JPH05145178A - 歪量子井戸半導体レーザ素子 - Google Patents

歪量子井戸半導体レーザ素子

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JPH05145178A
JPH05145178A JP3329517A JP32951791A JPH05145178A JP H05145178 A JPH05145178 A JP H05145178A JP 3329517 A JP3329517 A JP 3329517A JP 32951791 A JP32951791 A JP 32951791A JP H05145178 A JPH05145178 A JP H05145178A
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strained quantum
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 作製が容易で高温特性に優れた歪量子井戸半
導体レーザ素子を提供する。 【構成】 量子井戸層と障壁層とが交互に積層されて成
る量子井戸活性層５が、半導体基板２上に設けられた歪
量子井戸半導体レーザ素子１において、量子井戸層が引
っ張り歪み構造で形成され、且つ障壁層が圧縮歪み構造
で形成さていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、又は、情報通
信用の光源として用いられる歪量子井戸半導体レーザ素
子に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、歪量子井戸構造の活性層を用いた歪
量子井戸半導体レーザ素子の研究が盛んに行われてい
る。
【０００３】歪量子井戸半導体レーザ素子は、通常１０
０Ａ°（オングストローム。以下同じ。）程度の薄膜半
導体層を活性層に用いた量子井戸半導体レーザ素子の一
種であるが、歪量子井戸構造を構成する量子井戸層と障
壁層との格子定数がそれぞれ２〜３％程度異なることか
ら、量子井戸層、及び障壁層にそれぞれ応力を加えるこ
とでその格子定数を一致させており、これより価電子帯
のホールの有効質量を伝導帯のエレクトロンの有効質量
と同程度にでき、低しきい値電流動作が可能である。
【０００４】実際、発振波長が１μｍ付近の歪量子井戸
半導体レーザ素子においては、低しきい値電流動作が可
能であることが確認されており、そのため、光通信用の
光源として特に重要である発振波長１．３μｍ帯、又
は、１．５μｍ帯の歪量子井戸半導体レーザ素子の早期
実現が望まれている。このうち、発振波長が１．５μｍ
帯においては、量子井戸層が圧縮歪み構造のＩｎＧａＡ
ｓ層で形成され、且つ障壁層が引っ張り歪み構造のＩｎ
ＧａＡｓＰ層で形成されたＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系の歪量子井戸半導体レーザ素子１２が提案されてい
る。
【０００５】図３に示すように、この歪量子井戸半導体
レーザ素子１２は、ｎ型のＩｎＰから成る半導体基板１
３上に、ｎ型のＩｎＰから成るバッファ層１４と、ノン
ドープのＩｎＧａＡｓＰから成る光導波路層１５（エネ
ルギーバンドギャップ波長＝１．２μｍ）と、量子井戸
活性層１６と、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰから成る光
導波路層１７（エネルギーバンドギャップ波長＝１．２
μｍ）と、ｐ型のＩｎＰから成るクラッド層１８と、ｐ
型のＩｎＧａＡｓから成るコンタクト層１９とが、有機
金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等のエピタキシャル成
長法により順次積層された構造である。また、量子井戸
活性層１６は、図４に拡大図示するように、圧縮歪み構
造のＩｎＧａＡｓ層から成る量子井戸層２０と、引っ張
り歪み構造のＩｎＧａＡｓＰ層から成る障壁層２１とが
交互に積層された多重量子井戸構造で、本例では８層積
層されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の歪
量子井戸半導体レーザ素子１２においては以下に示すよ
うな問題点が生じた。即ち、本構造の歪量子井戸半導体
レーザ素子１２を用いて波長１．５μｍ帯のレーザ発振
を実現するためには、量子井戸層２０の厚さを２０Ａ°
程度にしなければならず、そのため、量子井戸層２０が
高キャリア濃度を有することとなる。従って、室温では
低しきい値電流駆動、および高効率動作を実現できる
が、発振波長が１．５μｍ帯のように長波長帯の場合に
は、温度特性を支配しているオージェ再結合が量子井戸
層２０のキャリア濃度に大きく依存するため、高温特性
において悪影響が生じ、その結果、低しきい値電流駆
動、高効率動作、および高速変調が実現できないという
問題が生じた。しかも、量子井戸層２０の膜厚を２０Ａ
°程度にしなければならないので、膜厚制御が非常に困
難になるという問題も生じた。
【０００７】
【発明の目的】本発明は前記問題点に鑑みなされたもの
でその目的とするところは、作製が容易で高温特性に優
れた歪量子井戸半導体レーザ素子を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、量子井戸層と障壁層とが交互に積層
されて成る量子井戸活性層が、半導体基板上に設けられ
た歪量子井戸半導体レーザ素子において、前記量子井戸
層が引っ張り歪み構造で形成され、且つ前記障壁層が圧
縮歪み構造で形成されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明は、量子井戸活性層を形成する量子井戸
層を引っ張り歪み構造で形成し、且つ障壁層を圧縮歪み
構造で形成しているので、温度特性を支配しているオー
ジェ再結合の割合を低減でき、高温でも低しきい値電流
動作、高効率動作、および高速変調を実現することがで
きる。また、量子井戸層の膜厚を厚くできる（２０Ａ゜
以上）ため、膜厚制御も容易になる。
【００１０】
【実施例】本発明の一実施例を図を参照して詳細に説明
する。
【００１１】図１は一実施例である歪量子井戸半導体レ
ーザ素子１の断面図である。本図の歪量子井戸半導体レ
ーザ素子１は、ｎ型のＩｎＰから成る半導体基板２上
に、厚さ１５００Ａ°でｎ型のＩｎＰから成るバッファ
層３と、厚さ１５００Ａ゜でノンドープのＩｎＧａＡｓ
Ｐから成る光導波路層４（エネルギーバンドギャップ波
長＝１．２μｍ）と、量子井戸活性層５と、厚さ１５０
０Ａ゜でノンドープのＩｎＧａＡｓＰから成る光導波路
層６（エネルギーバンドギャップ波長＝１．２μｍ）
と、厚さ２μｍでｐ型のＩｎＰから成るクラッド層７
と、厚さ０．５μｍでｐ型のＩｎＧａＡｓから成るコン
タクト層８と、厚さ３μｍでＦｅがドープされた半絶縁
性のＩｎＰ層から成る埋め込み層９とが、有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）等のエピタキシャル成長法で順
次積層された埋め込み型ヘテロ構造である。また、量子
井戸活性層５は図２に拡大図示するように、厚さ４０Ａ
°で引っ張り歪み構造のＩｎX Ｇａ1-X Ａｓ（例えば、
Ｘ＝０．４）から成る量子井戸層１０と、厚さ１２０Ａ
゜で圧縮歪み構造のＩｎＧａＡｓＰから成る障壁層１１
とが交互に積層された多重量子井戸構造で、本実施例で
は６層積層されている。
【００１２】本実施例のように、量子井戸活性層５を狭
ストライプ構造にし、例えば、共振器長２００μｍ、お
よび共振器端面の反射率の積を０．８（後端面＝９５
％、前端面＝８４％の時）とした歪量子井戸半導体レー
ザ素子１において、しきい値電流３ｍＡ（室温）、駆動
可能温度（ＣＷ＝ｃｕｒｒｅｎｔ，ｗａｖｅ、直流電流
駆動）を最高１３０℃以上に設定できた。また、量子井
戸活性層５全体の膜厚は臨海膜厚を越えているにもかか
わらず、障壁層１１が圧縮歪み構造であるため、結晶の
転移は観察されなかった。
【００１３】尚、量子井戸層１０、および障壁層１１の
膜厚、組成比は本実施例に限定されるものではなく、量
子井戸層１０が引っ張り歪み構造で形成され、且つ障壁
層１１が圧縮歪み構造で形成されていればどのような値
であってもよい。また、障壁層１１としてＡｌＧａＩｎ
Ａｓ層を用いてもよく、更に共振器内部の損失を小さく
するために、光導波路層４，６をＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造
としてもよい。
【００１４】本実施例のように、量子井戸活性層５を形
成する量子井戸層１０を引っ張り歪み構造で形成し、且
つ障壁層１１を圧縮歪み構造で形成しているので、量子
井戸層１０の数を増加できて温度特性を支配しているオ
ージェ再結合の割合を低減でき、高温でも低しきい値電
流動作、高効率動作、および高速変調を実現することが
できる。また、量子井戸層１０の膜厚も従来例よりも厚
く（２０Ａ゜以上）することができるので、量子井戸層
１０の膜厚制御も容易になる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の歪量子井戸半導体レーザ素子に
よれば、量子井戸活性層を形成する量子井戸層が引っ張
り歪み構造で形成され、且つ障壁層が圧縮歪み構造で形
成されているので、温度特性を支配しているオージェ再
結合の割合を低減でき、高温でも低しきい値電流動作、
高効率動作、および高速変調を実現することができる。
また、量子井戸活性層の膜厚を厚くできるので、作製が
容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】従来の歪量子井戸半導体レーザ素子の断面図で
ある。
【図４】図３の要部拡大図である。
【符号の説明】
１ 歪量子井戸半導体レーザ素子 ２ 半導体基板 ３ バッファ層 ４，６ 光導波路層 ５ 量子井戸活性層 ７ クラッド層 ８ コンタクト層 ９ 埋め込み層 １０ 量子井戸層 １１ 障壁層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 量子井戸層と障壁層とが交互に積層され
    て成る量子井戸活性層が、半導体基板上に設けられた歪
    量子井戸半導体レーザ素子において、前記量子井戸層が
    引っ張り歪み構造で形成され、且つ前記障壁層が圧縮歪
    み構造で形成されていることを特徴とする歪量子井戸半
    導体レーザ素子。
JP3329517A 1991-11-18 1991-11-18 歪量子井戸半導体レーザ素子 Pending JPH05145178A (ja)

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