JPH057051A - 量子バリア半導体光素子 - Google Patents

量子バリア半導体光素子

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JPH057051A
JPH057051A JP3320977A JP32097791A JPH057051A JP H057051 A JPH057051 A JP H057051A JP 3320977 A JP3320977 A JP 3320977A JP 32097791 A JP32097791 A JP 32097791A JP H057051 A JPH057051 A JP H057051A
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active layer
cladding layer
potential
semiconductor optical
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Masanori Irikawa
理徳 入川
Masayuki Iwase
正幸 岩瀬
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 オージェ効果に起因して発生するホットエレ
クトロンに対し十分な反射機能をもち、優れた温度特
性、電流特性（低閾値）を発揮することのできる量子バ
リア半導体光素子を提供する。 【構成】 ダブルヘテロ構造を含む光素子において、入
射電子波とポテンシャルによる反射電子波とが強め合う
位相となるように、歪超格子層１０、２０からなる共鳴
散乱形の箱型ポテンシャル電子反射層が、ｐ−クラッド
層６と活性層３との間、ｐ−クラッド層６内、第一活性
層３と中間クラッド層４との間、第二活性層５とｐ−ク
ラッド層６との間、中間クラッド層４内などに設けられ
る。 【効果】 オージェ効果に起因して発生するホットエレ
クトロンに対しても有効な反射機能をもつＭＱＢが得ら
れるので、オージェ効果に起因するオーバフロー電流が
抑制され、長波長帯ＬＤのごとき光素子の場合は、これ
の温度特性が向上する。低閾値電流で温度特性の優れた
ＤＣＣ−ＬＤも実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は量子バリア半導体光素
子、特に、温度特性に優れた低閾値電流の長波長帯量子
バリア半導体レーザ素子、半導体レーザ増幅器として利
用することのできる光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信用の長波長帯半導体レーザ素子
（ＬＤ）としてＧａＩｎＡｓＰ活性層、ＩｎＰクラッド
層を備えたダブルヘテロ構造のものが広く知られてお
り、これが基幹光通信回線用の光源として実用化されて
いる。
【０００３】長波長帯ＬＤは、ＧａＡｓを活性層とする
短波長帯のものと比べ、温度特性が劣るので、幹線系で
の使用に際してペルチェ素子が付されている。しかし、
一般の光リンクにおいては、低価格化、電力の低消費な
どをはかるために、温度制御なしで路上で使用すること
を前提とする、かつ、８５℃まで性能を保証することの
できる温度特性の優れたＬＤが必要となっている。
【０００４】ＬＤの発振閾値電流は、発振閾値電流をＩ
thとし、温度をＴ（Ｋ）とし、特性温度をＴ0 （Ｋ）と
した場合、温度Ｔの関数として下記（１）式のようにあ
らわされる。 Ｉth＝Ｉth0 ×ｅｘｐ（Ｔ／Ｔ0 ）‥‥‥‥‥‥（１） 上記において、特性温度Ｔ0 が高いことは、温度特性が
安定し、優れていることを示す。ちなみに、短波長帯Ｌ
Ｄの特性温度は、Ｔ0 ＞１５０Ｋである。それに対し、
長波長帯ＬＤの特性温度は、約１０℃以下の温度のと
き、Ｔ0 ＝１３０〜１４０Ｋであるが、約１０℃以上の
温度のとき、Ｔ0 ＝６０〜８０Ｋと低下する。
【０００５】長波長帯ＬＤの特性温度が低下する原因と
して、従来、つぎの三要因が考えられてきた。1-1.電子
が活性層からクラッド層へ熱的に励起され、拡散してリ
ークする。1-2.活性層の伝導帯の電子が、オージェ効果
（ＣＨＣＣ過程）により高いエネルギに励起されクラッ
ド層へオーバフローしてリークする。1-3.価電子帯内に
おいてホールがオージェ効果（ＣＨＣＣ過程）により励
起されるので、光の吸収が増大する。これらのうち、 1
-2項の現象が長波長帯ＬＤの特性温度を低下させる主因
であるとされている。1-2 項を主因とみなす理由は、下
記の文献１に記載されているように、1-1 項の現象によ
るリーク電流の増大が１．３μｍ帯において１００Ａ／
ｃｍ2 以下と小さいからであり、さらに1-3 項の現象に
よる光の吸収の増大も、閾値の実際の温度変化を説明す
る上で十分でないからである。 文献１：G. P. Agrawal et al., Longwavelength Semic
onductor Lasers.Van Nostrand Reinhold Company, pp.
70-138. したがって、長波長帯ＬＤの温度特性を改善しようとす
るとき、オージェ効果に起因して発生する電子のオーバ
フローをいかにして低減するかがキーとなる。
【０００６】かかる観点から、長波長帯ＬＤの温度特性
を改善するために、ＤＣＣ(DoubleCarrier Confinent)
方式、ＭＱＢ(Multi Quantum Barrier) 方式などが検討
されている。
【０００７】ＤＣＣ方式による素子の一例として、図４
（ａ）〜（ｃ）に示すＤＣＣ構造、エネルギバンド構
造、温度特性をもつものが、下記の文献２に記載されて
いる。 文献２：M. Yano et al., IEEE J. QuantumElectron.,
vol. QE-19,pp. 1319-1327. 図４（ａ）に示されたＤＣＣ構造は、ｎ−ＩｎＰ基板１
上において、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＧａＩｎＡｓＰ
第一活性層３、ｐ−ＩｎＰ中間クラッド層４、ｐ−Ｇａ
ＩｎＡｓＰ第二活性層５、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、ｐ
−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層７、ｎ−ＩｎＰブロック
層８、ｐ−電極９が順次積層されたものである。図４
（ａ）のＤＣＣ構造をもつ素子は、これの実験結果を示
す図４（ｃ）の温度特性を参照して明らかなように、８
０℃付近まで１３０〜２１０Ｋと温度特性が改善されて
おり、外部微分量子効率の温度依存特性も小さくなって
いる。このようにＤＣＣ構造の温度特性が改善されたの
は、発振に必要な利得の主要部分を発生する第一活性層
からオーバフローした電子が、中間クラッド層で散乱さ
れてエネルギを失い、再び第二活性層により捕捉され
て、ここで再び誘導放出するからであり、それゆえ、図
４（ａ）のＤＣＣ構造は、前記 1-2項で述べた過程が低
減されたのと同等の効果を奏する。
【０００８】ＭＱＢ方式による素子は、電子を波動とし
て反射させ、その反射波と入射波とが互いに強め合う位
相となるように、すなわち、電子の反射率が最大となる
ように、超格子構造が構成されたものである。これに関
する報告例として、つぎの文献３、４がみられる。 文献３：特開昭６３−４６７８８号公報 （伊賀、小
山、植之原、東京工業大学所属） 文献４：Iga, Uenohara, Koyama, Electronics Letter
s, vol22.pp. 1008-1009, 1986. このうち、文献３に記載の素子は、図５に略示するよう
に、ＧａＩｎＡｓＰ活性層３とｐ−ＩｎＰクラッド層６
との間に、ＭＱＢたる電子反射層１０が設けられたもの
である。すなわち、図５の素子は、ＧａＩｎＡｓＰ活性
層３とｐ−ＩｎＰクラッド層６との間に障壁幅と井戸幅
とが異なる複数の周期構造を設けることにより、実効的
な障壁を古典的な障壁よりも高くしている。
【０００９】その他、最近の報告例として、ＭＱＢ方式
の可視赤色ＬＤに関する記載が下記の文献５にみられ
る。この文献５には、ＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ系からな
るＭＱＢ構造を導入することにより、ＬＤの特性温度が
向上し発振閾値電流が低減すると報告されている。 文献５：K. Kishino et al., IEEE, LaserConference,
PD-10, 1990.
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来検討ないし実施さ
れているＤＣＣ構造については、つぎのような問題のあ
ることが下記の文献６により指摘されている。 2-1.閾値電流密度が通常の半導体レーザ素子の約２倍と
大きい。 2-2.二つの活性層および中間クラッド層を薄くしていく
と、閾値電流密度が低下するだけでなく特性温度も低下
し、通常の半導体レーザ素子の特性温度に近づく。 文献６：T. C. Hasenberg et al., Appl. Phys. Lett.,
vol49, NO. 7,pp. 400, 1986. 上記 2-2項の問題が生じる原因としては、中間クラッド
層でのエネルギ緩和効果が低下し、第二活性層に電子が
捕捉されがたくなるためと考えられる。
【００１１】つぎに、従来提供されているＭＱＢ素子に
ついて、これの問題点を以下に指摘する。長波長帯の材
料について、ＭＱＢによる実効的な障壁高さを増大させ
ることが理論的に検討されており、たとえば、下記の文
献７には、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰ系のＭＱＢ素
子として、０．１６ｅＶの障壁高さの増大が得られると
報告されている。すなわち、実効的障壁高さは、通常の
ヘテロ障壁高さ０．３５ｅＶと上記増加分０．１６ｅＶ
とを加えて約０．５ｅＶとなる。 文献７：植之原ほか、電子情報通信学会論文誌Ｃ、vol,
J70-C, NO. 6,pp. 851-857, 1987. しかし、長波長帯ＬＤの特性温度を低下させる主因（前
記2-2 項）はオージェ効果で発生するホットエレクトロ
ンのオーバフローである。しかも、発振波長１．３μｍ
での長波長帯ＬＤのホットエレクトロンのエネルギは、
バンド（伝導帯）の下端から最大の場合、約１ｅＶ高い
レベルにあり、このレベルは、上記実効的障壁高さ約
０．５ｅＶよりも０．５ｅＶ高くなる。このようなホッ
トエレクトロンに対するＭＱＢの効果については、従来
報告例がみられない。
【００１２】かかる事情に鑑み、ＭＱＢの原理を、下記
の文献８、その他で知られている一つの井戸型ポテンシ
ャル、一つの箱型バリアポテンシャルと電子との一次元
の衝突の問題に簡略化したモデルを用いて考察する。 文献８：シッフ量子力学 （吉岡書店発行） p115.
【００１３】一次元井戸型ポテンシャルと電子の衝突 図６（ａ）に示すポテンシャル形状については、Ｖ0 は
ポテンシャルの深さ、Ｅ0 をキャリアのエネルギ、ｍを
キャリアの井戸内の有効質量、ａを井戸の幅とする。こ
の場合の反射率Ｒは、下記（２）式のようにあらわさ
れ、その（２）式中のｋ2 は、下記（３）式のようにな
る。 Ｒ＝１／｛１＋〔4E0(E0+V0)〕／〔V0 sin2(k2a)〕｝‥‥‥（２） ｋ2 ＝｛〔2m (E0+V0)〕／(h/2π)2｝1/2 ‥‥‥‥‥‥‥‥（３） なお、位相が強め合って反射率Ｒの最大値Ｒmax を与え
る条件は、下記（４）式のとおりであり、このとき、最
大値Ｒmax は下記（５）式により求まる。 ｋ2 ａ＝〔ｎ＋（１／２）〕π‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４） ただし、ｎ＝０，１，２…． Ｒmax ＝１／｛１＋〔4E0(E0+V0)〕／(V0 2) ｝‥‥‥‥‥‥（５）
【００１４】一次元箱型バリアポテンシャルと電子の衝
突 図６（ｂ）に示すポテンシャル形状については、Ｖ0 を
ポテンシャルの深さ、Ｅ0 をキャリアのエネルギ、ｍを
キャリアのバリア内の有効質量、ａを井戸の幅とする。
上記において、Ｅ0 ≧Ｖ0 のとき、反射率Ｒは、下記
（６）式ようにあらわされ、その（６）式中のｋ2 は、
下記（７）式のようになる。 Ｒ＝１／｛１＋〔4E0(E0-V0)〕／〔V0 sin2(k2a)〕｝‥‥‥‥‥（６） ｋ2 ＝｛〔2m (E0-V0)〕／(h/2π)2｝1/2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７） なお、位相が強め合って反射率Ｒの最大値Ｒmax を与え
る条件は、下記（８）式のとおりであり、このとき、最
大値Ｒmax は下記（９）式により求まる。 ｋ2 ａ＝〔ｎ＋（１／２）〕π‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（８） ただし、ｎ＝０，１，２…． Ｒmax ＝１／｛１＋〔4E0(E0-V0)〕／(V0 2) ｝‥‥‥‥‥‥（９） 上記において、Ｖ0 ＞Ｅ0 ＞０のとき、反射率Ｒは下記
（10）式ようにあらわされ、その（10）式中のｋ1 は下
記（11）式のようになる。 Ｒ＝１／｛１＋〔4E0(V0-E0)〕／〔V0 2 sinh2(k1a)〕｝‥‥‥‥（10） ｋ1 ＝｛〔2m (V0-E0)〕／(h/2π)2｝1/2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（11） したがって、このＶ0 ＞Ｅ0 ＞０のときは、位相の共鳴
条件が存在せず、井戸の幅ａを大きくしてｋ1 ａを大き
くするほど、反射率Ｒの値が１に近づく。しかし、電子
波の可干渉性を前提とするＭＱＢの場合、その可干渉長
が、キャリアの平均自由行程のオーダで有限であるか
ら、井戸の幅ａを大きくすることには制約がある。
【００１５】一般に、最大エネルギ準位に励起されるホ
ットエレクトロンに対するエネルギの関係は、前記井戸
型ポテンシャルの場合が（５）式に対応し、前記箱型バ
リアポテンシャルの場合が（９）式に対応するので、こ
れらを規格化された入射エネルギ（Ｅ0 ／Ｖ0 ）の関数
として計算したところ、図７（ａ）（ｂ）に示す結果が
得られた。図７（ａ）（ｂ）から明らかなように、いず
れのポテンシャル形状においても（Ｅ0 ／Ｖ0 ）が増大
するにしたがい反射率Ｒの最大値Ｒmax が減少してい
る。
【００１６】一例として、ＩｎＰと格子整合する各材料
のうち、最も電子親和力が小さいとされるＡｌx Ｉｎ
1-x Ａｓ(x=0.48)とＩｎＰとでバリアを構成した場合の
ポテンシャル形状を図８に示す。図８の箱型バリアポテ
ンシャルでは、ＩｎＰと格子整合するＡｌＩｎＡｓ層１
１が、ＧａＩｎＡｓＰ活性層３とｐ−ＩｎＰクラッド層
６との間に設けられている。１．３μｍＬＤについて、
図８の箱型バリアポテンシャルを検討した場合、最大エ
ネルギ９５０ｍｅＶで入射するホットエレクトロンに対
して、Ｅ0 ／Ｖ0 ＝２．９３となり、このときの反射率
Ｒは、前記図７（ｂ）を参照して明らかなように、最大
値Ｒmax ＝０．０４となる。すなわち、箱型バリアポテ
ンシャルは、反射率最大の位相条件においても４％の反
射率しか示さず、ほとんど電子を反射しないとみなされ
る。しかも、このようなバリアを多層構造にして、反射
率Ｒ＝１を得ようとするとき、特定のエネルギについて
も、１０層以上のバリアが必要となり、これを広いエネ
ルギ範囲に対応させようとするには、さらに数倍以上の
きわめて厚いＭＱＢが必要になる。これは、前述した可
干渉長からみて望ましくなく、干渉性を低下させ、ＭＱ
Ｂの効果を減殺する。
【００１７】以上に述べたように、ＩｎＰと格子整合す
る材料で構成されるポテンシャルはオージェ効果に起因
して発生するホットエレクトロンに対して十分な反射機
能をもたず、ＭＱＢを構成する上で適さない。
【００１８】本発明はこのような技術的課題に鑑み、オ
ージェ効果に起因して発生するホットエレクトロンに対
し十分な反射機能をもち、優れた温度特性、電流特性
（低閾値）を発揮することのできる量子バリア半導体光
素子を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る量子バリア
半導体光素子は、所期の目的を達成するため、つぎのよ
うな構成を特徴としている。
【００２０】その一つである請求項１記載の量子バリア
半導体光素子は、少なくとも一層のＧａＩｎＡｓ（Ｐ）
層をもつ活性層が、ｎ−クラッド層とｐ−クラッド層と
の間に挟まれているダブルヘテロ構造を含み、入射電子
波とポテンシャルによる反射電子波とが強め合う位相と
なるように、歪超格子層からなる共鳴散乱形の箱型ポテ
ンシャル電子反射層がｐ−クラッド層と活性層との間ま
たはｐ−クラッド層の内部に設けられていることを特徴
としている。この場合、活性層は、たとえば、請求項３
に記載したように量子井戸（ＱＷ）構造を有するのが望
ましい。
【００２１】他の一つである請求項２記載の量子バリア
半導体光素子は、ｎ−クラッド層、少なくとも一層のＧ
ａＩｎＡｓ（Ｐ）層をもつ第一活性層、中間クラッド
層、少なくとも一層のＧａＩｎＡｓ（Ｐ）層をもつ第二
活性層、ｐ−クラッド層の順序で、または、その逆の順
序で、これら各層が積層されたＤＣＣ型ダブルヘテロ構
造を含み、入射電子波とポテンシャルによる反射電子波
とが強め合う位相となるように、共鳴散乱形の箱型ポテ
ンシャル電子反射層が、第一活性層と中間クラッド層と
の間または中間クラッド層の内部、および／または、第
二活性層とｐ−クラッド層との間またはｐ−クラッド層
の内部に設けられていることを特徴としている。この場
合も、活性層は、たとえば、請求項３に記載したよう
に、量子井戸（ＱＷ）構造を有するのが望ましく、さら
に、共鳴散乱形の箱型ポテンシャル電子反射層は、たと
えば、請求項４に記載したように、歪超格子層からなる
のが望ましい。
【００２２】
【作用】本発明に係る量子バリア半導体光素子のうち、
請求項１に記載のものは、ｐ−クラッド層と活性層との
間に設けられた共鳴散乱形の量子バリア層を歪超格子、
特に、面内引張歪をもつ歪超格子バリアとすることによ
り、伝導帯下端のバンド不連続が増大すること、すなわ
ち、バリア高さが増大することを利用する。上記におい
て量子バリア層がＭＱＢであるとき、バリアには面内引
張歪を、ウエルには面内圧縮歪をそれぞれもたせること
により、バンドの不連続がさらに大きくなり、また、よ
り厚い歪超格子層の形成が可能となる。
【００２３】歪超格子を介してバンド不連続を制御する
ことは、たとえば、下記の文献９にみられるように、す
でに提案されており、この文献９には、Ａｌx Ｉｎ1-x
Ａｓ／ＩｎＰにおいてＡｌx Ｉｎ1-x Ａｓに約１％の面
内引張歪をもたせたとき、伝導帯下端のバンド不連続が
０．２７ｅＶ増大する報告されている。 文献９：F. Schuemeyer et al., Appl. Phys. Lett. 5
5, pp. 1877-1878.1989. これに基づいて、Ａｌx Ｉｎ1-x Ａｓ(x=0.62)とＩｎＰ
とで１％歪のバリアを構成した場合、後述の実施例（図
２）で説明するように、ＩｎＰクラッド層に対するバリ
アの高さが５１０ｍｅＶとなる。したがって、１．３μ
ｍＬＤにおいて発生する最大エネルギ９５０ｍｅＶのホ
ットエレクトロンに対しては、図７（ｂ）のように、Ｅ
0 ／Ｖ0 ＝１．３７となり、反射率Ｒの最大値Ｒmax ＝
０．３３となる。これは、先に述べた無歪系と比べて反
射率が８倍と大きく、実用レベルの反射率を得ているこ
とになる。このような歪超格子バリアを複数組み合わせ
ることにより、オージェ効果に起因して発生するホット
エレクトロンを有効に反射するためのＭＱＢ構造が得ら
れるので、クラッド層へのホットエレクトロンのオーバ
フローを防止することができる。
【００２４】本発明に係る量子バリア半導体光素子のう
ち、請求項２に記載のものにおいては、ＭＱＢ構造がＤ
ＣＣ構造に適用されているため、中間クラッド層を薄く
した場合でも、ＤＣＣ構造の特徴がＭＱＢにより失われ
ず、発振閾値電流が小さく、温度特性の優れた光素子を
実現することができる。請求項２に記載の量子バリア半
導体光素子において、ＭＱＢ構造が歪超格子バリアから
なるとき、より有効な電子閉じ込め効果を期待すること
ができる。
【００２５】
【実施例】図１（ａ）は、本発明に係る光素子の一実施
例として、請求項１に該当する半導体レーザ（ＬＤ）を
示しており、図１（ｂ）は、そのＬＤのゼロバイアス時
のエネルギバンド構造を示している。図１（ａ）（ｂ）
に例示されたＬＤは、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、ｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層２、ＧａＩｎＡｓＰ活性層３、ｎ−ＩｎＰ
およびＡｌx Ｉｎ1-x Ａｓ(x=0.62)からなる歪超格子層
１０、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコ
ンタクト層７、ｎ−ＩｎＰブロック層８、ｐ−電極９が
順次積層されたものであり、ＭＱＷたる歪超格子層１０
は、これに１０16〜１０17ｃｍ-3程度ｐドープされてお
り、Ａｌx Ｉｎ1-x Ａｓが１％の面内引張歪を有してい
る。図２は、１％の面内引張歪をもつＡｌx Ｉｎ1-x Ａ
ｓ(x= 0.62) とＩｎＰとでバリアを構成した場合のポテ
ンシャル形状を示しており、この例では、１％の面内引
張歪をもつバリア層１１が、ＧａＩｎＡｓＰ活性層３と
ｐ−ＩｎＰクラッド層６との間に設けられている。
【００２６】図２に示すポテンシャル形状の場合、Ｐ−
ＩｎＰクラッド層に対するバリアの高さは５１０ｍｅＶ
となる。したがって、１．３μｍＬＤに図２の箱型バリ
アポテンシャルを適用した場合では、最大エネルギ９５
０ｍｅＶで入射するホットエレクトロンに対してＥ0 ／
Ｖ0 ＝１．３７となり、このときの反射率Ｒが、図７
（ｂ）のように、最大値Ｒmax ＝０．３３となるから、
実用レベルの反射率を確保しているといえる。すなわ
ち、前記ホットエレクトロンに対する反射率がバリア一
層あたり約３０％となり、したがってこのようなバリア
を多数積層してＭＱＢを構成することにより、当該ＭＱ
Ｂ構造にほぼ１００％の反射率をもたせることができ
る。
【００２７】図３（ａ）は、本発明に係る光素子の他の
一実施例として、請求項２、３に該当するＤＣＣ−ＬＤ
を示しており、図３（ｂ）は、そのＤＣＣ−ＬＤのエネ
ルギバンド構造を示している。図３（ａ）（ｂ）に例示
されたＬＤは、ｎ−ＩｎＰ基板１上にあるｎ−ＩｎＰク
ラッド層２の上に、厚さ６００ÅのノンドープＧａＩｎ
ＡｓＰ第一活性層３、歪超格子層（ＭＱＢ電子反射層）
１０、厚さ４００Åのｐ−ＩｎＰ中間クラッド層４、厚
さ６００ÅのＧａＩｎＡｓＰ第二活性層５、歪超格子層
（ＭＱＢ電子反射層）１２、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、
ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層７、ｎ−ＩｎＰブロッ
ク層８、ｐ−電極９が順次積層されたものであり、両活
性層３、５のバンドギャップ波長λg が１．３μｍとな
っている。すでに指摘したように、従来のＤＣＣ構造で
は、中間クラッド層を１０００Å付近から薄くしていく
と、温度特性が低下し、通常のＬＤの値に近づく。それ
に対し、図３（ａ）（ｂ）に示すＤＣＣ−ＬＤの場合
は、第一活性層３で発生するホットエレクトロンを、歪
超格子層（ＭＱＢ電子反射層）１０により反射し、さら
に、高エネルギのままクラッド層６へ通過しようとする
電子を、歪超格子層（ＭＱＢ電子反射層）１２により反
射して、第二活性層５で捕捉することができる。したが
って、図３（ａ）（ｂ）に示すＤＣＣ−ＬＤの場合は、
中間クラッド層６を薄層化することができ、しかも、優
れた温度特性を保持したまま、閾値電流を低下すること
ができる。
【００２８】なお、引張り歪超格子層としては、ＡｌＩ
ｎＡｓのほか、＋５％程度の面内引張歪をもつＧａＩｎ
（Ａｓ）Ｐも採用することができる。活性層としても、
先に例示したバルク型以外に、適当なＳＣＨ層を備えた
量子井戸構造を用いることにより、より低閾値電流密度
の光素子を実現することができる。さらに、電流狭窄構
造については、図１、図３に例示した構造のほか、ＢＨ
構造、ＢＣ構造などを採用することができる。その他、
本発明に係る半導体光素子を半導体レーザ増幅器に適用
した場合も、以上に述べたと同様の効果を期待すること
ができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明に係る量子バリア半導体光素子
は、以上の説明で明らかなとおり、つぎのような効果を
有している。その一つは、オージェ効果に起因して発生
するホットエレクトロンに対しても有効な反射機能をも
つＭＱＢが得られることであり、これに基づき、オージ
ェ効果に起因するオーバフロー電流が抑制される。した
がって、たとえば、長波長帯ＬＤのごとき光素子の場
合、これの温度特性が向上する。他の一つとして、低閾
値電流で温度特性の優れたＤＣＣ−ＬＤが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る長波長帯ＬＤの一実施例
を示した断面図、（ｂ）はそのＬＤのゼロバイアス時の
エネルギバンド構造図である。
【図２】本発明の光素子たる１．３μｍＬＤにおいて、
活性層とｐクラッド層との間に１％の面内引張歪をもつ
ＡｌＩｎＡｓとＩｎＰとで歪超格子バリアを構成した場
合のエネルギバンドと最大入射エネルギをもつオージェ
電子のエネルギレベルとを示した図である。
【図３】（ａ）は本発明に係るＤＣＣ−ＬＤの実施例を
示した断面図、（ｂ）はそのＤＣＣ−ＬＤのエネルギバ
ンド構造図である。
【図４】（ａ）は従来例に係るＤＣＣ−ＬＤの断面図、
（ｂ）はそのＤＣＣ−ＬＤのエネルギバンド構造図、
（ｃ）はそのＤＣＣ−ＬＤの温度特性図である。
【図５】多重量子バリアによる実効的ヘテロバリアの増
大を示した図である。
【図６】（ａ）は一次元井戸型ポテンシャルの説明図、
（ｂ）は一次元箱型バリアポテンシャルの説明図であ
る。
【図７】（ａ）は図６（ａ）に示した井戸型ポテンシャ
ルについて、最大反射率の入射エネルギとポテンシャル
深さとの比（Ｅ0 ／Ｖ0 ）に対する依存性の計算値を示
した図、（ｂ）は図６（ｂ）に示した箱型バリアポテン
シャルについて、最大反射率の入射エネルギとバリア高
さとの比（Ｅ0 ／Ｖ0 ）に対する依存性の計算値を示し
た図である。
【図８】１．３μｍＬＤにおいて、活性層とｐクラッド
層との間に、格子整合するＡｌＩｎＡｓとＩｎＰとでバ
リアを構成した場合のエネルギバンドとオージェ電子の
最大エネルギレベルとを示した図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ３ ＧａＩｎＡｓＰ活性層 ４ ｐ−ＩｎＰ中間クラッド層 ５ ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ第二活性層 ６ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ７ ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層 ８ ｎ−ＩｎＰブロック層 ９ ｐ−電極 １０ 歪超格子層（ＭＱＢ電子反射層） １１ バリア層 １２ 歪超格子層（ＭＱＢ電子反射層）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一層のＧａＩｎＡｓ（Ｐ）層
    をもつ活性層が、ｎ−クラッド層とｐ−クラッド層との
    間に挟まれているダブルヘテロ構造を含み、入射電子波
    とポテンシャルによる反射電子波とが強め合う位相とな
    るように、歪超格子層からなる共鳴散乱形の箱型ポテン
    シャル電子反射層が、ｐ−クラッド層と活性層との間ま
    たはｐ−クラッド層の内部に設けられていることを特徴
    とする量子バリア半導体光素子。
  2. 【請求項２】 ｎ−クラッド層、少なくとも一層のＧａ
    ＩｎＡｓ（Ｐ）層をもつ第一活性層、中間クラッド層、
    少なくとも一層のＧａＩｎＡｓ（Ｐ）層をもつ第二活性
    層、ｐ−クラッド層の順序で、または、その逆の順序
    で、これら各層が積層されたＤＣＣ型ダブルヘテロ構造
    を含み、入射電子波とポテンシャルによる反射電子波と
    が強め合う位相となるように、共鳴散乱形の箱型ポテン
    シャル電子反射層が、第一活性層と中間クラッド層との
    間または中間クラッド層の内部、および／または、第二
    活性層とｐ−クラッド層との間またはｐ−クラッド層の
    内部に設けられていることを特徴とする量子バリア半導
    体光素子。
  3. 【請求項３】 活性層が量子井戸（ＱＷ）構造を有する
    請求項１または２記載の量子バリア半導体光素子。
  4. 【請求項４】 共鳴散乱形の箱型ポテンシャル電子反射
    層が歪超格子層からなる請求項２または３記載の量子バ
    リア半導体光素子。
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