JPH05243676A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH05243676A
JPH05243676A JP4079056A JP7905692A JPH05243676A JP H05243676 A JPH05243676 A JP H05243676A JP 4079056 A JP4079056 A JP 4079056A JP 7905692 A JP7905692 A JP 7905692A JP H05243676 A JPH05243676 A JP H05243676A
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active layer
laser device
semiconductor laser
conductivity type
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Satoshi Arimoto
智 有本
Takashi Nishimura
隆司 西村
Takashi Motoda
隆 元田
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ装置の閾値電流密度を低減させ
る。 【構成】 第１導電型の基板１０１上に第１導電型のク
ラッド層１０２，活性層１０３および第２導電型のクラ
ッド層１０５を有し、第２導電型のクラッド層１０５と
活性層１０３との間に多重量子障壁１０４を設け、かつ
活性層１０３が歪の加わった層を備えた構成とした。 【効果】 閾値電流が大幅に低減され、高温動作可能な
高出力半導体レーザが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はIII −Ｖ族及びII−VI
族化合物半導体からなる半導体レーザ装置に関し、特に
低しきい値で高温動作を可能とする半導体レーザ装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に半導体レーザには、活性層をそれ
よりも禁制帯幅の大きなクラッド層ではさみ込んだダブ
ルヘテロ構造が採用されている。このダブルヘテロ構造
に順バイアスを印加すると、クラッド層から活性層にキ
ャリアが注入されると同時に各層の禁制帯幅の違いによ
り生じるポテンシャル障壁によりキャリアは活性層中に
有効に閉じ込められ、発光再結合により光を発生する。
しかし、このポテンシャル障壁が小さいと、キャリア、
特に有効質量の小さい電子は活性層からクラッド層にあ
ふれ出す、いわゆるオーバーフローを生じ、しきい値電
流が増加し、レーザ特性が悪化する。特に高温ではキャ
リアの持つエネルギーが高くなるため、オーバーフロー
を生じやすく、レーザ発振が不可能になり易い。この様
なキャリアのオーバーフローを抑制する方法として、多
重量子障壁(Multi Quantum Barrier;MQB)が、東京工業
大学の伊賀教授らにより、例えばエレクトロニクスレタ
ーズ，２２巻，１９８６年，１００８ページ（K.Iga,
H.Uenohara and F.Koyama,Electronics Letters,vol.22
(1986)pp.1008) において、提案されている。
【０００３】ＭＱＢは厚さ十数オングストロームのウェ
ルとバリアで構成された多重量子井戸構造を有し、原理
的には電子波が量子井戸界面で反射される現象を利用し
ている。このＭＱＢをレーザの活性層とクラッド層の間
に設けた場合、活性層とクラッド層の間に生じたポテン
シャル障壁以上のエネルギを有する電子はＭＱＢの量子
力学的効果により反射され、クラッド層へのオーバーフ
ローが抑制される。この様子を概念的に示したのが図９
である。図中△Ｅc は活性層とクラッド層の伝導帯側の
エネルギーギャップ差、△Ｕe はＭＱＢによる実効的な
ポテンシャル障壁の増加量を示している。この様に電子
はＭＱＢにより生じた△Ｕe のポテンシャル障壁によ
り、△Ｅc 以上のエネルギを有していても反射され有効
に活性層中に閉じ込められることになる。
【０００４】また図８は、第１２回ＩＥＥＥインターナ
ショナルセミコンダクタレーザコンファレンス会議抄録
（K.Kishino, A.Kikuchi, Y.Kaneko and I.Nomura,Conf
erence Digest,12th IEEE International Semiconducto
r Laser Conference,(1990)PP.21,PD-10）において示さ
れたＭＱＢのデバイス適用例である。これはガスソース
ＭＢＥ法を用いてエピタキシャル成長されたものであ
る。図において、２１はｎ型GaAs基板，２２はｎ型GaIn
P バッファ層，２３はｎ型AlInP クラッド層，２４は超
格子クラッド層，２５はGaInP 活性層，２６は超格子ク
ラッド層，２７はGaInP ウェル，AlInP バリアからなる
ＭＱＢ，２８はｐ型AlInP クラッド層，２９はｐ型GaIn
P キャップ層である。２４，２６の超格子クラッド層は
活性層２５との界面における非発光再結合を減少させ、
レーザ特性を向上させることを目的として挿入されてい
る。この従来例は、ＭＱＢを半導体レーザに適用した最
初の例であり、実際、ＭＱＢによるキャリアオーバーフ
ロー抑制効果により、しきい値電流の減少および温度特
性の改善が示されている。
【０００５】また、エレクトロニクスレターズ，２８
巻，２号，１９９２年，１５０ページ（ELECTORONICS L
ETTERS 16th January 1992 Vol.28 No.2 pp.150 ）に
は、InGaP/InGaAlP 多重量子井戸活性層を有し、その活
性層上のInGaAlP ガイド層とp-InGaP クラッド層の間に
InGaP/InGaAlP ＭＱＢを挿入した半導体レーザを用い、
高温（９０°Ｃ）連続動作が可能となった例が示されて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の多重量子障壁を
有する半導体レーザ装置は以上のように構成されてお
り、ＭＱＢは理論的および実験的にもその効果が確認さ
れているが、ＭＱＢのみではレーザの閾電流密度低減が
不充分であること、ならびに従来のＭＱＢでは正孔のオ
ーバーフロー抑制については最適化されていないという
問題点があった。
【０００７】この発明は上記の様な問題点を解消するた
めになされたもので、さらに低い閾電流密度を実現で
き、また電子のみならず正孔のオーバーフローをも抑制
することのできる構造を有する半導体レーザ装置を得る
ことを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザ装置は、第１導電型の基板上に第１導電型のクラッ
ド層，活性層および第２導電型のクラッド層を有し、前
記クラッド層の少なくともいずれか一方と前記活性層と
の間に多重量子障壁を備え、かつ前記活性層が歪の加わ
った層を備えた構成としたものである。
【０００９】また、この発明に係る半導体レーザ装置
は、禁制帯幅の大きな半導体層と禁制帯幅の小さな半導
体層を交互に積層して構成されるＭＱＢが歪の加わった
層を備えた構成としたものである。
【００１０】また、この発明に係る半導体レーザ装置
は、活性層が歪の加わった層を備え、かつ、歪の加わっ
た層を有し、禁制帯幅の大きな半導体層と禁制帯幅の小
さな半導体層を交互に積層して構成されるＭＱＢがｎ型
クラッド層と上記活性層との間に挿入されている構成と
したものである。
【００１１】
【作用】この発明に係る半導体レーザ装置は、第１導電
型の基板上に第１導電型のクラッド層，活性層および第
２導電型のクラッド層を有し、前記クラッド層の少なく
ともいずれか一方と前記活性層との間に多重量子障壁を
備え、かつ前記活性層が歪の加わった層を備えた構成と
したので、ＭＱＢと歪活性層の相乗効果により大幅に閾
値電流を低減することができる。
【００１２】またこの発明に係る半導体レーザ装置は、
禁制帯幅の大きな半導体層と禁制帯幅の小さな半導体層
を交互に積層して構成されるＭＱＢが歪の加わった層を
備えた構成としたので、正孔に対する閉じ込め障壁高さ
を増大させることができる。
【００１３】また、この発明に係る半導体レーザ装置
は、活性層が歪の加わった層を備え、かつ、歪の加わっ
た層を有し、禁制帯幅の大きな半導体層と禁制帯幅の小
さな半導体層を交互に積層して構成されるＭＱＢがｎ型
クラッド層と上記活性層との間に挿入されている構成と
したので、大幅に閾値電流を低減することができ、ま
た、正孔に対する閉じ込め障壁高さを十分に増大させる
ことができる。
【００１４】
【実施例】本発明はIII −Ｖ族およびII−VI族化合物半
導体全てに適用可能であるが、以下ではAlGaInP 系可視
光半導体レーザ装置を例として説明する。
【００１５】図１(a) は、本発明の第１の実施例による
多重量子障壁を有する AlGaInP可視光レーザ装置の基本
的な構造断面図である。図において、１０１はｎ型 GaA
s 基板である。厚さ1.5 μm のｎ型(Al0.7Ga0.3)0.5In
0.5P クラッド層１０２は基板１０１上に配置され、Ga
x In1-X P 活性層１０３はクラッド層１０２上に配置さ
れる。また、ＭＱＢ１０４は、図１(b) に示す様に、例
えば厚さ２２６オングストロームのｐ型(Al0.7Ga0.3)
0.5In0.5P バッファ層１０４ａ，厚さ１１．５オングス
トロームのｐ型Ga0.5In0.5P ウェル層１０４ｂ，厚さ１
７オングストロームのｐ型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P バリ
ア層１０４ｃ，合計２０層からなる超格子多層膜で成り
立っており、活性層１０３上に配置される。厚さ1.5 μ
m のｐ型(Al0 .7Ga0.3)0.5In0.5P クラッド層１０５はＭ
ＱＢ１０４上に配置され、厚さ0.5 μm のｐ型 GaAs 層
１０６はクラッド層１０５上に配置される。なお結晶組
成について述べると、(Al y Ga1-y ) x In1-x P と表記
した場合、０≦ｙ≦１全ての範囲でｘ＝０．５において
本結晶はGaAsに格子整合する。ここで活性層１０３のGa
x In1-x P はGaAsに格子整合をさせない様にｘ≠０．５
とする。ここでｘ＞０．５とするとGax In1-x P の格子
定数はGaAsよりも小さくなるため、図１(a) の様な層構
造にした場合、活性層１０３には引張り歪が、逆にｘ＜
０．５とするとGax In1-x P の格子定数はGaAsより大き
くなるため活性層１０３には圧縮歪が加わることにな
る。
【００１６】また、図１(c) は本実施例におけるＭＱＢ
による実効的な電子の閉じ込め障壁高さを示す図であ
り、図に示すように、実効的な閉じ込め障壁が増大して
いる。具体的には、活性層１０３とｐ型(Al0.7Ga0.3)
0.5In0.5P バッファ層１０４ａの伝導帯のエネルギー不
連続量△Ｅc(〜150meV) がＵe ／＝２△Ｅc 程度となっ
ている。
【００１７】次に、本実施例の半導体レーザ装置のレー
ザ特性について実験結果をもとに説明する。
【００１８】Gax In1-x P 活性層１０３の厚さを１５０
オングストロームとして、ｘを0.5〜0.45の範囲で変化
させ、レーザ特性を調べた。この場合の歪量は０〜0.45
％に対応する。
【００１９】図２は活性層１０３に加えた歪量とレーザ
の閾電流密度の関係を示す図である。図２に示す様に、
ＭＱＢの挿入、もしくは活性層への歪印加のみでは、３
KA／cm2 前後とその閾電流密度低減効果は充分でないの
に対し、ＭＱＢの挿入と活性層への歪印加を組み合わせ
ると、1.2KA ／cm2 程度まで閾値電流密度が著しく低減
される。
【００２０】上記実施例では、活性層１０３を１５０オ
ングストロームと非常に薄膜化しているが、これはレー
ザの高出力化を意図したものである。一般に活性層を薄
膜化すると活性層中の光閉じ込め効果が弱まり、光の大
部分はクラッド層にしみ出す。このためレーザの出射端
面における光密度が減少し、高出力動作に伴う端面破壊
を抑制することができ、高出力化を図ることができる。
しかし、活性層を薄膜化するとその体積が減少するため
注入されたキャリア、例えば電子は図１(c) に示す閉じ
込め障壁△Ｅc を容易に乗り越えクラッド層側に漏れ出
す、いわゆるオーバーフロー現象が生じ、この結果閾値
電流が著しく増大する。これを抑制するのにＭＱＢによ
る実効的な閉じ込め障壁の増大効果が有効である。しか
し、図２に示す実験結果から明らかな様に、ＭＱＢのみ
では充分に閾値電流密度は低減されていない。
【００２１】一方、活性層に歪を加えることにより閾値
電流密度が低減できることが一般に知られている。例え
ば活性層に圧縮歪を加えた場合、正孔の有効質量が減少
（価電子帯の有効状態密度が減少）するため、発振閾キ
ャリア濃度が下がり、その結果閾電流密度が低減され
る。しかし、同じく図２に示すように、歪のみを加えた
場合の閾電流密度は、約2.8KA ／cm2 と充分低減されて
いない。
【００２２】ただし、図２に図示していないが、同じ膜
厚の活性層を有するレーザ構造において、ＭＱＢの挿入
も活性層への歪印加もない場合には、レーザ発振しない
結果を得ており、このことからＭＱＢもしくは活性層へ
の歪印加のみでも閾値電流密度はある程度低減されてい
ることがわかっている。
【００２３】ところが、本実施例では、ＭＱＢとその格
子定数が基板の格子定数と０．１％以上異なる結晶組成
をもつ歪活性層を組み合わせたレーザ構造としているの
で、さらに閾値電流密度の低減が実現されることとな
り、図２に示すようにその効果は著しい。
【００２４】図３(a) は本発明の第２の実施例による多
重量子障壁を有する半導体レーザ装置を示す図である。
図において、２００はｎ型クラッド層１０２上に配置さ
れた歪活性層であり、厚さ８０オングストロームの(Al
0.7Ga0.3)0.5In0.5P バリア層２０１，厚さ１００オン
グストロームのGaA In1-A P ウェル層(A≠0.5)２０２か
ら構成されている。また、上記実施例と同一符号は同一
名称を示す。
【００２５】上記第１の実施例では活性層１０３が単一
の結晶からなるものを用いたが、本実施例においては活
性層２００を例えば図３(b) に示すようなバリア層２０
１，ウェル層２０２からなる多重量子井戸構造を有する
ものとしている。本実施例においては、ウェル層２０２
に歪を入れることにより全体として活性層２００は歪を
もつこととなり、上記第１の実施例と同様の効果を奏す
る。
【００２６】なお、本実施例では複数のウェル層すべて
に歪が入っている図を示したが、複数のウェル層のうち
１つ以上の層に歪が入っていればよく、同様の効果を奏
する。
【００２７】上記第１または第２の実施例で述べた様
に、ＭＱＢと歪を加えた活性層を備えたレーザ構造とす
ることにより、レーザの発振閾電流密度が著しく低減さ
れる。しかし、活性層に圧縮歪を加えた場合、その活性
層の正孔の有効質量が低減されるため、正孔がクラッド
層に溢れ出すオーバーフローが生じ易くなる。従ってこ
の正孔のオーバーフローを抑制できれば、さらに閾電流
密度を低減することができると考えられる。このような
問題を解決することのできる半導体レーザ装置の構造に
ついて以下に述べる。
【００２８】図３は本発明の第３の実施例による多重量
子障壁を有する半導体レーザ装置を示す図である。図に
おいて、１０７はＭＱＢであり、活性層１０３とｎ型ク
ラッド層１０２の間に挿入されている。また、上記実施
例と同一符号は同一名称を示す。
【００２９】上記第１の実施例では、ＭＱＢをｐ型クラ
ッド層側に挿入したが、本実施例ではこれに加えて、例
えば図１(b) に示す各層厚を有するｎ型のＭＱＢ１０７
をｎ型クラッド層１０２と活性層１０３に挿入したもの
である。このｎ型のＭＱＢは活性層１０３に注入される
正孔に対する閉じ込め障壁を増大させる効果があるの
で、さらに閾値電流密度を低減できる。
【００３０】ところで、上記第３の実施例で用いたＭＱ
Ｂ１０７は従来のものと同じ構造であり、活性層１０３
に注入される正孔に対する閉じ込め障壁を増大させる効
果はあるがその効果は十分なものではない。そこで、従
来のＭＱＢよりもさらにキャリア、特に正孔に対して閉
じ込め障壁高さを増大できるＭＱＢの構造について説明
する。
【００３１】図５(a) は本発明の第４の実施例による多
重量子障壁を有する半導体レーザ装置を示す図であり、
図５(b) は本実施例におけるＭＱＢの構造の一例を示す
図である。図において、３０４は歪ＭＱＢであり、ＭＱ
Ｂ構造３０４は厚さ２２６オングストロームの(Al0.7Ga
0.3)0.5In0.5P バリア層３０４ａ，厚さ１７オングスト
ロームのGaZ In1-Z P ウェル層３０４ｂ，厚さ１１．５
オングストロームの(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P バリア層３
０４ｃ，合計２０層から構成され、活性層１０３とｎ型
クラッド層１０２の間に挿入されている。また、上記実
施例と同一符号は同一名称を示す。
【００３２】ここでは、AlGaInP 系材料を例として示し
ているが、本実施例の基本的な考え方は、ウェルとなる
半導体層（本実施例では３０４ｂ）に圧縮歪を印加する
ことにある。
【００３３】本実施例によるＭＱＢ構造において、ウェ
ル層３０４ｂに、ｚ＜0.5 とすることにより圧縮歪を加
えると、その正孔の有効質量が減少するが、図６はその
減少量に対し、正孔に対する閉じ込め障壁高さがどの様
に変化するかを理論的に示した図である。図において、
△Ｅv はGax In1-x P 活性層と(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
クラッド層のヘテロ接合部における価電子帯のバンド不
連続量，Ｕh はＭＱＢによる正孔に対する実効的な閉じ
込め障壁高さ，ｍ* hoはGaAsに格子整合したGaz In1-z
P ウェル層(z＝0.5)３０４ｂの正孔の有効質量，ｍ* h
はｚ＜0.5 の領域で仮定したGaz In1-z P ウェル層３０
４ｂの正孔の有効質量を表している。なお、図の横軸は
ｍ* h とｍ* hoの比，縦軸は△Ｅv に対するＵh を相対
値で示している。
【００３４】図６より分かる様に、Gaz In1-z P ウェル
層３０４ｂに歪を加えない場合、即ちｚ＝0.5 の場合ｍ
* ho＝ｍ* h （ｍ* h ／ｍ* ho＝１）ではＵh は約1.4
△Ｅv と４０％程度正孔に対する閉じ込め障壁が増大す
るにすぎないが、Gaz In1-zP ウェル層３０４ｂに圧縮
歪を加えると（即ちｚ＜0.5 ）、正孔の有効質量が低下
するにつれＵh はさらに増大していく。例えばｍ* h ／
ｍ* ho＝0.25，即ち圧縮歪を加えることで正孔の質量が
歪の無い場合の１／４迄低減できた場合には、Ｕh ≒2.
4 △Ｅv と著しくＵh が増加することが分かる。
【００３５】このように、本実施例における歪ＭＱＢは
正孔に対する閉じ込め障壁高さを著しく大きくできる効
果がある。
【００３６】本実施例による半導体レーザ装置は、図５
(a) に示すように、活性層１０３とｐ型クラッド層１０
５との間に挿入されている歪のないＭＱＢに加えて、歪
入りＭＱＢ３０４を活性層１０３とｎ型クラッド層１０
２の間に挿入したものである。このようなレーザ構成で
は、ＭＱＢ１０４および歪ＭＱＢ３０４により電子と正
孔がクラッド層に溢れ出すことなく有効に活性層中に閉
じ込められるため、非常に低い閾値電流密度のレーザを
実現することが可能となる。また、これにより、温度特
性も改善され、高温での半導体レーザの動作が可能とな
る。
【００３７】なお、本実施例では活性層が歪を含む構成
としたが、歪ＭＱＢは正孔に対する閉じ込め障壁高さを
著しく大きくするので、活性層が歪の加わった層を備え
ていない場合であっても効果があることは言うまでもな
い。
【００３８】さらに、歪ＭＱＢは電子に対しても閉じ込
め障壁高さを大きくすることが考えられ、ｐ型クラッド
層と活性層の間にこれを挿入することも考えられる。
【００３９】図７(a) は本発明の第６の実施例による多
重量子障壁を有する半導体レーザ装置を示す図であり、
図７(b) は本実施例に用いた多重量子障壁を示す図であ
る。
【００４０】以上の実施例ではＭＱＢがAlGaInP 系材料
のみで構成される場合について示したが、ここでは特に
AlGaInP 系可視光レーザの特性改善に有効なＭＱＢにつ
いて述べる。
【００４１】図７(b) は、AlGaInP バリア層４０４ａ，
AlGaAsウェル層４０４ｂの超格子多層膜からなるＭＱＢ
構造４０４である。ここでバリア層とウェル層のバンド
キャップは必ず前者が大きくなる様に設定する。例え
ば、バリア層４０４ａを(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P ，ウェ
ル層をGaAsとした場合、そのバンドキャップ差は、およ
そ1.6eＶとなり、例えば図１(b) で示したGa0.5In0.5P
ウェル層を用いた場合のバンドキャップ差約0.4eＶに対
して1.2eＶ程度大きくなる。これにより、さらにキャリ
アの閉じ込め障壁の高さを増大させることができる。
【００４２】さらに本構造の特徴は、ウェル３０４ｂに
高ドープできる点にある。一般にAlGaInP 材料は不純物
を高濃度にドーピングすることが困難である。従って、
AlGaInP 系材料だけで構成したＭＱＢは比較的高い抵抗
を有し、これがレーザの直列抵抗を増大させ、レーザの
消費電力を増大させることにつながる。本実施例に示す
様なＭＱＢ構造では、ウェルに不純物を容易に高濃度ド
ープできるAlGaAs系材料を用いているため、ＭＱＢ自体
の抵抗を減少でき、レーザの直列抵抗を低減することが
可能となる。このようにＭＱＢによる実効的な障壁高さ
をさらに増大できると共に、ＭＱＢによる直列抵抗を低
減できるので低消費電力の可視光レーザを実現すること
ができる。
【００４３】このように本実施例では、キャリアの閉じ
込め効果が高く、レーザの消費電力を抑えることのでき
る半導体レーザ装置を得ることができる。
【００４４】なお、本実施例ではＭＱＢ４０４に歪を加
えていない場合を示したが、バリア層の組成を調節すれ
ば歪を加えることができ、さらにキャリアの閉じ込め効
果を増大させることができる。
【００４５】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る半導体レ
ーザ装置によれば、第１導電型の基板上に第１導電型の
クラッド層，活性層および第２導電型のクラッド層を有
し、前記クラッド層の少なくともいずれか一方と前記活
性層との間に多重量子障壁を備え、かつ前記活性層が歪
の加わった層を備えた構成としたので、ＭＱＢと歪活性
層の効果により大幅に閾値電流を低減することができ、
高温動作可能な半導体レーザ装置が得られる効果があ
る。
【００４６】またこの発明に係る半導体レーザ装置によ
れば、禁制帯幅の大きな半導体層と禁制帯幅の小さな半
導体層を交互に積層して構成されるＭＱＢが歪の加わっ
た層を備えた構成としたので、正孔に対する閉じ込め障
壁高さを増大させることができ、さらに閾値電流を低減
することができるという効果がある。
【００４７】また、この発明に係る半導体レーザ装置に
よれば、活性層が歪の加わった層を備え、かつ、歪の加
わった層を有し、禁制帯幅の大きな半導体層と禁制帯幅
の小さな半導体層を交互に積層して構成されるＭＱＢが
ｎ型クラッド層と上記活性層との間に挿入されている構
成としたので、大幅に閾値電流を低減することができ、
また、正孔に対する閉じ込め障壁高さを十分に増大させ
ることができ、温度特性が改善された半導体レーザ装置
が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による半導体レーザ装置
を示す図である。
【図２】活性層への歪印加量と閾電流密度の関係を示す
図である。
【図３】本発明の第２の実施例による半導体レーザ装置
を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例による半導体レーザ装置
を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例による半導体レーザ装置
を示す図である。
【図６】歪を有するＭＱＢの正孔に対する閉じ込め障壁
の高さの計算例を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施例による半導体レーザ装置
を示す図である。
【図８】従来のＭＱＢを有する半導体レーザ装置を示す
図である。
【図９】従来のＭＱＢの概念図である。
【符号の説明】
１０１ ｎ型 GaAs 基板 １０２ ｎ型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P クラッド層 １０３ Gax In1-x P 活性層 １０４ ＭＱＢ １０４ａ ｐ型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P バッファ層 １０４ｂ ｐ型 Ga0.5In0.5Pウェル層 １０４ｃ ｐ型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P バリア層 １０５ ｐ型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P クラッド層 １０６ ｐ型 GaAs 層 ２０１ (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P バリア層 ２０２ GaA In1-A P ウェル層 ３０４ 歪ＭＱＢ ３０４ａ (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P バッファ層 ３０４ｂ GaZ In1-Z P ウェル層 ３０４ｃ (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P バリア層 ４０４ AlGaInP ／AlGaAs ＭＱＢ ４０４ａ AlGaInP バリア層 ４０４ｂ AlGaAsウェル層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１１月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】また、図１(c) は本実施例におけるＭＱＢ
による実効的な電子の閉じ込め障壁高さを示す図であ
り、図に示すように、実効的な閉じ込め障壁が増大して
いる。具体的には、活性層１０３とｐ型(Al .7Ga0. )0.
In .5P バッファ層１０４ａの伝導帯のエネルギー不連
続量△Ｅc(〜150meV) がＵe ／２＝△Ｅc 程度となって
いる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】上記第１の実施例では活性層１０３が単一
の結晶からなるものを用いたが、本実施例においては活
性層２００を例えば図３(b) に示すようなバリア層２０
１，ウェル層２０２からなる多重量子井戸構造を有する
ものとしている。本実施例においては、ウェル層２０２
に歪を入れることにより、上記第１の実施例と同様の効
果を奏する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】図４は本発明の第３の実施例による多重量
子障壁を有する半導体レーザ装置を示す図である。図に
おいて、１０７はＭＱＢであり、活性層１０３とｎ型ク
ラッド層１０２の間に挿入されている。また、上記実施
例と同一符号は同一名称を示す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】以上の実施例ではＭＱＢがAlGaInP 系材料
のみで構成される場合について示したが、ここでは特に
AlGaInP 系可視光レーザの特性改善に有効なＭＱＢにつ
いて述べる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】図７(a) は本発明の第５の実施例による多
重量子障壁を有する半導体レーザ装置を示す図であり、
図７(b) は本実施例に用いた多重量子障壁を示す図であ
る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１導電型の基板上に第１導電型のクラ
    ッド層，活性層および第２導電型のクラッド層を有する
    半導体レーザ装置において、 上記クラッド層の少なくともいずれか一方と上記活性層
    との間に設けられた超格子半導体層膜からなる多重量子
    障壁を備え、かつ、 上記活性層は、その格子定数が上記第１導電型基板の格
    子定数と０．１％以上異なる結晶組成を有し歪が加わっ
    た層を備えたものであることを特徴とする半導体レーザ
    装置。
  2. 【請求項２】 上記活性層は、歪が加わった半導体層を
    少なくとも１層以上含む、複数の半導体層からなること
    を特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  3. 【請求項３】 上記多重量子障壁が、上記第１導電型の
    クラッド層と上記活性層の間、上記第２導電型のクラッ
    ド層と上記活性層の間の両方に挿入されていることを特
    徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  4. 【請求項４】 上記多重量子障壁は、禁制帯幅の大きな
    半導体層と禁制帯幅の小さな半導体層を交互に積層して
    構成され、その格子定数が上記第１導電型基板の格子定
    数と０．１％以上異なる結晶組成を有し歪が加わった層
    を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ
    装置。
  5. 【請求項５】 上記多重量子障壁は、ｎ型クラッド層と
    上記活性層との間に挿入されていることを特徴とする請
    求項４記載の半導体レーザ装置。
  6. 【請求項６】 第１導電型の基板上に第１導電型のクラ
    ッド層，活性層および第２導電型のクラッド層を有する
    半導体レーザ装置において、 上記クラッド層の少なくともいずれか一方と上記活性層
    との間に設けられた、禁制帯幅の大きな半導体層と禁制
    帯幅の小さな半導体層を交互に積層して構成され、その
    格子定数が上記第１導電型基板の格子定数と０．１％以
    上異なる結晶組成を有し歪が加わった層を備えた超格子
    半導体層膜からなる多重量子障壁を備えたことを特徴と
    する半導体レーザ装置。
  7. 【請求項７】 上記多重量子障壁は、ｎ型クラッド層と
    上記活性層との間に挿入されていることを特徴とする請
    求項６記載の半導体レーザ装置。
  8. 【請求項８】 上記多重量子障壁の材料は、不純物を高
    濃度にドープすることが可能な半導体材料であることを
    特徴とする請求項１または６記載の半導体レーザ装置。
  9. 【請求項９】 上記第１導電型基板がGaAsであり、 上記第１導電型クラッド層，上記活性層および上記第２
    導電型クラッド層がAlGaInP 系材料であり、 上記多重量子障壁がAlGaInP 系材料およびAlGaAs系材料
    からなることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ
    装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07297498A (ja) * 1994-03-01 1995-11-10 Seiko Epson Corp 半導体レーザおよびこれを用いた光センシング装置

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3135960B2 (ja) * 1991-12-20 2001-02-19 シャープ株式会社 半導体レーザ装置
JPH0629621A (ja) * 1992-07-09 1994-02-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
US5600667A (en) * 1993-04-05 1997-02-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device
JPH06334265A (ja) * 1993-05-19 1994-12-02 Mitsubishi Electric Corp 量子井戸型半導体レーザ
JPH0786678A (ja) * 1993-05-31 1995-03-31 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
US5583878A (en) * 1993-06-23 1996-12-10 The Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor optical device
JPH0722696A (ja) * 1993-07-01 1995-01-24 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ素子
US5787104A (en) * 1995-01-19 1998-07-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same
JPH08307003A (ja) * 1995-04-28 1996-11-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
DE69616237T2 (de) * 1995-06-16 2002-07-11 Uniphase Opto Holdings Inc., San Jose Halbleiter-laserdiode und deren herstellungsverfahren
JPH11511908A (ja) * 1996-06-24 1999-10-12 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ 放射−放出半導体ダイオード及びこのようなダイオードの製造方法
GB2344458B (en) 1998-12-02 2000-12-27 Arima Optoelectronics Corp Light-emitting diodes
GB2344932A (en) * 1998-12-15 2000-06-21 Sharp Kk Semiconductor Laser with gamma and X electron barriers
AU2772001A (en) * 2000-01-07 2001-07-24 Lucent Technologies Inc. Electronic device having a barrier region including aluminum and a method of manufacture therefor
US7649921B2 (en) * 2002-05-08 2010-01-19 The Furukawa Electric Co., Ltd. Laser module
CN1879266A (zh) * 2003-11-06 2006-12-13 波科海姆技术公共有限公司 高温激光二极管
JP4948134B2 (ja) * 2006-11-22 2012-06-06 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子
DE102017113531A1 (de) * 2017-06-20 2018-12-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zum Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0632340B2 (ja) * 1985-02-07 1994-04-27 日本電気株式会社 半導体発光素子
JPS62173790A (ja) * 1986-01-28 1987-07-30 Nec Corp 半導体レ−ザ
JPH0666519B2 (ja) * 1986-08-14 1994-08-24 東京工業大学長 超格子構造体
JPS647587A (en) * 1987-06-29 1989-01-11 Nec Corp Semiconductor laser
JPS6464284A (en) * 1987-09-03 1989-03-10 Mitsubishi Electric Corp Superlattice semiconductor laser
JPH01264286A (ja) * 1988-04-15 1989-10-20 Omron Tateisi Electron Co 半導体量子井戸レーザ
JPH02241884A (ja) * 1989-03-15 1990-09-26 Yasunori Nara ダンプキャタ
JPH0391270A (ja) * 1989-09-01 1991-04-16 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 半導体発光素子
US4984242A (en) * 1989-09-18 1991-01-08 Spectra Diode Laboratories, Inc. GaAs/AlGaAs heterostructure laser containing indium
US5202895A (en) * 1990-05-07 1993-04-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having an active layer made of ingaalp material
JPH0422185A (ja) * 1990-05-17 1992-01-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体光素子
CA2055208C (en) * 1990-11-09 2000-07-04 Michinori Irikawa A quatum barrier semiconductor optical device
US5274656A (en) * 1991-06-12 1993-12-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Semiconductor laser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07297498A (ja) * 1994-03-01 1995-11-10 Seiko Epson Corp 半導体レーザおよびこれを用いた光センシング装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0606127A1 (en) 1994-07-13
DE69209045D1 (de) 1996-04-18
US5272712A (en) 1993-12-21
DE69209045T2 (de) 1996-11-07
EP0557638A3 (en) 1993-11-10
EP0557638B1 (en) 1996-03-13
EP0557638A2 (en) 1993-09-01

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