JPH0334591A - 量子井戸半導体レーザ素子 - Google Patents
量子井戸半導体レーザ素子Info
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- JPH0334591A JPH0334591A JP16913389A JP16913389A JPH0334591A JP H0334591 A JPH0334591 A JP H0334591A JP 16913389 A JP16913389 A JP 16913389A JP 16913389 A JP16913389 A JP 16913389A JP H0334591 A JPH0334591 A JP H0334591A
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- Japan
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- quantum well
- optical confinement
- semiconductor laser
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 abstract description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 101150054880 NASP gene Proteins 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光通信用および光情報処理用の光−源として使
われる量子井戸構造を有する半導体レーザ素子に関する
。
われる量子井戸構造を有する半導体レーザ素子に関する
。
半導体レーザ素子の特性としては、しきい値電流密度が
低いこと、および量子効率が高いことが望ましい、これ
らの特性は、通常３００人よりも薄い層からなる活性層
を有する量子井戸半導体レーザ素子によって向上する。
低いこと、および量子効率が高いことが望ましい、これ
らの特性は、通常３００人よりも薄い層からなる活性層
を有する量子井戸半導体レーザ素子によって向上する。
量子井戸半導体レーザ素子の活性層は、量子井戸層と称
す小さいエネルギーバンドギャップをもつ層と、障壁層
と称す量子井戸層よりも大きいエネルギーバンドギャッ
プをもつ層から構成されている。
す小さいエネルギーバンドギャップをもつ層と、障壁層
と称す量子井戸層よりも大きいエネルギーバンドギャッ
プをもつ層から構成されている。
従来のＧａ ＩｎＡｓＰ／ＩｎＰＩ子井戸半導体レーザ
素子は、例えば第４図に示すように、ｎ −ＩｎＰ基板
（１）上に、ｎ−１ｎＰクラッド層（２）およびノンド
ープＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１．１ｍ）光閉じ込め層（
３）（厚さ１００ＯＡ）が順次積層され、次いでノンド
ープＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１．３＃１１）量子井戸層
（４）（厚さ１５０人）とノンドープＧａＩｎＡｓＰ（
λｇ＝１．１ｘ）障壁層（５）（厚さ１５０人）からな
る活性層が積層され、さらにノンドープＧａＩｎＡｓＰ
（λｇ＝１．ＩＩｒｍ）光閉じ込め層（６）（厚さ１０
００人）、ｐ−１ｎＰクラッド層（７）およびｐ−Ｇａ
ＩｎＡｓＰコンタクト層（８）（厚さ５０００人）が積
層されて構成されていた。
素子は、例えば第４図に示すように、ｎ −ＩｎＰ基板
（１）上に、ｎ−１ｎＰクラッド層（２）およびノンド
ープＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１．１ｍ）光閉じ込め層（
３）（厚さ１００ＯＡ）が順次積層され、次いでノンド
ープＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１．３＃１１）量子井戸層
（４）（厚さ１５０人）とノンドープＧａＩｎＡｓＰ（
λｇ＝１．１ｘ）障壁層（５）（厚さ１５０人）からな
る活性層が積層され、さらにノンドープＧａＩｎＡｓＰ
（λｇ＝１．ＩＩｒｍ）光閉じ込め層（６）（厚さ１０
００人）、ｐ−１ｎＰクラッド層（７）およびｐ−Ｇａ
ＩｎＡｓＰコンタクト層（８）（厚さ５０００人）が積
層されて構成されていた。
上述のような量子井戸半導体レーザ素子は、各層のへテ
ロ界面を適切に形成して、活性層への光閉じ込めと注入
キャリアの閉じ込めを適切に行うことにより、しきい値
電流や量子効率の向上を測ることが期待されている。し
かしながら、上記へテロ界面を適切に形成するには、Ｇ
ａｘｌｎ、−、Ａｓ 、Ｐ ＋−ｙのＸおよびｙの２値
を適切に制御して格子整合を考慮しなから組成の制御を
行って結晶欠陥の発生を防止しなければならない、この
結果、この種のレーザ素子においては、期待されている
程のしきい値電流の低減および量子効率の向上が計られ
ていなかった。
ロ界面を適切に形成して、活性層への光閉じ込めと注入
キャリアの閉じ込めを適切に行うことにより、しきい値
電流や量子効率の向上を測ることが期待されている。し
かしながら、上記へテロ界面を適切に形成するには、Ｇ
ａｘｌｎ、−、Ａｓ 、Ｐ ＋−ｙのＸおよびｙの２値
を適切に制御して格子整合を考慮しなから組成の制御を
行って結晶欠陥の発生を防止しなければならない、この
結果、この種のレーザ素子においては、期待されている
程のしきい値電流の低減および量子効率の向上が計られ
ていなかった。
本発明は上記問題点を解決するために鋭意研究の結果生
まれたもので、ＩｎＰ基板上に、量子井戸層と障壁層と
からなる活性層を含むＧａＩｎＡｓＰ系半導体層が設け
られた量子井戸半導体レーザ素子において、該活性層の
両面にはそれぞれ光閉じ込め層が設けられ、該光閉じ込
め層は屈折率が層間で０．５〜５％異なる少なくとも２
層のＧａ。
まれたもので、ＩｎＰ基板上に、量子井戸層と障壁層と
からなる活性層を含むＧａＩｎＡｓＰ系半導体層が設け
られた量子井戸半導体レーザ素子において、該活性層の
両面にはそれぞれ光閉じ込め層が設けられ、該光閉じ込
め層は屈折率が層間で０．５〜５％異なる少なくとも２
層のＧａ。
Ｉｎ＋−ｘＡｓｙＰ＋−ｙ層（Ｑ＜ｘ＜１．０＜ｙ＜１
）で構成されてなることを第１発明とし、量子井戸層数
が３〜６とすることを第２発明とするものである。
）で構成されてなることを第１発明とし、量子井戸層数
が３〜６とすることを第２発明とするものである。
本発明において、光閉じ込め層のへテロ界面における屈
折率の変化を５％以下とした理由は、５％以上では従来
例と比較してしきい値電流の改善効果が得られないため
であり、０．５％以上とした理由は、０．５％以下で１
よ組成を制御してエピタキシャル成長を行うことが困難
なためである。
折率の変化を５％以下とした理由は、５％以上では従来
例と比較してしきい値電流の改善効果が得られないため
であり、０．５％以上とした理由は、０．５％以下で１
よ組成を制御してエピタキシャル成長を行うことが困難
なためである。
また、同一構造の活性層において量子井戸層数を変える
と、しきい値電流密度はある量子井戸層数のところで最
小となることが理論的に知られている。一方、量子効率
は量子井戸層数が増加すると減少するという知見が実験
により得られた０以上のことより、しきい値電流密度を
低減させ、量子効率を上げるという目的を遠戚させるた
めには、量子井戸層数は３〜６であることが適当である
がわかった。
と、しきい値電流密度はある量子井戸層数のところで最
小となることが理論的に知られている。一方、量子効率
は量子井戸層数が増加すると減少するという知見が実験
により得られた０以上のことより、しきい値電流密度を
低減させ、量子効率を上げるという目的を遠戚させるた
めには、量子井戸層数は３〜６であることが適当である
がわかった。
以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を説明する
。
。
第１図は本発明にかかる量子井戸半導体レーザ素子の一
実施例の要部断面図であり、ｎ−１ｎＰ基板（１０）上
に、ｎ−１ｎＰクラッド層（２０）、ならびに各３００
人厚さのＧａｌｎＡｓＰ層（３１） （λｇ＝０．９５
４） 、Ｇａ Ｉ ｎＡｓＰ層（３２） （λｇ−１，
０４） 、Ｇａ ＩｎＡｓＰ層（３３） （λｇ＝１．
０５ｎ）およびＧａｌｎＡｓＰ層（３４） （λｇ−１
，１ｕ）からなる光閉じ込め層が順次積層され、その上
に厚さ１５０人のＧａＩｎＡｓＰ（λｇ ＝ １．３＃
ｌＩ）からなる量子井戸層（４０〉と厚さ１５０人のＧ
ａ Ｉ ｎＡｓ Ｐ（λｇ＝１．１ｐｍ）からなる障壁
層（５０〉から構成される活性層が積層され、その上に
各３００人厚さのＧａｌｎＡｓＰ層（６１） （λｇ−
１，ＩＪｌｌＩ） 、Ｇａ ＩｎＡｓＰ層（６２） （
λｇ ＝１．０５ｎ） 、Ｇ ａ Ｉ ｎ Ａ ｓＰ層
（６３） （λｇ＝１．０ｐｍ）およびＧａ Ｉ ｎＡ
ｓ Ｐ層（６４） （λｇ＝０．９５．ｗ）からなる光
閉じ込め層が積層され、最後にｐ−１ｎＰクラッド層（
７０）とｐＧａｌｎＡｓＰコンタクト層（８０）が積層
されている。これらの各積層はＭＯＣＶＤ法で行われた
。
実施例の要部断面図であり、ｎ−１ｎＰ基板（１０）上
に、ｎ−１ｎＰクラッド層（２０）、ならびに各３００
人厚さのＧａｌｎＡｓＰ層（３１） （λｇ＝０．９５
４） 、Ｇａ Ｉ ｎＡｓＰ層（３２） （λｇ−１，
０４） 、Ｇａ ＩｎＡｓＰ層（３３） （λｇ＝１．
０５ｎ）およびＧａｌｎＡｓＰ層（３４） （λｇ−１
，１ｕ）からなる光閉じ込め層が順次積層され、その上
に厚さ１５０人のＧａＩｎＡｓＰ（λｇ ＝ １．３＃
ｌＩ）からなる量子井戸層（４０〉と厚さ１５０人のＧ
ａ Ｉ ｎＡｓ Ｐ（λｇ＝１．１ｐｍ）からなる障壁
層（５０〉から構成される活性層が積層され、その上に
各３００人厚さのＧａｌｎＡｓＰ層（６１） （λｇ−
１，ＩＪｌｌＩ） 、Ｇａ ＩｎＡｓＰ層（６２） （
λｇ ＝１．０５ｎ） 、Ｇ ａ Ｉ ｎ Ａ ｓＰ層
（６３） （λｇ＝１．０ｐｍ）およびＧａ Ｉ ｎＡ
ｓ Ｐ層（６４） （λｇ＝０．９５．ｗ）からなる光
閉じ込め層が積層され、最後にｐ−１ｎＰクラッド層（
７０）とｐＧａｌｎＡｓＰコンタクト層（８０）が積層
されている。これらの各積層はＭＯＣＶＤ法で行われた
。
本実施例においては、活性層の両面に設けられた光閉じ
込め層は組成の異なる４層のＧａｌｎＡｓＰ層から構成
され、隣接層間の屈折率差が１．１％（バンドギャップ
波長差はΔλｇ＝０．０５ｍ１ｌ）に構成されている。
込め層は組成の異なる４層のＧａｌｎＡｓＰ層から構成
され、隣接層間の屈折率差が１．１％（バンドギャップ
波長差はΔλｇ＝０．０５ｍ１ｌ）に構成されている。
上記構造により全面電極型の量子井戸半導体レーザ素子
を作製したところ、共振器長８４０μにおいてしきい値
電流密度が４１０Ａ／ｃｄとなり、これまでに得られた
量子井戸半導体レーザ素子のしきい値電流密度の約半分
の値となった。
を作製したところ、共振器長８４０μにおいてしきい値
電流密度が４１０Ａ／ｃｄとなり、これまでに得られた
量子井戸半導体レーザ素子のしきい値電流密度の約半分
の値となった。
また、本実施例において、量子井戸層数を変えてしきい
値電流密度および量子効率を測定した結果を第２図およ
び第３図に示す、これらの結果より、量子井戸層数を３
〜６とすることによりしきい値電流密度および量子効率
が通常の活性層を有する半導体レーザ素子より向上する
ことがわかった。
値電流密度および量子効率を測定した結果を第２図およ
び第３図に示す、これらの結果より、量子井戸層数を３
〜６とすることによりしきい値電流密度および量子効率
が通常の活性層を有する半導体レーザ素子より向上する
ことがわかった。
なお、活性層の＆ｌｔｃおよび厚さは、本実施例の厚さ
１５０大のＧａｌｎＡｓＰ層（λｇ＝１．３ｕ）からな
る量子井戸層と厚さ１５０人のＧａ Ｉ ｎＡｓＰ層（
λｇ＝１．Ｉｎ）からなる障壁層に限定されることはな
く、また、光閉じ込め層にドーピングを行ってもよい。
１５０大のＧａｌｎＡｓＰ層（λｇ＝１．３ｕ）からな
る量子井戸層と厚さ１５０人のＧａ Ｉ ｎＡｓＰ層（
λｇ＝１．Ｉｎ）からなる障壁層に限定されることはな
く、また、光閉じ込め層にドーピングを行ってもよい。
以上説明したように本発明によれば、活性層の両面に接
した光閉じ込め層は屈折率が０．５〜５％異なる少なく
とも２層のＧ ａ １＋ １ ｎ ｌ−１１Ａ Ｓ ｖ
Ｐ ＋−ｙ層（Ｑ＜ｘ＜１、Ｑ＜ｙ＜１）から構成され
、また、量子井戸層数が３〜６であるため、しきい値電
流密度が低く、量子効率が高い量子井戸半導体レーザ素
子を得ることが出来るという優れた効果がある。
した光閉じ込め層は屈折率が０．５〜５％異なる少なく
とも２層のＧ ａ １＋ １ ｎ ｌ−１１Ａ Ｓ ｖ
Ｐ ＋−ｙ層（Ｑ＜ｘ＜１、Ｑ＜ｙ＜１）から構成され
、また、量子井戸層数が３〜６であるため、しきい値電
流密度が低く、量子効率が高い量子井戸半導体レーザ素
子を得ることが出来るという優れた効果がある。
第１図は本発明にかかる量子井戸半導体レーザ素子の一
実施例の要部断面図、第２図は量子井戸層数としきい値
電流密度の関係を示す特性図、第３図は量子井戸層数と
量子効率の関係を示す特性図、第４図は従来の量子井戸
半導体レーザ素子の一従来例の要部断面図である。 １．１Ｏ−ｎ−１ｎＰ基板、 ２．２０−・・ｎ−１ｎ
２５９７１層、 ３． ６．３１．３２．３３．３４．
６１゜６２、６３．６４・・・光閉し込め層、 ４．４
０・・・量子井戸層、 ５．５０・・・障壁層、 ７．
１Ｏ−ｐ−１ｎ２５９７１層、 ８．８Ｏ−ｐ−Ｇａ
Ｉ ｎＡｓ Ｐ：ｌンタクト層。
実施例の要部断面図、第２図は量子井戸層数としきい値
電流密度の関係を示す特性図、第３図は量子井戸層数と
量子効率の関係を示す特性図、第４図は従来の量子井戸
半導体レーザ素子の一従来例の要部断面図である。 １．１Ｏ−ｎ−１ｎＰ基板、 ２．２０−・・ｎ−１ｎ
２５９７１層、 ３． ６．３１．３２．３３．３４．
６１゜６２、６３．６４・・・光閉し込め層、 ４．４
０・・・量子井戸層、 ５．５０・・・障壁層、 ７．
１Ｏ−ｐ−１ｎ２５９７１層、 ８．８Ｏ−ｐ−Ｇａ
Ｉ ｎＡｓ Ｐ：ｌンタクト層。
Claims (2)
- （１）ＩｎＰ基板上に、量子井戸層と障壁層とからなる
活性層を含むＧａＩｎＡｓＰ系半導体層が設けられた量
子井戸半導体レーザ素子において、該活性層の両面には
それぞれ光閉じ込め層が設けられ、該光閉じ込め層は屈
折率が層間で０．５〜５％異なる少なくとも２層のＧａ
＿ｘＩｎ＿１＿−＿ｘＡｓ＿ｙＰ＿１＿−＿ｙ層（０＜
ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で構成されてなることを特徴とす
る量子井戸半導体レーザ素子。 - （２）量子井戸層数が３〜６であることを特徴とする請
求項１記載の量子井戸半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16913389A JPH0334591A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 量子井戸半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16913389A JPH0334591A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 量子井戸半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0334591A true JPH0334591A (ja) | 1991-02-14 |
Family
ID=15880897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16913389A Pending JPH0334591A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 量子井戸半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0334591A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06342959A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多重量子井戸半導体レーザ及びそれを用いた光通信システム |
| WO2020137422A1 (ja) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 三菱電機株式会社 | 光送信装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57152178A (en) * | 1981-03-17 | 1982-09-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light emitting device with super lattice structure |
| JPS60145686A (ja) * | 1984-01-09 | 1985-08-01 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP16913389A patent/JPH0334591A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57152178A (en) * | 1981-03-17 | 1982-09-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light emitting device with super lattice structure |
| JPS60145686A (ja) * | 1984-01-09 | 1985-08-01 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06342959A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多重量子井戸半導体レーザ及びそれを用いた光通信システム |
| WO2020137422A1 (ja) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 三菱電機株式会社 | 光送信装置 |
| JPWO2020137422A1 (ja) * | 2018-12-25 | 2021-02-18 | 三菱電機株式会社 | 光送信装置 |
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