JPH0410684A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0410684A JPH0410684A JP11457290A JP11457290A JPH0410684A JP H0410684 A JPH0410684 A JP H0410684A JP 11457290 A JP11457290 A JP 11457290A JP 11457290 A JP11457290 A JP 11457290A JP H0410684 A JPH0410684 A JP H0410684A
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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、半導体レーザ素子に関し、特にレーザ発振の
しきい値電流の低減、横モード制御に有効な層構造を持
つ量子井戸型半導体レーザに関する。
しきい値電流の低減、横モード制御に有効な層構造を持
つ量子井戸型半導体レーザに関する。
(従来の技術)
有機金属を用いた気相成長(MOVPE)法、分子線エ
ピタキシャル(MBF、)法等の薄膜単結晶成長技術の
進歩によって10人程度の薄いエピタキシャル成長層を
得ることが可能となっている。
ピタキシャル(MBF、)法等の薄膜単結晶成長技術の
進歩によって10人程度の薄いエピタキシャル成長層を
得ることが可能となっている。
このような結晶成長技術の進歩は、半導体レーザにおい
ても従来の液相エピタキシャル成長(LPE)法では作
製が困難であった極めて薄い層から成る素子構造に基づ
く新しい効果を利用したレーザの実現を可能とした。量
子井戸レーザはその代表例である。この量子井戸レーザ
は、従来数百Å以上あった活性層厚を100Å以下にす
ることによって、活性層中に量子準位が形成されること
を利用しており、従来の二重へテロ接合(DH)レーザ
に比べて、しきい値電流か下がる、温度特性が高い等の
数々の利点を持っている。
ても従来の液相エピタキシャル成長(LPE)法では作
製が困難であった極めて薄い層から成る素子構造に基づ
く新しい効果を利用したレーザの実現を可能とした。量
子井戸レーザはその代表例である。この量子井戸レーザ
は、従来数百Å以上あった活性層厚を100Å以下にす
ることによって、活性層中に量子準位が形成されること
を利用しており、従来の二重へテロ接合(DH)レーザ
に比べて、しきい値電流か下がる、温度特性が高い等の
数々の利点を持っている。
第1図は従来の量子井戸型レーザの構造を示す断面図、
第2図はそのレーザにおける活性層近傍の拡大図および
バンドキャップ′Wi造図である。このレーザにおいて
、1がn型GaAs基板であり、その上に順次にn型A
I G a A sクラッド層2、量子井戸活性層3
、p型AlGaAsクラッド層4、p型GaAsキャッ
プ層5か設けられている。
第2図はそのレーザにおける活性層近傍の拡大図および
バンドキャップ′Wi造図である。このレーザにおいて
、1がn型GaAs基板であり、その上に順次にn型A
I G a A sクラッド層2、量子井戸活性層3
、p型AlGaAsクラッド層4、p型GaAsキャッ
プ層5か設けられている。
(発明が解決しようとする課題)
量子井戸型レーザも通常のDHレレーと同じく、実用に
際しては、横モードの安定化を行う必要がある。ストラ
イプ状の電極を形成することにより電流のみを制限した
初期の電極ストライプ型半導体レーザにおいては、レー
ザ発振のしきい値のわずかに上の電流領域では基本横モ
ードで発振する。
際しては、横モードの安定化を行う必要がある。ストラ
イプ状の電極を形成することにより電流のみを制限した
初期の電極ストライプ型半導体レーザにおいては、レー
ザ発振のしきい値のわずかに上の電流領域では基本横モ
ードで発振する。
しかし注入電流を増やしていくと、活性層への注入キャ
リアは次第にストライプ領域の両側へ拡がるから、結果
として高利得領域が拡がり、横モードの拡がりや高次横
モード発振を招く。この様な横モードの不安定な注入電
流依存性は、注入電流とレーザ出力との関係の直線性を
損なう。非直線的な注入電流と出力の関係は、レーザを
変調しな場合の信号歪の原因となる等、実用上多くの障
害を発生させる。
リアは次第にストライプ領域の両側へ拡がるから、結果
として高利得領域が拡がり、横モードの拡がりや高次横
モード発振を招く。この様な横モードの不安定な注入電
流依存性は、注入電流とレーザ出力との関係の直線性を
損なう。非直線的な注入電流と出力の関係は、レーザを
変調しな場合の信号歪の原因となる等、実用上多くの障
害を発生させる。
上述の点に関して、電流のみでなく光も横方向に閉じ込
めることにより横モードを安定化させる多くの構造が提
案されてきた。しかしながら、これ等の構造の多くは、
メサ等の段差を持つ形状に加工した基板上にLPE法を
用いて成長した場合には、段差か埋まり、平坦になると
いうL P E法の特殊性を利用して作製するものか多
い。しかもこれ等の構造の大部分はMBE法やMOVP
E法によっては製作不可能なものである。
めることにより横モードを安定化させる多くの構造が提
案されてきた。しかしながら、これ等の構造の多くは、
メサ等の段差を持つ形状に加工した基板上にLPE法を
用いて成長した場合には、段差か埋まり、平坦になると
いうL P E法の特殊性を利用して作製するものか多
い。しかもこれ等の構造の大部分はMBE法やMOVP
E法によっては製作不可能なものである。
MBE法やMOVPE法は成長の際、段差が保たれる。
従ってMBE法やMOVPE法によって段差付基板上に
成長した場合は、活性層には清、わん曲といった平坦で
ない形状か発生ずる。この様な構造においては、高次横
モード発振が生じ易くなったり、注入電流を増すにつれ
て複数の箇所で発振か生じたりする。
成長した場合は、活性層には清、わん曲といった平坦で
ない形状か発生ずる。この様な構造においては、高次横
モード発振が生じ易くなったり、注入電流を増すにつれ
て複数の箇所で発振か生じたりする。
以上の理由によって、MOVPE法やMBE法によるレ
ーザにおいては平坦な基板上にDI−T@遣を作製しな
後、クラッド層をメサ状に加工し、て。
ーザにおいては平坦な基板上にDI−T@遣を作製しな
後、クラッド層をメサ状に加工し、て。
メサ横をクラッド層より屈折率の小さい、かつメサ部と
反対の伝導極性を持つ結晶で埋め込むセルファライン型
か一般的に横モード制御構造として用いられている。し
かしながら、この方法にはメサ形状の制御か困難で、か
つ2回以上の結晶成長1稈が必要であるという欠点かあ
った。このように、従来の半導体レーザには解決すべき
課題があった。
反対の伝導極性を持つ結晶で埋め込むセルファライン型
か一般的に横モード制御構造として用いられている。し
かしながら、この方法にはメサ形状の制御か困難で、か
つ2回以上の結晶成長1稈が必要であるという欠点かあ
った。このように、従来の半導体レーザには解決すべき
課題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決し、横モードを制御で
きる簡易な構造の量子井戸型の半導体レーザを提供する
ことを目的とする。
きる簡易な構造の量子井戸型の半導体レーザを提供する
ことを目的とする。
(課題を解決するための手段)
前述の課題を解決するなめに本発明が提供する手段は、
活性層が量子井戸構造の半導体結晶でなる半導体レーザ
であって、該量子井戸構造を構成する元素が発振領域と
それ以外の領域とで一部異なるか又は発振領域とそれ以
外の領域とでは該量子井戸構造を構成する材料か同一種
類の元素から成るか組成か異なることを特徴とする。
活性層が量子井戸構造の半導体結晶でなる半導体レーザ
であって、該量子井戸構造を構成する元素が発振領域と
それ以外の領域とで一部異なるか又は発振領域とそれ以
外の領域とでは該量子井戸構造を構成する材料か同一種
類の元素から成るか組成か異なることを特徴とする。
(作用)
本発明においては、活性ノーの量子井戸構造の構成元素
を発振領域とそれ以外の領域とで一部異ならせることに
より、発振領域の屈折率を隣接する領域に比べて高くし
、基本横モードを安定化し、しきい値を低減する。さら
に材料の選択により、発振領域の量子井戸結晶とそれ以
外の量子井戸結晶の間に格子定数が異なることによる歪
を用いて、しきい値を下げることができる。
を発振領域とそれ以外の領域とで一部異ならせることに
より、発振領域の屈折率を隣接する領域に比べて高くし
、基本横モードを安定化し、しきい値を低減する。さら
に材料の選択により、発振領域の量子井戸結晶とそれ以
外の量子井戸結晶の間に格子定数が異なることによる歪
を用いて、しきい値を下げることができる。
(実施例)
第3図は、本発明の実施例である量子井戸型DHレレー
の概略構造を示す断面図である。また、第4図(a)は
その実施例における活性層3近傍の拡大断面図、第4図
(b)は同図(a)におけるA−A′面及びB−B’面
でのバンドギャップ構造を示す概念図である。本実施例
においてはn型GaAs基板1上にn型AlGaAsク
ラッド層2、量子井戸活性層3、p型AlGaAsクラ
ッド層4、P型G a A sキャブ1層5を順次にM
OVPE法を用いて成長する。活性層3の量子井戸の成
長に際しては、In、Ga、Asを含む原料としてトリ
メチルインジウム、トリメチルガリウム、アルシンを用
いる。成長温度は活性層成長時のみ、3〜5μm幅のス
トライプ領域10だけを選択的に700℃以下となるよ
うにし、それ以外の領域は750℃〜800℃の高温と
する。
の概略構造を示す断面図である。また、第4図(a)は
その実施例における活性層3近傍の拡大断面図、第4図
(b)は同図(a)におけるA−A′面及びB−B’面
でのバンドギャップ構造を示す概念図である。本実施例
においてはn型GaAs基板1上にn型AlGaAsク
ラッド層2、量子井戸活性層3、p型AlGaAsクラ
ッド層4、P型G a A sキャブ1層5を順次にM
OVPE法を用いて成長する。活性層3の量子井戸の成
長に際しては、In、Ga、Asを含む原料としてトリ
メチルインジウム、トリメチルガリウム、アルシンを用
いる。成長温度は活性層成長時のみ、3〜5μm幅のス
トライプ領域10だけを選択的に700℃以下となるよ
うにし、それ以外の領域は750℃〜800℃の高温と
する。
温度の分布は成長炉外からのレーザ照射によって制御す
る。Inは成長温度が750〜800℃のときは基板よ
り脱離してエピタキシャル成長時にはほとんど取り込ま
れない。他方、AI、Ga。
る。Inは成長温度が750〜800℃のときは基板よ
り脱離してエピタキシャル成長時にはほとんど取り込ま
れない。他方、AI、Ga。
Asはその温度で成長層に取り込まれる。従って、上述
の様な温度分布で活性層3の成長を行うことによって、
3〜5μmのストライプ領域10のみにI nGaAs
量子井戸が形成され、10に隣接する領域ではGaAs
量子井戸となる。
の様な温度分布で活性層3の成長を行うことによって、
3〜5μmのストライプ領域10のみにI nGaAs
量子井戸が形成され、10に隣接する領域ではGaAs
量子井戸となる。
発振波長においてはInGaAsの屈折率はGaAsの
屈折率より高い、従って、第3図のレーザについては、
光はInGaAs量子井戸を含む領域10に閉じ込めら
れることになり、横モードは安定化される。また、I
nGaAsの格子定数はGaAsよりも小さくなるから
、I nGaAs量子井戸には歪がかかる。請求項2は
この場合で、この歪によって、価電子帯の重い正孔の準
位と軽い正孔の単位との分離が大きくなり、伝導帯から
重い正孔の準位への遷移確率が増加する。この結果とし
て、しきい値が減少する。
屈折率より高い、従って、第3図のレーザについては、
光はInGaAs量子井戸を含む領域10に閉じ込めら
れることになり、横モードは安定化される。また、I
nGaAsの格子定数はGaAsよりも小さくなるから
、I nGaAs量子井戸には歪がかかる。請求項2は
この場合で、この歪によって、価電子帯の重い正孔の準
位と軽い正孔の単位との分離が大きくなり、伝導帯から
重い正孔の準位への遷移確率が増加する。この結果とし
て、しきい値が減少する。
第3図のレーザにおいて、電流を所定の発振領域10に
集中させるなめに、p型G a A sキャップ屑5に
選択的にプロトン、あるいはボロンを注入し、高抵抗領
域14を形成する。発振領域10とp型GaAsキャッ
プ層5の電流注入領域13の位置を合わせるためには、
p型GaAsキャップ層5の成長時にも活性層3の成長
に用いた方法と全く同様にして、Inを選択的にドープ
しておく。I nGaAsとGaAsとの化学エツチン
グ速度の差を利用して、電流注入領域13の場所の識別
を行う。
集中させるなめに、p型G a A sキャップ屑5に
選択的にプロトン、あるいはボロンを注入し、高抵抗領
域14を形成する。発振領域10とp型GaAsキャッ
プ層5の電流注入領域13の位置を合わせるためには、
p型GaAsキャップ層5の成長時にも活性層3の成長
に用いた方法と全く同様にして、Inを選択的にドープ
しておく。I nGaAsとGaAsとの化学エツチン
グ速度の差を利用して、電流注入領域13の場所の識別
を行う。
以上、本発明について説明したが、本発明はこれに限る
ものではなく、種々の材料の組み合せについて可能であ
る。発振領域をG a A s量子井戸、他をAlGa
As量子井戸、また発振領域をGaAs量子井戸、他を
G a I n P量子井戸、または、すべてをAlG
aAs量子井戸、もしくは、GaTnP量子井戸とし、
発振領域のみ組成を変えたm造でも本発明は実施できる
。
ものではなく、種々の材料の組み合せについて可能であ
る。発振領域をG a A s量子井戸、他をAlGa
As量子井戸、また発振領域をGaAs量子井戸、他を
G a I n P量子井戸、または、すべてをAlG
aAs量子井戸、もしくは、GaTnP量子井戸とし、
発振領域のみ組成を変えたm造でも本発明は実施できる
。
(発明の効果)
本発明によれば、以上に述べたように量子井戸型レーザ
装置において、横モード制御を簡単に行うことかでき、
また発振しきい1ii!f電流を従来より低減し、動作
電流を小さくすることができ、きわめて有益である。
装置において、横モード制御を簡単に行うことかでき、
また発振しきい1ii!f電流を従来より低減し、動作
電流を小さくすることができ、きわめて有益である。
造を示す図である。
1 ・−n型GaAs基板、2−n型A I GaAs
クラッド層、3・・・活性層、4・・・p型AlGaA
sクラッド層、5・・・p型G a A sキヤツプ層
、61.。
クラッド層、3・・・活性層、4・・・p型AlGaA
sクラッド層、5・・・p型G a A sキヤツプ層
、61.。
電極、7・・・GaAs量子井戸層、89・・・AlG
aAsガイド層、1o・・・発振領域、11・・・In
GaAs量子井戸、12・・・GaAs量子井戸、13
・・・電流注入領域、14・・・高抵抗領域。
aAsガイド層、1o・・・発振領域、11・・・In
GaAs量子井戸、12・・・GaAs量子井戸、13
・・・電流注入領域、14・・・高抵抗領域。
Claims (2)
- (1)活性層が量子井戸構造の半導体結晶でなる半導体
レーザにおいて、該量子井戸構造を構成する元素が発振
領域とそれ以外の領域とで一部異なるか又は発振領域と
それ以外の領域とでは該量子井戸構造を構成する材料が
同一種類の元素から成るが組成が異なることを特徴とす
る半導体レーザ。 - (2)発振領域となる量子井戸構造の結晶とそれ以外の
領域の量子井戸構造の結晶とで格子定数が異なることを
特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11457290A JPH0410684A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11457290A JPH0410684A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0410684A true JPH0410684A (ja) | 1992-01-14 |
Family
ID=14641191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11457290A Pending JPH0410684A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0410684A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0631298A2 (en) * | 1993-06-28 | 1994-12-28 | Sumitomo Chemical Company Limited | Semiconductor epitaxial substrate and process for its production |
CN102759342A (zh) * | 2012-06-30 | 2012-10-31 | 东南大学 | 一种基于热平衡的水平传感器 |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP11457290A patent/JPH0410684A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0631298A2 (en) * | 1993-06-28 | 1994-12-28 | Sumitomo Chemical Company Limited | Semiconductor epitaxial substrate and process for its production |
US5441913A (en) * | 1993-06-28 | 1995-08-15 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process of making a semiconductor epitaxial substrate |
CN102759342A (zh) * | 2012-06-30 | 2012-10-31 | 东南大学 | 一种基于热平衡的水平传感器 |
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