JPH04206789A - 単一波長量子井戸半導体レーザ素子 - Google Patents
単一波長量子井戸半導体レーザ素子Info
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- JPH04206789A JPH04206789A JP33654690A JP33654690A JPH04206789A JP H04206789 A JPH04206789 A JP H04206789A JP 33654690 A JP33654690 A JP 33654690A JP 33654690 A JP33654690 A JP 33654690A JP H04206789 A JPH04206789 A JP H04206789A
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- 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、長波長帯(λ=1.3〜1.6m)で発振し
、単一縦モード動作をする量子井戸半導体レーザ素子に
関する。
、単一縦モード動作をする量子井戸半導体レーザ素子に
関する。
量子井戸半導体レーザ素子は、バルクの活性層を有する
半導体レーザ素子に比べて、しきい値電流密度が低く、
量子井戸層数を減らしていくことにより、内部損失の低
減、遠視野角(ビームの広がり)の狭小化などの特性改
善を期待することができる。
半導体レーザ素子に比べて、しきい値電流密度が低く、
量子井戸層数を減らしていくことにより、内部損失の低
減、遠視野角(ビームの広がり)の狭小化などの特性改
善を期待することができる。
第4図は、従来の単一波長量子井戸半導体レーザ素子の
構造とバンドギャップを示す図である。
構造とバンドギャップを示す図である。
ここでは、単一縦モード動作を実現する構造として分布
帰還型を用いている。図中、 lはn−InP基板、2
はn−1nPクラッド層、3はノンドープGa1nAs
P閉じ込め層(バンドギャップ波長1.3−1厚さ12
00A) 、4はノンドープGa InAs量子井戸層
5(バンドギャップ波長1.671M;厚さ100A)
とノンドープGa1nAsP障壁層6(バンドギャップ
波長1−3 tnn ;厚さ150A)からなる多重量
子井戸層、7は1次回折格子8 (ピッチ2400 A
、高さ500A)が刻まれているノンドープGa1nA
sP閉じ込め層(パンドギャノブ波長1.3m;厚さ1
200A) 、9はp−1nPクラッド層、10はp−
Ga1nAsPコンタクト層、11はp−1nP層11
aとn−1nP層11bからなる埋め込み層、12はn
!J電極、13はp側電極である。本構造では、量子
井戸活性層の上下に閉し込め層を設けた光電子分離開し
込め(SCH)構造となっており、量子井戸層は3層以
上の多重量子井戸層が用いられる。
帰還型を用いている。図中、 lはn−InP基板、2
はn−1nPクラッド層、3はノンドープGa1nAs
P閉じ込め層(バンドギャップ波長1.3−1厚さ12
00A) 、4はノンドープGa InAs量子井戸層
5(バンドギャップ波長1.671M;厚さ100A)
とノンドープGa1nAsP障壁層6(バンドギャップ
波長1−3 tnn ;厚さ150A)からなる多重量
子井戸層、7は1次回折格子8 (ピッチ2400 A
、高さ500A)が刻まれているノンドープGa1nA
sP閉じ込め層(パンドギャノブ波長1.3m;厚さ1
200A) 、9はp−1nPクラッド層、10はp−
Ga1nAsPコンタクト層、11はp−1nP層11
aとn−1nP層11bからなる埋め込み層、12はn
!J電極、13はp側電極である。本構造では、量子
井戸活性層の上下に閉し込め層を設けた光電子分離開し
込め(SCH)構造となっており、量子井戸層は3層以
上の多重量子井戸層が用いられる。
このような構造において、活性層の量子井戸数を減らす
ことによりスペクトル純度が改善されることが期待でき
る(IEEE、 JOURNAL OF QυANTU
?IELECTRONIC5,VOL、QE−21,N
o、10.OCT、、1985.P、1666−167
4参照)。
ことによりスペクトル純度が改善されることが期待でき
る(IEEE、 JOURNAL OF QυANTU
?IELECTRONIC5,VOL、QE−21,N
o、10.OCT、、1985.P、1666−167
4参照)。
〔発明が解決しようとする課R]
しかしながら、量子井戸層数を1あるいは2と少なくす
ると、光閉じ込め係数が小さくなるため利得が小さくな
り、発振に必要なしきい値キャリア密度が高くなる。と
ころで、長波長帯では、発振しきい値キャリア密度が高
い場合、オージヱ効果あるいは価電子帯間吸収等の非発
光メカニズムにより発光効率が悪くなり、発振しきい値
電流が大幅に上昇したり、あるいは、高キヤリア注入に
よる第2量子準位あるいは閉し込め層からの発振しか得
られなくなる(Appl、 Phys、Lett、、
53. pi(1989)参照)。この結果、量子井戸
数を減らして ゛も、スペクトル純度が改善されないと
いう問題があった・ 〔課題を解決するための手段と作用〕 本発明は上記問題点を解決した単一波長量子井戸半導体
レーザ素子を提供するもので、InP基板上に、量子井
戸層と障壁層とからなる活性層および該活性層の上下そ
れぞれに配置された光閉し込め層を含むQ a X I
n 1−xA S yP +−y (0≦X、y≦
1)半導体層を設けた単一波長量子井戸半導体レーザ素
子において、量子井戸層数は1または2であり、量子井
戸層の厚さは3nm以上、8nm以下であることを第1
発明とし、量子井戸層は、光閉し込め層に対して0〜2
%の格子不整合率を有することを第2発明とするもので
ある。
ると、光閉じ込め係数が小さくなるため利得が小さくな
り、発振に必要なしきい値キャリア密度が高くなる。と
ころで、長波長帯では、発振しきい値キャリア密度が高
い場合、オージヱ効果あるいは価電子帯間吸収等の非発
光メカニズムにより発光効率が悪くなり、発振しきい値
電流が大幅に上昇したり、あるいは、高キヤリア注入に
よる第2量子準位あるいは閉し込め層からの発振しか得
られなくなる(Appl、 Phys、Lett、、
53. pi(1989)参照)。この結果、量子井戸
数を減らして ゛も、スペクトル純度が改善されないと
いう問題があった・ 〔課題を解決するための手段と作用〕 本発明は上記問題点を解決した単一波長量子井戸半導体
レーザ素子を提供するもので、InP基板上に、量子井
戸層と障壁層とからなる活性層および該活性層の上下そ
れぞれに配置された光閉し込め層を含むQ a X I
n 1−xA S yP +−y (0≦X、y≦
1)半導体層を設けた単一波長量子井戸半導体レーザ素
子において、量子井戸層数は1または2であり、量子井
戸層の厚さは3nm以上、8nm以下であることを第1
発明とし、量子井戸層は、光閉し込め層に対して0〜2
%の格子不整合率を有することを第2発明とするもので
ある。
上述のように本発明は、単一量子波長量子井戸半導体レ
ーザ素子の設計パラメータを定め、スペクトル純度の向
上を図ったものである。即ち、量子井戸層数を1または
2とし、かつ、量子井戸層の厚さを3nm以上、8nn
以下とするものである。
ーザ素子の設計パラメータを定め、スペクトル純度の向
上を図ったものである。即ち、量子井戸層数を1または
2とし、かつ、量子井戸層の厚さを3nm以上、8nn
以下とするものである。
量子井戸の効果を引き出すには、第1量子準位でレーザ
発振が起こっていることが重要である。
発振が起こっていることが重要である。
量子井戸層が8n+w以下の場合は、第1量子準位のみ
存在が許されるが、8nmを越えると第2量子準位も存
在する。そのため、レーザ発振が第2量子準位の遷移に
ともなう発光レベルで起きてしまい、期待される効果を
引き出すことが出来ない。
存在が許されるが、8nmを越えると第2量子準位も存
在する。そのため、レーザ発振が第2量子準位の遷移に
ともなう発光レベルで起きてしまい、期待される効果を
引き出すことが出来ない。
量子井戸層が3n−以下の場合は、井戸層から障壁層に
溢れたキャリアによる遷移(障壁層からの発光)が支配
的となり、このレベルでレーザ発振が起こる。同様に期
待される効果を引き出すことが出来なくなる。
溢れたキャリアによる遷移(障壁層からの発光)が支配
的となり、このレベルでレーザ発振が起こる。同様に期
待される効果を引き出すことが出来なくなる。
なお、上記内容は、量子井戸層が光閉じ込め層に対して
格子整合している状態でなりたつが、量子井戸層が光閉
し込め層に対して0〜2%の範囲の格子不整合率であれ
ば、同様の効果を得ることができる。
格子整合している状態でなりたつが、量子井戸層が光閉
し込め層に対して0〜2%の範囲の格子不整合率であれ
ば、同様の効果を得ることができる。
[実施例]
以下5図面に示した実施例に基づいて本発明の詳細な説
明する。
明する。
第1図は、本発明に係る単一波長量子井戸半導体レーザ
素子の一実施例の部分断面斜視図とバンドギャップ図で
ある。
素子の一実施例の部分断面斜視図とバンドギャップ図で
ある。
図中、21はn−1nP基板、22はn−TnPクラッ
ド層、23は禁制帯幅が階段状に変化するノンドープG
a1nAsP閉し込め層(バンドギヤ・ノブ波長に換算
し1.3.1.2.1.1.1.05as ;厚さはそ
れぞれ300A) 、24はノンドープGa1nAs量
子井戸層25(バンドギャップ波長1.67−;厚さ7
0A)とノンドープGa1nAsP障壁層26(バンド
ギャップ波長1.3InA;厚さ150A)からなる多
重量子井戸層、27は禁制帯幅が階段状に変化するノン
ドープGa1nAsP閉じ込め層(バンドギャップ波長
に換算し1.3 1.2 1.L 1.05u ;厚
さはそれぞれ300A) 、28は禁制帯幅が階段状に
変化するノンドープGa1nAsP閉じ込め層27上に
作製された1次回折格子(ピッチ〜2400 A、高さ
〜500A)、29はp−1nPクラツド層、30はp
−Ga1nAsPコンタクト層、31はp−1nP層3
1aとn−1nP層31bとからなる埋め込み層、32
はn側電極、33ばp(Ilii極である。本構造はM
OCVD法を用いて以下のようにして作製される。
ド層、23は禁制帯幅が階段状に変化するノンドープG
a1nAsP閉し込め層(バンドギヤ・ノブ波長に換算
し1.3.1.2.1.1.1.05as ;厚さはそ
れぞれ300A) 、24はノンドープGa1nAs量
子井戸層25(バンドギャップ波長1.67−;厚さ7
0A)とノンドープGa1nAsP障壁層26(バンド
ギャップ波長1.3InA;厚さ150A)からなる多
重量子井戸層、27は禁制帯幅が階段状に変化するノン
ドープGa1nAsP閉じ込め層(バンドギャップ波長
に換算し1.3 1.2 1.L 1.05u ;厚
さはそれぞれ300A) 、28は禁制帯幅が階段状に
変化するノンドープGa1nAsP閉じ込め層27上に
作製された1次回折格子(ピッチ〜2400 A、高さ
〜500A)、29はp−1nPクラツド層、30はp
−Ga1nAsPコンタクト層、31はp−1nP層3
1aとn−1nP層31bとからなる埋め込み層、32
はn側電極、33ばp(Ilii極である。本構造はM
OCVD法を用いて以下のようにして作製される。
(1)MOCVD法を用いn−1nP基板21上にn−
InPクラッド層22、禁制帯幅が階段状に変化するノ
ンドープGa1nAsP閉じ込め層(バンドギャップ波
長に換算し1,3、■。2.1.1.1.05−;厚さ
はそれぞれ300A)23、ノンドープGaI nAs
量子井戸層25(バンドギヤ、プ波長1.67−;厚さ
70A)とノンドープGa1nAsP障壁層26(バン
ドギャップ波長1.3μ;厚さ150A)からなる量子
井戸層24、禁制帯幅が階段状に変化するノンドープG
a1nAsP閉じ込め層(バンドギャップ波長に換算し
1.3.1.2.1.1.1.05−;厚さはそれぞれ
300A) 27を連続成長する。
InPクラッド層22、禁制帯幅が階段状に変化するノ
ンドープGa1nAsP閉じ込め層(バンドギャップ波
長に換算し1,3、■。2.1.1.1.05−;厚さ
はそれぞれ300A)23、ノンドープGaI nAs
量子井戸層25(バンドギヤ、プ波長1.67−;厚さ
70A)とノンドープGa1nAsP障壁層26(バン
ドギャップ波長1.3μ;厚さ150A)からなる量子
井戸層24、禁制帯幅が階段状に変化するノンドープG
a1nAsP閉じ込め層(バンドギャップ波長に換算し
1.3.1.2.1.1.1.05−;厚さはそれぞれ
300A) 27を連続成長する。
(2)禁制帯幅が階段状に変化するノンドープGa1n
AsP閉し込め層27上に、三光束干渉露光法により作
製した1次回折格子パターンを化学工・ンチングによっ
て転写する。
AsP閉し込め層27上に、三光束干渉露光法により作
製した1次回折格子パターンを化学工・ンチングによっ
て転写する。
(3)2回目のMOCVD法によってp−1nPクラツ
ド[29、プロセス用のGalnAsP層を成長する。
ド[29、プロセス用のGalnAsP層を成長する。
(4)通常のホトリソグラフィと化学工・ノチングの手
法を用いて活性層幅的2pvaの垂直メサを形成する。
法を用いて活性層幅的2pvaの垂直メサを形成する。
(5)3回[)MOCVD法によ#) S iOz膜を
用いて埋め込み層31を選択成長する。
用いて埋め込み層31を選択成長する。
(6)S i O□膜、プロセス用のGa1nAsP層
を除去した後、平坦化のため4回目のMOCVDでp−
1nPクラツド層29、p−Ga1nAsPコンタクト
層30を成長する。
を除去した後、平坦化のため4回目のMOCVDでp−
1nPクラツド層29、p−Ga1nAsPコンタクト
層30を成長する。
(5)n側電極32、p側電極33を形成した後レーザ
チップにへきかいする。
チップにへきかいする。
本実施例では、量子井戸の数を2とじ層厚を7n謡とし
である。本実施例の井戸層は、 Ga1nAsP(バン
ドギャップ波長1.3a+a)を障壁層に用いたGa1
nAs(バンドギャップ波長1.67m)量子井戸にお
いて第2量子準位がカットオフとなる井戸層の厚さ(お
よそ8ns)より薄く、7nmであり、第2量子準位は
存在していない。このような井戸層厚を用いることによ
って、低しきい値キャリア密度、第1量子準位からの発
振を実現できる。本構造を用いた井戸数2およびlの素
子について、低しきい値電流、第1量子準位よりの単一
モード発振を実現した。
である。本実施例の井戸層は、 Ga1nAsP(バン
ドギャップ波長1.3a+a)を障壁層に用いたGa1
nAs(バンドギャップ波長1.67m)量子井戸にお
いて第2量子準位がカットオフとなる井戸層の厚さ(お
よそ8ns)より薄く、7nmであり、第2量子準位は
存在していない。このような井戸層厚を用いることによ
って、低しきい値キャリア密度、第1量子準位からの発
振を実現できる。本構造を用いた井戸数2およびlの素
子について、低しきい値電流、第1量子準位よりの単一
モード発振を実現した。
第2図は、量子井戸数2、共振器長450−における発
振スペクトル図である。また、第3図は、量子井戸数と
線幅出力積の関係を示す図である。
振スペクトル図である。また、第3図は、量子井戸数と
線幅出力積の関係を示す図である。
この結果から、井戸数2共振器長450−で3.5MH
z−a+W、井戸数1共振器長600/1mlで450
kH2−mWであり、井戸数5共振器長300μのIO
M)lx −m−よりスペクトル純度が高いことを確
認した。
z−a+W、井戸数1共振器長600/1mlで450
kH2−mWであり、井戸数5共振器長300μのIO
M)lx −m−よりスペクトル純度が高いことを確
認した。
なお、上記実施例では、各層が格子不整合した状態であ
ったが、量子井戸層G a x I n 1−XA S
yP、−、(0≦x、y≦1)に対して0〜2%の格
子不整合率をもった層をもちいても、スペクトル純度は
向上した。但しこの場合、量子井戸活性層の厚さは臨界
膜厚以下であることは言うまでもない。
ったが、量子井戸層G a x I n 1−XA S
yP、−、(0≦x、y≦1)に対して0〜2%の格
子不整合率をもった層をもちいても、スペクトル純度は
向上した。但しこの場合、量子井戸活性層の厚さは臨界
膜厚以下であることは言うまでもない。
〔発明の効果]
以上説明したように本発明によれば、InP基板上に、
量子井戸層と障壁層とからなる活性層および該活性層の
上下それぞれに配置された光閉じ込め層を含むGa*T
nl−++ASy P I−F (0≦X、y≦1
)半導体層を設けた量子井戸半導体レーザ素子において
、量子井戸層数は1または2であり、量子井戸層の厚さ
は3−以上、8nm以下であるため、スペクトル純度が
向上するという優れた効果がある。
量子井戸層と障壁層とからなる活性層および該活性層の
上下それぞれに配置された光閉じ込め層を含むGa*T
nl−++ASy P I−F (0≦X、y≦1
)半導体層を設けた量子井戸半導体レーザ素子において
、量子井戸層数は1または2であり、量子井戸層の厚さ
は3−以上、8nm以下であるため、スペクトル純度が
向上するという優れた効果がある。
第1図は本発明に係る単一波長量子井戸半導体レーザ素
子の一実施例の部分断面斜視図とバンドギャップ図、第
2図は本実施例の発振スペクトル図、第3図は本実施例
の量子井戸数と線幅出力積の関係を示す図、第4図は従
来の単一波長量子井戸半導体レーザ素子の部分断面斜視
図とパンドギ十ツブ図である。 1.2l−n−1nP基板 2、22・・・n −1n Pクラッド層3、7.23
.27−・・ノンドープGa1nAsP閉し込め層 4.24・・・多重量子井戸層 5.25・・・ノンドープCaInAs量子井戸層6.
26・・・ノンドープGa1nAsP障壁層8.28・
・・−次回折格子 9.29−p−1nPクラッド層 10、3O−=p−Ga I nAs P’+ンタクト
層11、31・・・埋め込み層 11a、 31a−p −1n P層 11b、 31b−n −I n P層12、32・・
・n側電極 13、33・・・p#1を極 特許出願人 古河電気工業株式会社nm +−
1+IP 早戻頼轄 第3図
子の一実施例の部分断面斜視図とバンドギャップ図、第
2図は本実施例の発振スペクトル図、第3図は本実施例
の量子井戸数と線幅出力積の関係を示す図、第4図は従
来の単一波長量子井戸半導体レーザ素子の部分断面斜視
図とパンドギ十ツブ図である。 1.2l−n−1nP基板 2、22・・・n −1n Pクラッド層3、7.23
.27−・・ノンドープGa1nAsP閉し込め層 4.24・・・多重量子井戸層 5.25・・・ノンドープCaInAs量子井戸層6.
26・・・ノンドープGa1nAsP障壁層8.28・
・・−次回折格子 9.29−p−1nPクラッド層 10、3O−=p−Ga I nAs P’+ンタクト
層11、31・・・埋め込み層 11a、 31a−p −1n P層 11b、 31b−n −I n P層12、32・・
・n側電極 13、33・・・p#1を極 特許出願人 古河電気工業株式会社nm +−
1+IP 早戻頼轄 第3図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)InP基板上に、量子井戸層と障壁層とからなる活
性層および該活性層の上下それぞれに配置された光閉じ
込め層を含むGa_xIn_1_−_xAs_yP_1
_−_y(0≦x、y≦1)半導体層を設けた単一波長
量子井戸半導体レーザ素子において、量子井戸層数は1
または2であり、量子井戸層の厚さは3nm以上、8n
m以下であることを特徴とする単一波長量子井戸半導体
レーザ素子。 2)量子井戸層は、光閉じ込め層に対して0〜2%の格
子不整合率を有することを特徴とする請求項1記載の単
一波長量子井戸半導体レーザ素子。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33654690A JPH04206789A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 単一波長量子井戸半導体レーザ素子 |
CA002068339A CA2068339C (en) | 1990-09-12 | 1991-09-12 | Quantum well semiconductor laser device |
US07/854,646 US5327445A (en) | 1990-09-12 | 1991-09-12 | Quantum-well type semiconductor laser device |
PCT/JP1991/001213 WO1992004753A1 (en) | 1990-09-12 | 1991-09-12 | Quantum-well-type semiconductor laser element |
EP19910915987 EP0500962A4 (en) | 1990-09-12 | 1991-09-12 | Quantum-well-type semiconductor laser element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33654690A JPH04206789A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 単一波長量子井戸半導体レーザ素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04206789A true JPH04206789A (ja) | 1992-07-28 |
Family
ID=18300252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33654690A Pending JPH04206789A (ja) | 1990-09-12 | 1990-11-30 | 単一波長量子井戸半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04206789A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5621747A (en) * | 1993-03-12 | 1997-04-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Multi quantum well semiconductor laser and optical communication system using the same |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP33654690A patent/JPH04206789A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5621747A (en) * | 1993-03-12 | 1997-04-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Multi quantum well semiconductor laser and optical communication system using the same |
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