JPH0555697A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0555697A JPH0555697A JP21893391A JP21893391A JPH0555697A JP H0555697 A JPH0555697 A JP H0555697A JP 21893391 A JP21893391 A JP 21893391A JP 21893391 A JP21893391 A JP 21893391A JP H0555697 A JPH0555697 A JP H0555697A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＩｎＧａＡｓＰ等の多元混晶を障壁層として
用いた歪量子井戸構造においても、急峻なヘテロ界面を
形成することができ、良好な素子特性が安定に得られる
半導体レーザを提供すること。 【構成】 ＩｎＰ基板１０上に、Ｖ族元素を１種類のみ
有するＩｎＧａＡｓからなり基板１０と格子定数の異な
る井戸層４１と、Ｖ族元素を２種類有するＩｎＧａＡｓ
Ｐ混晶からなり基板１０と格子整合した障壁層４３と
を、交互に積層してなる歪量子井戸活性層４０を設けた
歪量子井戸構造の半導体レーザにおいて、ＩｎＧａＡｓ
井戸層４１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層４３との間に、井戸
層４１のＩｎＧａＡｓよりも禁制帯幅の広いＧａＡｓか
らなる中間層４２が挟まれていることを特徴とする。
用いた歪量子井戸構造においても、急峻なヘテロ界面を
形成することができ、良好な素子特性が安定に得られる
半導体レーザを提供すること。 【構成】 ＩｎＰ基板１０上に、Ｖ族元素を１種類のみ
有するＩｎＧａＡｓからなり基板１０と格子定数の異な
る井戸層４１と、Ｖ族元素を２種類有するＩｎＧａＡｓ
Ｐ混晶からなり基板１０と格子整合した障壁層４３と
を、交互に積層してなる歪量子井戸活性層４０を設けた
歪量子井戸構造の半導体レーザにおいて、ＩｎＧａＡｓ
井戸層４１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層４３との間に、井戸
層４１のＩｎＧａＡｓよりも禁制帯幅の広いＧａＡｓか
らなる中間層４２が挟まれていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信装置等に利用さ
れる半導体レーザに係わり、特に量子井戸構造の活性層
を有する半導体レーザに関する。
れる半導体レーザに係わり、特に量子井戸構造の活性層
を有する半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの活性層を歪量子井戸構造
にすると、歪の効果により発光領域である井戸層の価電
子帯バント構造が変化し、しきい値電流等のレーザ特性
が改善されることが知られている。歪量子井戸構造と
は、井戸層を障壁層で挟み、且つ井戸層の格子定数を基
板のそれと異ならせたものである。
にすると、歪の効果により発光領域である井戸層の価電
子帯バント構造が変化し、しきい値電流等のレーザ特性
が改善されることが知られている。歪量子井戸構造と
は、井戸層を障壁層で挟み、且つ井戸層の格子定数を基
板のそれと異ならせたものである。
【０００３】井戸層に用いる材料の格子定数が、基板材
料の格子定数に比べて大きい場合、井戸層には基板に対
して平行な平面内で二軸性の圧縮応力が加わり、格子は
立方晶系から正方晶系に変形する。この際、井戸層の価
電子帯は、無歪の場合に波数ｋ＝０で縮退していた重い
正孔帯（ＨＨ帯）と軽い正孔帯（ＬＨ帯）が分裂し、Ｌ
ＨはＨＨ帯に比べて相対的にエネルギーが低下する。こ
のため、各バンド間の混合効果は大きく減少し、ＨＨ帯
のバンドの持ち上がりが少なくなる。この結果ＨＨ帯の
有効質量は無歪の場合に比べて大きく減少すると共に、
状態密度が低減される。
料の格子定数に比べて大きい場合、井戸層には基板に対
して平行な平面内で二軸性の圧縮応力が加わり、格子は
立方晶系から正方晶系に変形する。この際、井戸層の価
電子帯は、無歪の場合に波数ｋ＝０で縮退していた重い
正孔帯（ＨＨ帯）と軽い正孔帯（ＬＨ帯）が分裂し、Ｌ
ＨはＨＨ帯に比べて相対的にエネルギーが低下する。こ
のため、各バンド間の混合効果は大きく減少し、ＨＨ帯
のバンドの持ち上がりが少なくなる。この結果ＨＨ帯の
有効質量は無歪の場合に比べて大きく減少すると共に、
状態密度が低減される。
【０００４】一般に、通常の無歪半導体の価電子帯（Ｈ
Ｈ帯）と伝導帯のバンド構造は非対称であり、価電子帯
（ＨＨ帯）キャリア（正孔）の有効質量は伝導帯キャリ
ア（電子）の有効質量に比して重くなる。従って、価電
子帯頂上付近での状態密度は伝導帯底付近のそれよりか
なり大きくなり、レーザ発振の条件を満たすためには、
価電子帯と伝導帯が対称となる理想的な場合に比べ余分
にキャリアを注入する必要がある。
Ｈ帯）と伝導帯のバンド構造は非対称であり、価電子帯
（ＨＨ帯）キャリア（正孔）の有効質量は伝導帯キャリ
ア（電子）の有効質量に比して重くなる。従って、価電
子帯頂上付近での状態密度は伝導帯底付近のそれよりか
なり大きくなり、レーザ発振の条件を満たすためには、
価電子帯と伝導帯が対称となる理想的な場合に比べ余分
にキャリアを注入する必要がある。
【０００５】これに対し、圧縮歪が加わると上述のよう
にＨＨ帯の持ち上がりが少なくなるため、価電子帯と伝
導帯のバンド構造は対称に近づき、無歪の場合に比べレ
ーザ発振に必要なしきい値キャリア密度が大きく低減す
る。従って、しきい値電流を大幅に低下させることがで
きる。また、レーザの利得分布の広がりは有効質量の小
さい電子の密度に支配されており、歪の効果でレーザ動
作キャリア密度を低下させることにより、利得スペクト
ルの半値幅を減少させ、微分利得を増大させることがで
きる。そこで、微分利得の１／２乗に比例する緩和振動
数ｆr も歪の効果で増大させることができ、更にレーザ
の発振線幅を決める線幅増大因子（αパラメータ）を微
分利得の増大で減少させることができる。
にＨＨ帯の持ち上がりが少なくなるため、価電子帯と伝
導帯のバンド構造は対称に近づき、無歪の場合に比べレ
ーザ発振に必要なしきい値キャリア密度が大きく低減す
る。従って、しきい値電流を大幅に低下させることがで
きる。また、レーザの利得分布の広がりは有効質量の小
さい電子の密度に支配されており、歪の効果でレーザ動
作キャリア密度を低下させることにより、利得スペクト
ルの半値幅を減少させ、微分利得を増大させることがで
きる。そこで、微分利得の１／２乗に比例する緩和振動
数ｆr も歪の効果で増大させることができ、更にレーザ
の発振線幅を決める線幅増大因子（αパラメータ）を微
分利得の増大で減少させることができる。
【０００６】次に、従来知られている歪量子井戸レーザ
の例（C.E.ZAH, IEEE.PHOTONICSTECHOLOGY LETTERS. VO
L.2,NO.12,852(1990)）を、図５，図６を参照して説明
する。図５は層構造を示す断面図、図６はそのバンド構
造図である。層構造を簡単に説明すると、ｎ型ＩｎＰ基
板１の上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２，ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層３，歪量子井戸活性層４，ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層５，ｐ型ＩｎＰクラッド層６及びｐ+ 型Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層７が順次積層されている。
の例（C.E.ZAH, IEEE.PHOTONICSTECHOLOGY LETTERS. VO
L.2,NO.12,852(1990)）を、図５，図６を参照して説明
する。図５は層構造を示す断面図、図６はそのバンド構
造図である。層構造を簡単に説明すると、ｎ型ＩｎＰ基
板１の上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２，ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層３，歪量子井戸活性層４，ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層５，ｐ型ＩｎＰクラッド層６及びｐ+ 型Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層７が順次積層されている。
【０００７】歪量子井戸活性層４は、厚さ２ｎｍのＩｎ
ＧａＡｓ井戸層４ａと厚さ２０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ障
壁層４ｂとを交互に積層したもので、井戸数は４個であ
る。また、井戸層４ａのＩｎ組成は０．７８，歪量は約
１．７％であり、障壁層４ｂの組成はバンドギャップ波
長１．３μｍに相当する光導波層３，５と同一の組成で
ある。光導波層３，５を設け、また障壁層４ｂを光導波
層３，５と同じ組成のＩｎＧａＡｓＰにしているのは、
光閉じ込め効果を大きくすると共に、キャリアの注入効
率を大きくするためである。以上のような層構造とする
ことにより、波長約〜１．５５μｍで発振し、低しきい
値電流，広帯域，狭線幅の半導体レーザを実現してい
る。
ＧａＡｓ井戸層４ａと厚さ２０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ障
壁層４ｂとを交互に積層したもので、井戸数は４個であ
る。また、井戸層４ａのＩｎ組成は０．７８，歪量は約
１．７％であり、障壁層４ｂの組成はバンドギャップ波
長１．３μｍに相当する光導波層３，５と同一の組成で
ある。光導波層３，５を設け、また障壁層４ｂを光導波
層３，５と同じ組成のＩｎＧａＡｓＰにしているのは、
光閉じ込め効果を大きくすると共に、キャリアの注入効
率を大きくするためである。以上のような層構造とする
ことにより、波長約〜１．５５μｍで発振し、低しきい
値電流，広帯域，狭線幅の半導体レーザを実現してい
る。
【０００８】しかしながら、このような従来の歪量子井
戸構造の半導体レーザは、必ずしも最適な構成とはなっ
ておらず、以下に説明するように、構成或いは製法上の
問題が含まれていた。
戸構造の半導体レーザは、必ずしも最適な構成とはなっ
ておらず、以下に説明するように、構成或いは製法上の
問題が含まれていた。
【０００９】従来のような歪量子井戸レーザでは、Ｖ族
元素としてＡｓとＰを両方含んだ４元（ＩｎＧａＡｓ
Ｐ）混晶で、Ａｓのみを含む３元（ＩｎＧａＡｓ）混晶
を挟むようにエピタキシャル成長した構造になってい
る。一般に、互いにＶ族元素の異なる結晶のヘテロ構造
を気相成長する場合、供給Ｖ族原料の切り替えが難し
く、急峻なヘテロ界面がなかなか形成できない。このこ
とは、ＡｓとＰのように蒸気圧が大きく異なる場合は特
に顕著である。また、基板との格子定数の差に基づく歪
の入ったＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層を交互に成
長するような場合は、急峻なヘテロ界面ができないだけ
でなく、結晶性の低下も著しく深刻な問題となる。これ
らの問題のため、ＩｎＧａＡｓＰ系歪量子井戸レーザで
は、歪量子井戸構造の本来持つ特徴を生かした素子を作
成できていないのが現状である。
元素としてＡｓとＰを両方含んだ４元（ＩｎＧａＡｓ
Ｐ）混晶で、Ａｓのみを含む３元（ＩｎＧａＡｓ）混晶
を挟むようにエピタキシャル成長した構造になってい
る。一般に、互いにＶ族元素の異なる結晶のヘテロ構造
を気相成長する場合、供給Ｖ族原料の切り替えが難し
く、急峻なヘテロ界面がなかなか形成できない。このこ
とは、ＡｓとＰのように蒸気圧が大きく異なる場合は特
に顕著である。また、基板との格子定数の差に基づく歪
の入ったＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層を交互に成
長するような場合は、急峻なヘテロ界面ができないだけ
でなく、結晶性の低下も著しく深刻な問題となる。これ
らの問題のため、ＩｎＧａＡｓＰ系歪量子井戸レーザで
は、歪量子井戸構造の本来持つ特徴を生かした素子を作
成できていないのが現状である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、半導
体レーザの活性層として、ＩｎＧａＡｓＰ等のＶ族元素
を２種類含む混晶よりなる障壁層を持つ歪量子井戸構造
を用いた場合、そのエピタキシャル成長が難しいため、
急峻なヘテロ界面の歪量子井戸がなかなか作成できな
い。このため、歪量子井戸構造の持つ本来の素子特性を
実現できないという問題があった。
体レーザの活性層として、ＩｎＧａＡｓＰ等のＶ族元素
を２種類含む混晶よりなる障壁層を持つ歪量子井戸構造
を用いた場合、そのエピタキシャル成長が難しいため、
急峻なヘテロ界面の歪量子井戸がなかなか作成できな
い。このため、歪量子井戸構造の持つ本来の素子特性を
実現できないという問題があった。
【００１１】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ＩｎＧａＡｓＰ等の多
元混晶を障壁層として用いた歪量子井戸構造において
も、急峻なヘテロ界面を形成することができ、良好な素
子特性が安定に得られる半導体レーザを提供することに
ある。
ので、その目的とするところは、ＩｎＧａＡｓＰ等の多
元混晶を障壁層として用いた歪量子井戸構造において
も、急峻なヘテロ界面を形成することができ、良好な素
子特性が安定に得られる半導体レーザを提供することに
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、障壁層
と井戸層との間に、井戸層の上下のヘテロ界面を良好に
するための中間層を設けたことにある。
と井戸層との間に、井戸層の上下のヘテロ界面を良好に
するための中間層を設けたことにある。
【００１３】即ち本発明は、III-Ｖ族化合物半導体基板
上に、Ｖ族元素を少なくとも２種類含む混晶からなる障
壁層と、Ｖ族元素が１種類の混晶からなる井戸層とを、
交互に積層してなる量子井戸活性層を設けた量子井戸構
造の半導体レーザにおいて、障壁層と井戸層との間に、
井戸層の混晶とＶ族元素が同じで、井戸層に用いた混晶
よりも禁制帯幅の広い混晶からなる中間層を挟むように
したものである。
上に、Ｖ族元素を少なくとも２種類含む混晶からなる障
壁層と、Ｖ族元素が１種類の混晶からなる井戸層とを、
交互に積層してなる量子井戸活性層を設けた量子井戸構
造の半導体レーザにおいて、障壁層と井戸層との間に、
井戸層の混晶とＶ族元素が同じで、井戸層に用いた混晶
よりも禁制帯幅の広い混晶からなる中間層を挟むように
したものである。
【００１４】また、本発明の望ましい実施態様として
は、III-Ｖ族化合物半導体基板としてＩｎＰ基板を用
い、障壁層に用いる混晶としてＶ族元素がＡｓとＰの２
種を含む混晶（例えばＩｎＧａＡｓＰ）を、井戸層に用
いる混晶としてＶ族元素がＡｓのみの混晶（例えばＩｎ
ＧａＡｓ）を、中間層に用いる混晶としてＶ族元素がＡ
ｓのみで III族元素にＡｌ，Ｇａ，Ｉｎのうち少なくと
も１種類を含む混晶（例えばＧａＡｓ）を用いたことを
特徴とする。また、障壁層と中間層との間に、障壁層と
井戸層との中間の禁制帯幅を有する半導体層を挟んだこ
と、さらに中間層に用いる混晶にＡｓ以外のＶ族元素を
微量に含ませたことを特徴とする。
は、III-Ｖ族化合物半導体基板としてＩｎＰ基板を用
い、障壁層に用いる混晶としてＶ族元素がＡｓとＰの２
種を含む混晶（例えばＩｎＧａＡｓＰ）を、井戸層に用
いる混晶としてＶ族元素がＡｓのみの混晶（例えばＩｎ
ＧａＡｓ）を、中間層に用いる混晶としてＶ族元素がＡ
ｓのみで III族元素にＡｌ，Ｇａ，Ｉｎのうち少なくと
も１種類を含む混晶（例えばＧａＡｓ）を用いたことを
特徴とする。また、障壁層と中間層との間に、障壁層と
井戸層との中間の禁制帯幅を有する半導体層を挟んだこ
と、さらに中間層に用いる混晶にＡｓ以外のＶ族元素を
微量に含ませたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明では、Ｖ族元素が少なくとも２種類の混
晶（例えばＩｎＧａＡｓＰ）からなる障壁層と、Ｖ族元
素が１種類のみの混晶（例えばＩｎＧａＡｓ）からなる
格子歪を伴った井戸層との間に、井戸層の混晶とＶ族元
素が同じ混晶（例えばＧａＡｓ）からなる中間層を挿入
しているので、井戸層及びその両側はＶ族元素として１
種類（例えばＡｓ）のみを含む半導体層になっている。
このため、エピタキシャル成長時に井戸層と上下の層と
の間で供給Ｖ族原料を切り替える必要がなく、急峻なヘ
テロ界面が形成できる。従って、歪量子井戸構造の特徴
を十分に生かした半導体レーザを作成することができ
る。なお、中間層と障壁層との間ではＶ族元素の切り替
えの必要があるが、この場合、中間層と障壁層とのヘテ
ロ界面の急峻性は、レーザの諸特性にあまり影響がない
ので問題とならない。
晶（例えばＩｎＧａＡｓＰ）からなる障壁層と、Ｖ族元
素が１種類のみの混晶（例えばＩｎＧａＡｓ）からなる
格子歪を伴った井戸層との間に、井戸層の混晶とＶ族元
素が同じ混晶（例えばＧａＡｓ）からなる中間層を挿入
しているので、井戸層及びその両側はＶ族元素として１
種類（例えばＡｓ）のみを含む半導体層になっている。
このため、エピタキシャル成長時に井戸層と上下の層と
の間で供給Ｖ族原料を切り替える必要がなく、急峻なヘ
テロ界面が形成できる。従って、歪量子井戸構造の特徴
を十分に生かした半導体レーザを作成することができ
る。なお、中間層と障壁層との間ではＶ族元素の切り替
えの必要があるが、この場合、中間層と障壁層とのヘテ
ロ界面の急峻性は、レーザの諸特性にあまり影響がない
ので問題とならない。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、ここではＩｎＰを基板とするＧａＩｎＡｓ
歪量子井戸レーザを例にとって説明するが、他の材料系
の量子井戸レーザの場合にも同様に実施可能なものであ
る。図１は、本発明の第１の実施例に係わる歪量子井戸
レーザの概略構成を示す断面図であり、図２は図１に示
したレーザのエネルギーバンド図である。
する。なお、ここではＩｎＰを基板とするＧａＩｎＡｓ
歪量子井戸レーザを例にとって説明するが、他の材料系
の量子井戸レーザの場合にも同様に実施可能なものであ
る。図１は、本発明の第１の実施例に係わる歪量子井戸
レーザの概略構成を示す断面図であり、図２は図１に示
したレーザのエネルギーバンド図である。
【００１７】図１において、１０はｎ型ＩｎＰ基板であ
り、この基板１０上にｎ型ＩｎＰクラッド層２０，ｎ型
ＩｎＧａＡｓＰ光導波層３０，歪量子井戸活性層４０，
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層５０，ｐ型ＩｎＰクラッド
層６０及び高濃度のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７０
が順次成長形成されている。ここで、各層２０〜７０
は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて連続
的に成長した。さらに、量子井戸活性層４０以外の各層
は、ＩｎＰ基板１０と格子整合するよう成長している。
り、この基板１０上にｎ型ＩｎＰクラッド層２０，ｎ型
ＩｎＧａＡｓＰ光導波層３０，歪量子井戸活性層４０，
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層５０，ｐ型ＩｎＰクラッド
層６０及び高濃度のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７０
が順次成長形成されている。ここで、各層２０〜７０
は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて連続
的に成長した。さらに、量子井戸活性層４０以外の各層
は、ＩｎＰ基板１０と格子整合するよう成長している。
【００１８】歪量子井戸活性層４０は、厚さ約２ｎｍの
ＩｎＧａＡｓ井戸層４１と厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐ障壁層４３との間に厚さ約２ｎｍのＧａＡｓ中間層４
２を挟んだ構造を交互に繰返した構造になっている。ま
た、光導波層３０，５０と井戸層４１との間にも約２ｎ
ｍの中間層４２を挟んでいる。なお、井戸数は４個であ
り、井戸層４１のＩｎ組成は０．８で、歪み量は約１．
８％である。また、障壁層４３の組成はバンドギャップ
波長１．２μｍに相当し、光導波層３０，４０も同じ組
成である。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４１と厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐ障壁層４３との間に厚さ約２ｎｍのＧａＡｓ中間層４
２を挟んだ構造を交互に繰返した構造になっている。ま
た、光導波層３０，５０と井戸層４１との間にも約２ｎ
ｍの中間層４２を挟んでいる。なお、井戸数は４個であ
り、井戸層４１のＩｎ組成は０．８で、歪み量は約１．
８％である。また、障壁層４３の組成はバンドギャップ
波長１．２μｍに相当し、光導波層３０，４０も同じ組
成である。
【００１９】この構造では、ＩｎＧａＡｓ井戸層４１の
上下はＧａＡｓ中間層４２で挟まれているため、エピタ
キシャル成長時に４１，４２の界面で供給Ｖ族原料を切
り替える必要がなく、急峻なヘテロ界面が形成できるの
で、歪量子井戸構造の特徴を十分生かすことができる。
このとき、ＧａＡｓ中間層４２は、電子及び正孔が十分
トンネル可能な厚さにする必要があるので、厚さを２ｎ
ｍとしている。
上下はＧａＡｓ中間層４２で挟まれているため、エピタ
キシャル成長時に４１，４２の界面で供給Ｖ族原料を切
り替える必要がなく、急峻なヘテロ界面が形成できるの
で、歪量子井戸構造の特徴を十分生かすことができる。
このとき、ＧａＡｓ中間層４２は、電子及び正孔が十分
トンネル可能な厚さにする必要があるので、厚さを２ｎ
ｍとしている。
【００２０】図１に示した構造のウェハを有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）によりエピタキシャル成長し、
いわゆる埋込み構造の分布帰還型半導体レーザを試作し
たところ、以下のような優れた特性が得られた。まず、
発振しきい値電流は、共振器長が３００μｍで端面コー
トなしの場合で約８〜１２ｍＡで、十分低いしきい値で
ある。また、−３ｄＢの遮断周波数は〜２２ＧＨｚで、
発振線幅は〜７０ｋHzで、１０Ｇｂｐｓ直接変調を行っ
た場合の波長チャーピングが〜０．３ｎｍであった。さ
らに、推定される臨界応答周波数は〜９０ＧＨｚと極め
て大きい。さらに、温度特性を測定したところ、室温付
近で特性温度が〜９０℃で、従来構造の場合よりも優れ
た温度特性を得ることができた。温度特性が改善された
のは、障壁層４３よりも禁制帯幅の広いＧａＡｓ層４２
がバリア層となりキャリアのオーバフローが抑制された
ためと考えられる。
成長法（ＭＯＣＶＤ法）によりエピタキシャル成長し、
いわゆる埋込み構造の分布帰還型半導体レーザを試作し
たところ、以下のような優れた特性が得られた。まず、
発振しきい値電流は、共振器長が３００μｍで端面コー
トなしの場合で約８〜１２ｍＡで、十分低いしきい値で
ある。また、−３ｄＢの遮断周波数は〜２２ＧＨｚで、
発振線幅は〜７０ｋHzで、１０Ｇｂｐｓ直接変調を行っ
た場合の波長チャーピングが〜０．３ｎｍであった。さ
らに、推定される臨界応答周波数は〜９０ＧＨｚと極め
て大きい。さらに、温度特性を測定したところ、室温付
近で特性温度が〜９０℃で、従来構造の場合よりも優れ
た温度特性を得ることができた。温度特性が改善された
のは、障壁層４３よりも禁制帯幅の広いＧａＡｓ層４２
がバリア層となりキャリアのオーバフローが抑制された
ためと考えられる。
【００２１】このように本実施例によれば、ＩｎＧａＡ
ｓ井戸層４１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層４３との間にＧａ
Ａｓ中間層４２を挿入しているので、井戸層４１の形成
するヘテロ界面を急峻に作成することができる。このた
め、歪量子井戸構造の持つ特徴を十分に発揮でき、優れ
た素子特性を実現することができる。つまり、歪量子井
戸構造本来の良好な素子特性を備えた信頼性の高い半導
体レーザを実現することができる。
ｓ井戸層４１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層４３との間にＧａ
Ａｓ中間層４２を挿入しているので、井戸層４１の形成
するヘテロ界面を急峻に作成することができる。このた
め、歪量子井戸構造の持つ特徴を十分に発揮でき、優れ
た素子特性を実現することができる。つまり、歪量子井
戸構造本来の良好な素子特性を備えた信頼性の高い半導
体レーザを実現することができる。
【００２２】図３は本発明の第２の実施例に係わる歪量
子井戸レーザの要部構成を示す断面図、図４はそのエネ
ルギーバンド図である。なお、図１及び図２と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
子井戸レーザの要部構成を示す断面図、図４はそのエネ
ルギーバンド図である。なお、図１及び図２と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００２３】この実施例は、第１の実施例の構成に加
え、ＩｎＧａＡｓＰ障壁層４３とＧａＡｓ中間層４２と
の間に、ＩｎＧａＡｓ井戸層４１とＩｎＧａＡｓＰ障壁
層４３の中間禁制帯幅のＩｎＧａＡｓＰキャリア導入層
４４を挟んでいるのが特徴である。このキャリア導入層
４４を挿入することで、キャリアの注入効率が改善され
る。
え、ＩｎＧａＡｓＰ障壁層４３とＧａＡｓ中間層４２と
の間に、ＩｎＧａＡｓ井戸層４１とＩｎＧａＡｓＰ障壁
層４３の中間禁制帯幅のＩｎＧａＡｓＰキャリア導入層
４４を挟んでいるのが特徴である。このキャリア導入層
４４を挿入することで、キャリアの注入効率が改善され
る。
【００２４】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、井戸層のＩｎ組成を
０．８とした歪量子井戸構造の半導体レーザを例にとり
説明したが、このＩｎ組成を例えば０．５３にした通常
の量子井戸構造に適用することもできる。さらに、半導
体レーザ以外に、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＡｓを用い
た高電子移動度トランジスタに適用することも可能であ
る。実施例では、光導波層と障壁層にＩｎＧａＡｓＰを
用いた場合を例にとって説明したが、ＩｎＧａＡｓＰの
代わりに、ＩｎＧａＡｌＡｓを用いた場合でも全く同様
の効果が期待できる。また、実施例ではＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系の材料を用いて説明を行ってきたが、これは
他の III−Ｖ族化合物半導体にも適用可能であり、更に
別の材料、例えばII−VI族のＺｎＳｅやＺｎＳ等にも適
用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
れるものではない。実施例では、井戸層のＩｎ組成を
０．８とした歪量子井戸構造の半導体レーザを例にとり
説明したが、このＩｎ組成を例えば０．５３にした通常
の量子井戸構造に適用することもできる。さらに、半導
体レーザ以外に、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＡｓを用い
た高電子移動度トランジスタに適用することも可能であ
る。実施例では、光導波層と障壁層にＩｎＧａＡｓＰを
用いた場合を例にとって説明したが、ＩｎＧａＡｓＰの
代わりに、ＩｎＧａＡｌＡｓを用いた場合でも全く同様
の効果が期待できる。また、実施例ではＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系の材料を用いて説明を行ってきたが、これは
他の III−Ｖ族化合物半導体にも適用可能であり、更に
別の材料、例えばII−VI族のＺｎＳｅやＺｎＳ等にも適
用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、障
壁層と井戸層との間に中間層を設け、井戸層の上下のヘ
テロ界面を良好にしているので、歪量子井戸構造の活性
層を用いて著しく素子特性の向上した半導体レーザを得
ることができ、歪量子井戸構造の持つ本来の素子特性を
実現することができる。
壁層と井戸層との間に中間層を設け、井戸層の上下のヘ
テロ界面を良好にしているので、歪量子井戸構造の活性
層を用いて著しく素子特性の向上した半導体レーザを得
ることができ、歪量子井戸構造の持つ本来の素子特性を
実現することができる。
【図１】第１の実施例に係わる量子井戸レーザの概略構
成を示す断面図、
成を示す断面図、
【図２】第１の実施例レーザのエネルギーバンド図、
【図３】第２の実施例に係わる量子井戸レーザの要部構
成を示す断面図、
成を示す断面図、
【図４】第２の実施例レーザのエネルギーバンド図、
【図５】従来の量子井戸型半導体レーザの概略構成を示
す断面図、
す断面図、
【図６】従来レーザのエネルギーバンド図。
１０…ｎ−ＩｎＰ基板、 ２０…ｎ−ＩｎＰクラッド層、 ３０…ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、 ４０…歪量子井戸活性層、 ４１…ＩｎＧａＡｓ井戸層、 ４２…ＧａＡｓ中間層、 ４３…ＩｎＧａＡｓＰ障壁層、 ４４…ＩｎＧａＡｓＰキャリア導入層、 ５０…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、 ６０…ｐ−ＩｎＰクラッド層、 ７０…ｐ+ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層。
Claims (2)
- 【請求項１】III-Ｖ族化合物半導体基板上に、Ｖ族元素
を少なくとも２種類含む混晶からなる障壁層と、Ｖ族元
素が１種類の混晶からなる井戸層とを、交互に積層して
なる量子井戸活性層を設けた量子井戸構造の半導体レー
ザにおいて、 前記障壁層と前記井戸層との間に、前記井戸層の混晶と
Ｖ族元素が同じで、前記井戸層に用いた混晶よりも禁制
帯幅の広い混晶からなる中間層が挟まれていることを特
徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】前記III-Ｖ族化合物半導体基板としてＩｎ
Ｐ基板を用い、前記障壁層に用いる混晶としてＶ族元素
がＡｓとＰの混晶を、前記井戸層に用いる混晶としてＶ
族元素がＡｓのみの混晶を、前記中間層に用いる混晶と
してＶ族元素がＡｓのみでIII 族元素にＡｌ，Ｇａ，Ｉ
ｎのうち少なくとも１種類を含む混晶を用いたことを特
徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21893391A JPH0555697A (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21893391A JPH0555697A (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555697A true JPH0555697A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=16727601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21893391A Pending JPH0555697A (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555697A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0702439A1 (en) * | 1994-09-19 | 1996-03-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser and fabricating method thereof |
| US5685904A (en) * | 1995-04-28 | 1997-11-11 | Lucent Technologies Inc. | Method of making multi-quantum well lasers |
| US5737353A (en) * | 1993-11-26 | 1998-04-07 | Nec Corporation | Multiquantum-well semiconductor laser |
| US6141363A (en) * | 1996-06-04 | 2000-10-31 | France Telecom | Optical semiconductor light guide device having a low divergence emergent beam, application to fabry-perot and distributed feedback lasers |
-
1991
- 1991-08-29 JP JP21893391A patent/JPH0555697A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5737353A (en) * | 1993-11-26 | 1998-04-07 | Nec Corporation | Multiquantum-well semiconductor laser |
| US5737350A (en) * | 1994-09-13 | 1998-04-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser having multi-quantum barrier including complex barrier structure and method of making the semiconductor laser |
| EP0702439A1 (en) * | 1994-09-19 | 1996-03-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser and fabricating method thereof |
| US5685904A (en) * | 1995-04-28 | 1997-11-11 | Lucent Technologies Inc. | Method of making multi-quantum well lasers |
| US6141363A (en) * | 1996-06-04 | 2000-10-31 | France Telecom | Optical semiconductor light guide device having a low divergence emergent beam, application to fabry-perot and distributed feedback lasers |
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