:
AlGaInAs、バンドギャップ波長1.30μm(バリア層より小さい)
第2の光閉じ込め層21e:
AlGaInAs、バンドギャップ波長1.30μm(バリア層より小さい)
である。この実施例によれば、InP/AlGaInAs系半導体レーザでは、伝導帯エネルギー不連続ΔEcがInP/InGaAsP系のものよりも、一般的に大きい。つまり、本構造を用いることで閉じ込めを下げることなく、さらに大きいΔEcを取れるようになると考えられるため、温度特性の向上が考えられる。
11b…半導体レーザ、17b…活性領域、23b…多重量子井戸構造、27a…第1の井戸層、27b…第2の井戸層、DW1…第1の井戸層の厚み、DW2…第2の井戸層の厚み、11c…半導体レーザ、19c…第1の光閉じ込め層、21c…第2の光閉じ込め層、ESCH2…第2の光閉じ込め層のバンドギャップ、23c…多重量子井戸構造、11d…半導体レーザ、17d…活性領域、23d…多重量子井戸構造、27c…第1の井戸層、27d…第2の井戸層、DW3…第2の井戸層の厚み、DW4…第1の井戸層の厚み、T3…電子のキャリア走行時間、11e…半導体レーザ、19e…第1の光閉じ込め層、21e…第2の光閉じ込め層、23e…多重量子井戸構造、ESCH3…第1の光閉じ込め層のバンドギャップ、ESCH4…第2の光閉じ込め層のバンドギャップ、T4…電子のキャリア走行時間、T5…正孔のキャリア走行時間、11f…半導体レーザ、17f…活性領域、23f…多重量子井戸構造、27f…第1の井戸層、27g…第2の井戸層、27h…第3の井戸層、DW5…第1の井戸層の厚み、DW6…第3の井戸層の厚み、DW7…第2の井戸層27gの厚み、41…半導体レーザ、43…n型InP基板、45…n型InPクラッド層、47…第1の光閉じ込め層、49…井戸層、51…バリア層、53…第2の光閉じ込め層、55…p型クラッド層、41a…半導体レーザ、47a…第1の光閉じ込め層、53a…第2の光閉じ込め層、TE、TH…キャリアが光閉じ込め層を走行する時間、41b…半導体レーザ、47b…第1の光閉じ込め層、53b…第2の光閉じ込め層、49b…井戸層、51b…バリア層、55…p型クラッド層、49b…井戸層、61…半導体レーザ、63…n型InP基板、65…n型InPクラッド層、67…第1の光閉じ込め層、69…井戸層、71…バリア層、73…第2の光閉じ込め層、75…p型クラッド層、△E1、△E2…光閉じ込め層とクラッド層との間のバンドギャップ差、IE、IH…高温におけるクラッド層へリークするキャリア、LE、LH…高温でのキャリアオーバーフロー
Claims (6)
- p型クラッド層と、
n型クラッド層と、
前記p型クラッド層と前記n型クラッド層との間に設けられており多重量子井戸構造を有する活性領域と、
前記p型クラッド層と前記活性領域との間に設けられた第1の光閉じ込め層と、
前記n型クラッド層と前記活性領域との間に設けられた第2の光閉じ込め層とを備え、
前記第1の光閉じ込め層は、前記多重量子井戸構造のバリア層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する部分を含み、
前記多重量子井戸構造は前記バリア層と前記第1の光閉じ込め層との間に設けられた単一の第1の井戸層と、前記バリア層と前記第2の光閉じ込め層との間に設けられた一または複数の第2の井戸層とを含み、前記第1の井戸層は前記第1の井戸層及び前記第2の井戸層のうち最も前記第1の光閉じ込め層に近く前記第1の光閉じ込め層に接し、前記バリア層は、前記第2の井戸層のうち最も前記第1の井戸層に近い第2の井戸層と前記第1の井戸層との間に位置し、前記第1の井戸層は、前記第1の井戸層における準位が前記第2の井戸層の準位とほぼ同じになるように前記第2の井戸層の厚みよりも薄い厚みを有する、ことを特徴とする半導体レーザ。 - 前記第1の井戸層のバンドギャップは前記第2の井戸層のバンドギャップと同じ、ことを特徴とする請求項1に記載された半導体レーザ。
- p型クラッド層と、
n型クラッド層と、
前記p型クラッド層と前記n型クラッド層との間に設けられており多重量子井戸構造を有する活性領域と、
前記p型クラッド層と前記活性領域との間に設けられた第1の光閉じ込め層と、
前記n型クラッド層と前記活性領域との間に設けられた第2の光閉じ込め層とを備え、
前記第2の光閉じ込め層は、前記多重量子井戸構造のバリア層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する部分を含み、
前記多重量子井戸構造は、前記バリア層と前記第2の光閉じ込め層との間に設けられた単一の第1の井戸層と、前記バリア層と前記第1の光閉じ込め層との間に設けられた一または複数の第2の井戸層とを含み、前記第1の井戸層は前記第1の井戸層及び前記第2の井戸層のうち最も前記第2の光閉じ込め層に近く前記第2の光閉じ込め層に接し、前記バリア層は、前記第2の井戸層のうち最も前記第1の井戸層に近い第2の井戸層と前記第1の井戸層との間に位置し、前記第1の井戸層は、前記第1の井戸層における準位が前記第2の井戸層の準位とほぼ同じになるように前記第2の井戸層の厚みよりも薄い厚みを有する、ことを特徴とする半導体レーザ。 - 前記第1の井戸層のバンドギャップは前記第2の井戸層のバンドギャップと同じ、ことを特徴とする請求項3に記載された半導体レーザ。
- 前記第1の光閉じ込め層は、前記多重量子井戸構造の前記バリア層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する部分を含む、ことを特徴とする請求項3に記載された半導体レーザ。
- 前記多重量子井戸構造は、前記第2の井戸層と前記第1の光閉じ込め層との間に設けられた単一の第3の井戸層を更に含み、前記第3の井戸層は前記第1の井戸層、第2の井戸層及び前記第3の井戸層のうち最も前記第1の光閉じ込め層に近く前記第1の光閉じ込め層に接し、
前記第3の井戸層の厚みは前記第2の井戸層の厚みよりも薄い、ことを特徴とする請求項5に記載された半導体レーザ。
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