JPH05335682A - 量子井戸型半導体発光素子 - Google Patents
量子井戸型半導体発光素子Info
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- JPH05335682A JPH05335682A JP4138743A JP13874392A JPH05335682A JP H05335682 A JPH05335682 A JP H05335682A JP 4138743 A JP4138743 A JP 4138743A JP 13874392 A JP13874392 A JP 13874392A JP H05335682 A JPH05335682 A JP H05335682A
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- Japan
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- quantum well
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- light emitting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】障壁層に挟まれた層厚の薄い歪量子井戸層にか
かる歪を大きくして結晶的な破壊を防止しつつ高性能化
することを最も主要な特徴とする。 【構成】バッファ層2 、ガイド層33を順次成長後、障壁
層32によって、歪量子井戸層31-a，31-b，31-c，31-dが
挟まれるように形成されている。このうち、ガイド層33
に接触する歪量子井戸層31-aは圧縮歪率が最も小さい。
歪量子井戸層31-bは歪量子井戸層31-aよりもやや圧縮歪
率が大きく、歪量子井戸層31-c、31-dは歪量子井戸層31
-bよりもさらに圧縮歪率が大きい。このように、ガイド
層33よりも層厚の薄い障壁層32に挟まれた量子井戸の歪
を大きくする構成。
かる歪を大きくして結晶的な破壊を防止しつつ高性能化
することを最も主要な特徴とする。 【構成】バッファ層2 、ガイド層33を順次成長後、障壁
層32によって、歪量子井戸層31-a，31-b，31-c，31-dが
挟まれるように形成されている。このうち、ガイド層33
に接触する歪量子井戸層31-aは圧縮歪率が最も小さい。
歪量子井戸層31-bは歪量子井戸層31-aよりもやや圧縮歪
率が大きく、歪量子井戸層31-c、31-dは歪量子井戸層31
-bよりもさらに圧縮歪率が大きい。このように、ガイド
層33よりも層厚の薄い障壁層32に挟まれた量子井戸の歪
を大きくする構成。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は特に量子井戸型半導体
発光素子（歪量子井戸型レーザ）の特性の改善に関す
る。
発光素子（歪量子井戸型レーザ）の特性の改善に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】InGaAs-InP系の化合物半導体よりなる半
導体レーザは、石英ガラスファイバの伝達損失の低い波
長領域（１〜１．６μｍ）における光源として、中、長
距離光通信用に広く実用化が進められている。近年、光
の直接増幅が可能なエルビウム光ファイバアンプ（ＥＤ
ＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）の出現により、
励起用光源としての１．４８μｍ帯の高出力半導体レー
ザの要求が高まっている。
導体レーザは、石英ガラスファイバの伝達損失の低い波
長領域（１〜１．６μｍ）における光源として、中、長
距離光通信用に広く実用化が進められている。近年、光
の直接増幅が可能なエルビウム光ファイバアンプ（ＥＤ
ＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）の出現により、
励起用光源としての１．４８μｍ帯の高出力半導体レー
ザの要求が高まっている。
【０００３】高出力化のため、量子井戸層材料と半導体
基板材料との格子定数を変えることにより量子井戸の結
晶に歪を加えることが報告されている（例えば、M.joma
らによる Appl.phys.Lett.58(20),May,1991,p2220-222
2) 。
基板材料との格子定数を変えることにより量子井戸の結
晶に歪を加えることが報告されている（例えば、M.joma
らによる Appl.phys.Lett.58(20),May,1991,p2220-222
2) 。
【０００４】図４は従来の歪量子井戸型レーザの一例を
示す断面図である。 n-InP基板1 上に n-InPバッファ層
2 、ＭＱＷ（多重量子井戸：Multi Quantum-well）活性
層3、 p-Inpクラッド層4 、 p-InGaAsPコンタクト層5
を順次結晶成長させ、メサエッチング後、p-InP 埋め込
み層6 、n-InP 埋め込み層7 、n-InGaAsP キャップ層8
を順次成長させてn-電極9 とp-電極10を形成したもので
ある。ここで、n-はＮ型、p-はＰ型を示し、これより以
下同様である。
示す断面図である。 n-InP基板1 上に n-InPバッファ層
2 、ＭＱＷ（多重量子井戸：Multi Quantum-well）活性
層3、 p-Inpクラッド層4 、 p-InGaAsPコンタクト層5
を順次結晶成長させ、メサエッチング後、p-InP 埋め込
み層6 、n-InP 埋め込み層7 、n-InGaAsP キャップ層8
を順次成長させてn-電極9 とp-電極10を形成したもので
ある。ここで、n-はＮ型、p-はＰ型を示し、これより以
下同様である。
【０００５】図５はＭＱＷ活性層3 部分における各層の
構造を示す断面図である。ＭＱＷ活性層3 は、相互に重
なり合う５層のn-InGaAs歪量子井戸層31（厚さ：５ｎ
ｍ）、４層のn-InGaAsP 障壁層32（厚さ：１０ｎｍ、波
長１．２μｍ）からなり、これらの層の両側を挟むよう
にn-InGaAsP ガイド層33が設けられたものである。
構造を示す断面図である。ＭＱＷ活性層3 は、相互に重
なり合う５層のn-InGaAs歪量子井戸層31（厚さ：５ｎ
ｍ）、４層のn-InGaAsP 障壁層32（厚さ：１０ｎｍ、波
長１．２μｍ）からなり、これらの層の両側を挟むよう
にn-InGaAsP ガイド層33が設けられたものである。
【０００６】上記歪量子井戸層31が形成されるInGaAsの
格子定数は InP基板1 の格子定数より０．５％大きいも
のであり、圧縮歪量子井戸有している。これにより、高
出力の特性改善が図られる。
格子定数は InP基板1 の格子定数より０．５％大きいも
のであり、圧縮歪量子井戸有している。これにより、高
出力の特性改善が図られる。
【０００７】ところで、図４、図５に示されるような構
成の従来の半導体レーザでは、量子井戸の結晶に対する
歪を大きくすることにより特性の改善を図ろうとする
と、層の厚い n-InGaAsPガイド層33と歪量子井戸層31の
間の結晶格子に大きな歪がかかった状態になり、結晶的
に破壊され易くなる等、信頼性に問題がある。
成の従来の半導体レーザでは、量子井戸の結晶に対する
歪を大きくすることにより特性の改善を図ろうとする
と、層の厚い n-InGaAsPガイド層33と歪量子井戸層31の
間の結晶格子に大きな歪がかかった状態になり、結晶的
に破壊され易くなる等、信頼性に問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来では
特性の改善のために、量子井戸層に歪をかけると層厚の
厚いガイド層と歪格子井戸層との間に大きな歪がかかっ
た状態になり、結晶的に破壊され信頼性を失うという欠
点がある。
特性の改善のために、量子井戸層に歪をかけると層厚の
厚いガイド層と歪格子井戸層との間に大きな歪がかかっ
た状態になり、結晶的に破壊され信頼性を失うという欠
点がある。
【０００９】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、量子井戸層材料と半導
体基板材料との格子定数の差を大きくしても信頼性に優
れた高性能な量子井戸型半導体発光素子を提供すること
にある。
されたものであり、その目的は、量子井戸層材料と半導
体基板材料との格子定数の差を大きくしても信頼性に優
れた高性能な量子井戸型半導体発光素子を提供すること
にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、半導体基板
上に電子のド・ブロイ波長程度の厚さを有する量子井戸
層、前記量子井戸層より層厚の大きい禁制帯幅の障壁層
が具備され、前記量子井戸層が前記障壁層で狭まれて構
成された複数の量子井戸構造からなる活性層を有する量
子井戸型半導体発光素子において、前記複数の量子井戸
層構造を構成する各量子井戸層と前記半導体基板の材料
あるいは前記障壁層の材料との格子定数差がそれぞれ異
なることを特徴とする。
上に電子のド・ブロイ波長程度の厚さを有する量子井戸
層、前記量子井戸層より層厚の大きい禁制帯幅の障壁層
が具備され、前記量子井戸層が前記障壁層で狭まれて構
成された複数の量子井戸構造からなる活性層を有する量
子井戸型半導体発光素子において、前記複数の量子井戸
層構造を構成する各量子井戸層と前記半導体基板の材料
あるいは前記障壁層の材料との格子定数差がそれぞれ異
なることを特徴とする。
【００１１】
【作用】この発明では、各量子井戸層と半導体基板の材
料あるいは障壁層の材料との格子定数差をそれぞれ異な
らせて、層厚の薄い障壁層に挟まれた歪量子井戸層にか
かる歪を大きくするように設定する。これにより、層厚
の厚いガイド層と歪量子井戸層との間の歪をわずかと
し、結晶的な破壊を防止する．
料あるいは障壁層の材料との格子定数差をそれぞれ異な
らせて、層厚の薄い障壁層に挟まれた歪量子井戸層にか
かる歪を大きくするように設定する。これにより、層厚
の厚いガイド層と歪量子井戸層との間の歪をわずかと
し、結晶的な破壊を防止する．
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例によ
り説明する。図１はこの発明に係る歪量子井戸型半導体
レーザの要部を示す第１の実施例であり、前記図４に示
したＭＱＷ活性層付近の断面図である。
り説明する。図１はこの発明に係る歪量子井戸型半導体
レーザの要部を示す第１の実施例であり、前記図４に示
したＭＱＷ活性層付近の断面図である。
【００１３】n-InP基板上1 上にバッファ層2 （厚さ：
２μｍ）、 n-InGaAsPガイド層33（厚さ５０ｎｍ，波長
１．２μｍ）を順次成長後、 n-InGaAsP障壁層32（厚
さ：１０ｎｍ，波長：１．２μｍ）によって、n-In0.6
Ga0.4 As歪量子井戸層31-a（圧縮歪０．５％，厚さ４ｎ
ｍ）、n-In0.7 Ga0.3 As歪量子井戸層31-b（圧縮歪１
％，厚さ３ｎｍ）、n-In0.8 Ga0.2 As歪量子井戸層31-c
（圧縮歪２％，厚さ２ｎｍ）、n-In0.75Ga0.25As歪量子
井戸層31-d（圧縮歪１．５％，厚さ２．５ｎｍ）を挟む
ように成長させ、さらに、n-InGaAsガイド層33（厚さ：
５０ｎｍ，波長：１．２μｍ）を成長させる。さらに、
p-InP クラッド層4 を成長させ、前記図４に示すような
埋め込み層6 ，7 等成長後、n-電極9 とp-電極10を形成
する。結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic
Chemical Vapor Deposition ）法で行う。
２μｍ）、 n-InGaAsPガイド層33（厚さ５０ｎｍ，波長
１．２μｍ）を順次成長後、 n-InGaAsP障壁層32（厚
さ：１０ｎｍ，波長：１．２μｍ）によって、n-In0.6
Ga0.4 As歪量子井戸層31-a（圧縮歪０．５％，厚さ４ｎ
ｍ）、n-In0.7 Ga0.3 As歪量子井戸層31-b（圧縮歪１
％，厚さ３ｎｍ）、n-In0.8 Ga0.2 As歪量子井戸層31-c
（圧縮歪２％，厚さ２ｎｍ）、n-In0.75Ga0.25As歪量子
井戸層31-d（圧縮歪１．５％，厚さ２．５ｎｍ）を挟む
ように成長させ、さらに、n-InGaAsガイド層33（厚さ：
５０ｎｍ，波長：１．２μｍ）を成長させる。さらに、
p-InP クラッド層4 を成長させ、前記図４に示すような
埋め込み層6 ，7 等成長後、n-電極9 とp-電極10を形成
する。結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic
Chemical Vapor Deposition ）法で行う。
【００１４】上記実施例のように、層厚の薄い層に歪を
加えても結晶的な破壊には至らない。従って、ガイド層
よりも層厚の薄いn-InGaAsP 障壁層32に挟まれた量子井
戸の歪を大きくする。
加えても結晶的な破壊には至らない。従って、ガイド層
よりも層厚の薄いn-InGaAsP 障壁層32に挟まれた量子井
戸の歪を大きくする。
【００１５】また、量子井戸型半導体レーザの発振波長
は量子井戸の厚さによって決められるが、ある発振波長
に対応する量子井戸層厚は、量子井戸が無歪の場合に対
して歪量を増加させると層厚が薄くなる。従来、複数の
量子井戸層からなる活性層に対する光の閉じ込め率を変
えるためには量子井戸数を変えていた。上記実施例のよ
うに、多重量子井戸の各量子井戸層に対する歪量を変え
ると、それぞれの量子井戸の層厚が変わるため、各量子
井戸に対する光の閉じ込め率を変化させることができ
る。この結果、設計の自由度が大きくなる利点が得られ
る。
は量子井戸の厚さによって決められるが、ある発振波長
に対応する量子井戸層厚は、量子井戸が無歪の場合に対
して歪量を増加させると層厚が薄くなる。従来、複数の
量子井戸層からなる活性層に対する光の閉じ込め率を変
えるためには量子井戸数を変えていた。上記実施例のよ
うに、多重量子井戸の各量子井戸層に対する歪量を変え
ると、それぞれの量子井戸の層厚が変わるため、各量子
井戸に対する光の閉じ込め率を変化させることができ
る。この結果、設計の自由度が大きくなる利点が得られ
る。
【００１６】このように上記実施例によれば、層厚の薄
い障壁層32に挟まれた量子井戸の歪を大きくすることに
より信頼性に優れ、量子井戸層厚を薄くすることによ
り、光の閉じ込め率を小さくすることができ、光の導波
路損の減少が図れる。
い障壁層32に挟まれた量子井戸の歪を大きくすることに
より信頼性に優れ、量子井戸層厚を薄くすることによ
り、光の閉じ込め率を小さくすることができ、光の導波
路損の減少が図れる。
【００１７】上記実施例の構成によれば、温度２５℃、
光出力１００ｍＷの条件のＡＰＣ（Automatic Power Co
ntrol ）試験において、５０００Ｈ（時間）まで著しい
駆動電流の上昇を示さなかった。また、光の導波路損の
減少効果により、共振機器長でも発振しきい値電流３０
ｍＡ、光出力１００ｍＷの低しきい値電流、高出力な半
導体レーザを得ることができる。
光出力１００ｍＷの条件のＡＰＣ（Automatic Power Co
ntrol ）試験において、５０００Ｈ（時間）まで著しい
駆動電流の上昇を示さなかった。また、光の導波路損の
減少効果により、共振機器長でも発振しきい値電流３０
ｍＡ、光出力１００ｍＷの低しきい値電流、高出力な半
導体レーザを得ることができる。
【００１８】なお、この発明では量子井戸層をInGaAs、
障壁層をInGaAsP としたが、他の材料でも良い。また、
量子井戸数も５層としたがこれに限定されない。また、
歪の量の変化に対して、量子井戸幅を一定にすれば、多
波長で発振するレーザが得られる。
障壁層をInGaAsP としたが、他の材料でも良い。また、
量子井戸数も５層としたがこれに限定されない。また、
歪の量の変化に対して、量子井戸幅を一定にすれば、多
波長で発振するレーザが得られる。
【００１９】図２及び図３はそれぞれこの発明の第２、
第３の実施例を示す活性層部分の断面図である。図２の
実施例では、n-InGaAsP ガイド層33から活性層中心に向
かって歪量子井戸層の圧縮歪が大きくなる構成である。
n-InGaAsP 障壁層32（厚さ：１０ｎｍ，波長１．２μ
ｍ）によってn-In0.6 Ga0.4 As歪量子井戸層31-a（圧縮
歪０．５％，厚さ４ｎｍ）、n-In0.7Ga0.3As歪量子井戸
層31-b（圧縮歪１％，厚さ３ｎｍ）、n-In0.8 Ga0.2 As
歪量子井戸層31-c（圧縮歪２％，厚さ２ｎｍ）を挟むよ
うに成長したものである。このような構成によると、量
子井戸層への光の閉じ込め率が図１の構成よりも大きく
なり、短共振器化が図れる。
第３の実施例を示す活性層部分の断面図である。図２の
実施例では、n-InGaAsP ガイド層33から活性層中心に向
かって歪量子井戸層の圧縮歪が大きくなる構成である。
n-InGaAsP 障壁層32（厚さ：１０ｎｍ，波長１．２μ
ｍ）によってn-In0.6 Ga0.4 As歪量子井戸層31-a（圧縮
歪０．５％，厚さ４ｎｍ）、n-In0.7Ga0.3As歪量子井戸
層31-b（圧縮歪１％，厚さ３ｎｍ）、n-In0.8 Ga0.2 As
歪量子井戸層31-c（圧縮歪２％，厚さ２ｎｍ）を挟むよ
うに成長したものである。このような構成によると、量
子井戸層への光の閉じ込め率が図１の構成よりも大きく
なり、短共振器化が図れる。
【００２０】図３の実施例は n-InGaAsPガイド層33と格
子整合の取れたn-In0.47Ga0.53As量子井戸層31-e（厚さ
４ｎｍ）、n-In0.7 Ga0.3 As歪量子井戸層31-b（圧縮歪
１％，厚さ３ｎｍ）、n-In0.8 Ga0.2 As歪量子井戸層31
-c（圧縮歪２％，厚さ２ｎｍ）をn-InGaAsP 障壁層32
（厚さ：１０ｎｍ，波長１．２μｍ）で挟むように成長
したものである。このような構成によると、量子井戸層
への光の閉じ込め率が図２の構成よりもさらに大きくな
る。
子整合の取れたn-In0.47Ga0.53As量子井戸層31-e（厚さ
４ｎｍ）、n-In0.7 Ga0.3 As歪量子井戸層31-b（圧縮歪
１％，厚さ３ｎｍ）、n-In0.8 Ga0.2 As歪量子井戸層31
-c（圧縮歪２％，厚さ２ｎｍ）をn-InGaAsP 障壁層32
（厚さ：１０ｎｍ，波長１．２μｍ）で挟むように成長
したものである。このような構成によると、量子井戸層
への光の閉じ込め率が図２の構成よりもさらに大きくな
る。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
層厚の薄いn-InGaAsP 障壁層に挟まれた量子井戸層にか
かる歪を大きくすることによって高性能で信頼性に優れ
た歪量子井戸型半導体発光素子が提供できる。これによ
り、信頼性に優れ、各量子井戸層に対する光の閉じ込め
率を変化させることが容易な歪量子井戸型の半導体レー
ザを提供することができる。
層厚の薄いn-InGaAsP 障壁層に挟まれた量子井戸層にか
かる歪を大きくすることによって高性能で信頼性に優れ
た歪量子井戸型半導体発光素子が提供できる。これによ
り、信頼性に優れ、各量子井戸層に対する光の閉じ込め
率を変化させることが容易な歪量子井戸型の半導体レー
ザを提供することができる。
【図１】この発明の要部の第１の実施例の構成を示す断
面図。
面図。
【図２】この発明の要部の第２の実施例の構成を示す断
面図。
面図。
【図３】この発明の要部の第３の実施例の構成を示す断
面図。
面図。
【図４】従来の歪量子井戸型レーザの一例を示す断面
図。
図。
【図５】図４の一部の構造を示す断面図。
1…基板、 2…バッファ層、 3…活性層、 4…クラッド
層、 5…コンタクト層、 6， 7…埋め込み層、 8…キャ
ップ層、 9，10…電極、31-a，31-b，31-c，31-d…歪量
子井戸層、31-e…量子井戸層、32…障壁層、33…ガイド
層。
層、 5…コンタクト層、 6， 7…埋め込み層、 8…キャ
ップ層、 9，10…電極、31-a，31-b，31-c，31-d…歪量
子井戸層、31-e…量子井戸層、32…障壁層、33…ガイド
層。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に電子のド・ブロイ波長程
度の厚さを有する量子井戸層、前記量子井戸層より層厚
の大きい禁制帯幅の障壁層が具備され、前記量子井戸層
が前記障壁層で狭まれて構成された複数の量子井戸構造
からなる活性層を有する量子井戸型半導体発光素子にお
いて、 前記複数の量子井戸層構造を構成する各量子井戸層と前
記半導体基板の材料あるいは前記障壁層の材料との格子
定数差がそれぞれ異なることを特徴とする量子井戸型半
導体発光素子。 - 【請求項２】 前記活性層における量子井戸構造のうち
中央部付近に存在する量子井戸層の方が外側に存在する
量子井戸層より前記格子定数差が大きいことを特徴とす
る請求項１記載の量子井戸型半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記活性層を構成している少なくとも１
層の量子井戸層と前記半導体基板の材料あるいは障壁層
の材料が格子整合していることを特徴とする請求項１記
載の量子井戸型半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4138743A JP3046454B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 量子井戸型半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4138743A JP3046454B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 量子井戸型半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335682A true JPH05335682A (ja) | 1993-12-17 |
| JP3046454B2 JP3046454B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=15229142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4138743A Expired - Lifetime JP3046454B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 量子井戸型半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3046454B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0661782A1 (en) * | 1993-12-28 | 1995-07-05 | Nec Corporation | A semiconductor laser |
| JP7038913B1 (ja) * | 2020-12-23 | 2022-03-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP4138743A patent/JP3046454B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0661782A1 (en) * | 1993-12-28 | 1995-07-05 | Nec Corporation | A semiconductor laser |
| US5636236A (en) * | 1993-12-28 | 1997-06-03 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
| JP7038913B1 (ja) * | 2020-12-23 | 2022-03-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3046454B2 (ja) | 2000-05-29 |
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