JPH06209139A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

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JPH06209139A
JPH06209139A JP240193A JP240193A JPH06209139A JP H06209139 A JPH06209139 A JP H06209139A JP 240193 A JP240193 A JP 240193A JP 240193 A JP240193 A JP 240193A JP H06209139 A JPH06209139 A JP H06209139A
Authority
JP
Japan
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layer
type
quantum well
light guide
laser device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP240193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Yamamoto
剛之 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH06209139A publication Critical patent/JPH06209139A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3213Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities asymmetric clading layers

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor laser of a structure, wherein a recombination current in light guide layers under a high-temperature environment is inhibited leaving as an optical confinement coefficient is held without reducing the coefficient and an oscillation takes place in a low threshold current over a wide range covering from room temperature to a high temperature. CONSTITUTION:An N-type light guide layer 16 and a P-type light guide layer 18 having a conduction band lower end Ec higher than that of barrier layers 10 with an electronic energy as a reference are respectively provided on one side of the sides of a quantum well active layer 14 formed by laminating alternately the burrier layers 10 and well layers 12 and on the other side of the layer 14 in such a way as to hold the layer 14 between them and an N-type clad layer 20 and a P-type clad layer 22 are respectively provided on the outsides of these layers 16 and 18. A hole blocking layer 24, whose valence band upper end Ev is higher than that of the layer 16 with the energy of a hole as a reference, is provided at the boundary between the layers 14 and 16.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に係
り、特に光通信や光インターコネクション等の光源とし
て用いられる量子井戸レーザ装置に関する。半導体レー
ザ装置は、光ファイバによる情報伝送等に用いられてい
るが、その適用領域を従来の幹線系から光加入者系や光
LAN(Local Area Network)等へ広げていくために
は、室温から高温環境下に至る広い温度範囲において発
振閾値電流が低い半導体レーザ装置が要求されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a quantum well laser device used as a light source for optical communication and optical interconnection. Semiconductor laser devices are used for information transmission through optical fibers, but in order to expand the applicable area from conventional trunk lines to optical subscriber lines, optical LANs (Local Area Networks), etc. There is a demand for a semiconductor laser device having a low oscillation threshold current in a wide temperature range up to a high temperature environment.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、低閾値電流特性をもつ半導体レー
ザ装置を実現するために、活性層に量子井戸構造を導入
し、光の閉じ込めとキャリアの閉じ込めを分離したSC
H(Separate-Confinement Heterostructure)構造を用
いた量子井戸レーザ装置が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to realize a semiconductor laser device having a low threshold current characteristic, a quantum well structure has been introduced into an active layer to separate optical confinement from carrier confinement.
A quantum well laser device using an H (Separate-Confinement Heterostructure) structure is used.

【0003】図7(a)、(b)は、代表的なSCH構
造の量子井戸レーザ装置の電流注入時のバンド構造を示
すエネルギーバンド図である。図7(a)において、バ
リア層80と井戸層82とが交互に積層された量子井戸
活性層84を挟んで、n型光ガイド層86及びp型光ガ
イド層88が設けられている。また、これらn型及びp
型光ガイド層86、88の外側には、n型及びp型光ガ
イド層86、88のバンドギャップエネルギーEg より
も大きなバンドギャップエネルギーEg をもつn型クラ
ッド層90及びp型クラッド層92がそれぞれ設けられ
ている。
FIGS. 7A and 7B are energy band diagrams showing a band structure at the time of current injection in a quantum well laser device having a typical SCH structure. In FIG. 7A, an n-type light guide layer 86 and a p-type light guide layer 88 are provided with a quantum well active layer 84 in which barrier layers 80 and well layers 82 are alternately stacked. Also, these n-type and p
Outside the type optical guide layers 86 and 88, an n-type cladding layer 90 and a p-type cladding layer 92 having a bandgap energy Eg larger than the bandgap energy Eg of the n-type and p-type optical guide layers 86 and 88, respectively. It is provided.

【0004】ここで、量子井戸活性層84の井戸層82
のバンドギャップエネルギーEg とn型及びp型クラッ
ド層90、92のバンドギャップエネルギーEg との中
間のバンドギャップエネルギーEg をもつ量子井戸活性
層84のバリア層80とn型及びp型光ガイド層86、
88を設けるのは、キャリアはバリア層80と井戸層8
2とのバンドギャップエネルギー差で井戸層82に閉じ
込めるのに対し、光はn型及びp型光ガイド層86、8
8とn型及びp型クラッド層90、92との屈折率差で
閉じ込めるためである。このようにして、キャリアと光
の閉じ込めを分離することで、井戸層82に閉じ込めら
れる光エネルギーの割合を示す光の閉じ込め係数Γを高
めることにより、レーザ発振に必要な利得係数を減少さ
せて、閾値電流を小さくすることが可能となる。
Here, the well layer 82 of the quantum well active layer 84
Barrier layer 80 of the quantum well active layer 84 and the n-type and p-type light guide layer 86 having a bandgap energy Eg intermediate between the bandgap energy Eg of the n-type and p-type cladding layers 90 and 92. ,
88 is provided because the carrier is the barrier layer 80 and the well layer 8.
2 is confined in the well layer 82 due to the difference in bandgap energy from the n-type and n-type and p-type optical guide layers 86, 8
This is for confining due to the difference in refractive index between the n-type and p-type clad layers 90 and 92. In this way, by separating the confinement of light from the carriers, the confinement coefficient Γ of light showing the ratio of the light energy confined in the well layer 82 is increased, thereby decreasing the gain coefficient required for laser oscillation, It is possible to reduce the threshold current.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このようなSCH構造
の量子井戸レーザ装置において、室温付近での閾値電流
は、主に量子井戸活性層84の井戸層82への光閉じ込
めによって決定される。しかし、高温環境下では、井戸
層82のキャリアがバリア層80へ、更にn型及びp型
光ガイド層86、88へ溢れ出て、これらの層で再結合
を起こす。そしてこれら井戸層82以外の層での再結合
電流、特に体積の大きいn型及びp型光ガイド層86、
88でのキャリアの再結合電流が大きな要因となって閾
値電流を上昇させる。
In such a quantum well laser device having an SCH structure, the threshold current near room temperature is mainly determined by the optical confinement of the quantum well active layer 84 in the well layer 82. However, under a high temperature environment, the carriers in the well layer 82 overflow into the barrier layer 80 and further into the n-type and p-type optical guide layers 86 and 88, and recombination occurs in these layers. Recombination currents in layers other than the well layers 82, especially n-type and p-type optical guide layers 86 having a large volume,
The carrier recombination current at 88 is a major factor and raises the threshold current.

【0006】図7(a)に示すバリア層80とn型及び
p型光ガイド層86、88とのバンドギャップエネルギ
ーが等しい通常のSCH構造で、上記の井戸層82のキ
ャリアがn型及びp型光ガイド層86、88へ溢れ出る
ことを抑制するために、井戸層82とバリア層80並び
にn型及びp型光ガイド層86、88とのバンドギャッ
プエネルギー差が大きくなるようなバンドラインアップ
をとると、井戸層82への光閉じ込めが小さくなってし
まい、室温での閾値電流が上昇してしまう。
The conventional SCH structure in which the barrier layer 80 shown in FIG. 7A and the n-type and p-type optical guide layers 86 and 88 have the same band gap energy, and the carriers in the well layer 82 are n-type and p-type. In order to suppress the overflow to the type optical guide layers 86 and 88, a band lineup in which the band gap energy difference between the well layer 82 and the barrier layer 80 and the n-type and p-type optical guide layers 86 and 88 becomes large. If so, the light confinement in the well layer 82 becomes small and the threshold current at room temperature rises.

【0007】即ち、通常のSCH構造では、量子井戸活
性層84の井戸層82とバリア層80並びにn型及びp
型光ガイド層86、88とのバンドギャップエネルギー
差を小さくして光の閉じ込め係数Γを高めようとする
と、n型及びp型光ガイド層86、88に溢れ出たキャ
リアの再結合によって、高温環境下での閾値電流が上昇
し、反対に、バンドギャップエネルギー差を大きくして
井戸層82へのキャリア閉じ込めを図ろうとすると、井
戸層82への光閉じ込めが小さくなって、室温での閾値
電流が上昇してしまうという問題があった。
That is, in the normal SCH structure, the well layer 82 of the quantum well active layer 84, the barrier layer 80, the n-type and the p-type.
When the band gap energy difference between the optical guide layers 86 and 88 is reduced to increase the light confinement coefficient Γ, the carriers that recede into the n-type and p-type optical guide layers 86 and 88 recombine, resulting in high temperature. On the contrary, if the bandgap energy difference is increased to confine carriers in the well layer 82, the optical confinement in the well layer 82 becomes small and the threshold current at room temperature increases. There was a problem that would rise.

【0008】また、図7(a)のn型光ガイド層86及
びp型光ガイド層88の代わりに、図7(b)に示され
るような、階段状又は連続的に屈折率が変化するn型光
ガイド層94及びp型光ガイド層96をもつGRIN
(Graded Index)−SCH構造の量子井戸レーザ装置も
作製されている。しかし、このGRIN−SCH構造の
量子井戸レーザ装置においても、n型及びp型光ガイド
層94、96のバンドギャップエネルギーEg を量子井
戸活性層84との境界のすぐ近くから大きくすると、キ
ャリアの溢れる領域を量子井戸活性層84の近傍に抑制
することができるものの、屈折率が急俊に小さくなって
しまうため、量子井戸活性層84の井戸層82への光の
閉じ込めは減少してしまう。反対に、バンドギャップエ
ネルギーEg の変化を緩和すると、状況は通常のSCH
構造の場合と同様になってしまう。
Further, instead of the n-type light guide layer 86 and the p-type light guide layer 88 of FIG. 7A, the refractive index changes stepwise or continuously as shown in FIG. 7B. GRIN having n-type light guide layer 94 and p-type light guide layer 96
A quantum well laser device having a (Graded Index) -SCH structure has also been manufactured. However, also in this quantum well laser device having the GRIN-SCH structure, when the band gap energy Eg of the n-type and p-type optical guide layers 94 and 96 is increased from near the boundary with the quantum well active layer 84, carriers overflow. Although the region can be suppressed in the vicinity of the quantum well active layer 84, the refractive index suddenly becomes small, so that the confinement of light in the well layer 82 of the quantum well active layer 84 is reduced. On the contrary, if the change in the bandgap energy Eg is relaxed, the situation is normal SCH.
It becomes the same as the case of the structure.

【0009】従って、従来の量子井戸レーザ装置におい
ては、通常のSCH構造、GRIN−SCH構造のいず
れを採用しても、このように量子井戸活性層84への光
の閉じ込めと高温環境下での井戸層82近傍へのキャリ
アの閉じ込めとを同時に実現することは困難であった。
そこで本発明は、光閉じ込め係数Γを低下させることな
く保持したままで、高温環境下での光ガイド層でのキャ
リアの再結合電流を抑制し、室温から高温に至る広い範
囲において低閾値電流で発振する半導体レーザ装置を提
供することを目的とする。
Therefore, in the conventional quantum well laser device, whether the ordinary SCH structure or the GRIN-SCH structure is adopted, the light is confined in the quantum well active layer 84 and the high temperature environment is obtained. It was difficult to simultaneously confine carriers in the vicinity of the well layer 82.
Therefore, the present invention suppresses the recombination current of carriers in the optical guide layer under a high temperature environment while keeping the optical confinement coefficient Γ without decreasing, and provides a low threshold current in a wide range from room temperature to high temperature. An object is to provide a semiconductor laser device that oscillates.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理図を
説明するための量子井戸レーザ装置のバンド構造を示す
エネルギーバンド図である。バリア層10と井戸層12
とが交互に積層された量子井戸活性層14を挟んで、一
方にn型光ガイド層16が設けられており、他方にバリ
ア層10の伝導帯下端のエネルギー準位Ec (以下、
「伝導帯下端Ec 」と略す)よりも電子のエネルギーを
基準として高い伝導帯下端Ec をもつp型光ガイド層1
8が設けられている。即ち、このp型光ガイド層18
は、バリア層10からの伝導帯のバンドオフセットΔE
c が電子のエネルギーを基準として正となる材料からな
っている。
FIG. 1 is an energy band diagram showing the band structure of a quantum well laser device for explaining the principle of the present invention. Barrier layer 10 and well layer 12
The n-type optical guide layer 16 is provided on one side of the quantum well active layer 14 in which and are alternately stacked, and the energy level Ec (hereinafter,
P type optical guide layer 1 having a conduction band lower end Ec higher than the conduction band lower end Ec) based on electron energy.
8 are provided. That is, this p-type light guide layer 18
Is the band offset ΔE of the conduction band from the barrier layer 10.
c is made of a material that is positive with respect to the energy of the electron.

【0011】また、このn型光ガイド層16の外側に
は、このn型光ガイド層16のバンドギャップエネルギ
ーEg よりも大きいバンドギャップエネルギーEg をも
つn型クラッド層20が設けられ、またp型光ガイド層
18の外側には、このp型光ガイド層18及びバリア層
10のバンドギャップエネルギーEg よりも大きいバン
ドギャップエネルギーEg をもつp型クラッド層22が
設けられている。
An n-type cladding layer 20 having a bandgap energy Eg larger than the bandgap energy Eg of the n-type light guide layer 16 is provided outside the n-type light guide layer 16, and the p-type clad layer 20 is provided. A p-type cladding layer 22 having a bandgap energy Eg larger than the bandgap energy Eg of the p-type light guide layer 18 and the barrier layer 10 is provided outside the light guide layer 18.

【0012】そして量子井戸活性層14とn型光ガイド
層16との境界に、その価電子帯上端のエネルギー準位
Ev (以下、「価電子帯上端Ev 」と略す)がn型光ガ
イド層16の価電子帯上端Ev よりもホールのエネルギ
ーを基準として高くなっているホールブロック層24が
設けられている。即ち、このホールブロック層24は、
バリア層10及びn型光ガイド層16からの価電子帯の
バンドオフセットΔEv がホールのエネルギーを基準と
して正となる材料からなっている点に本発明の大きな特
徴がある。
At the boundary between the quantum well active layer 14 and the n-type light guide layer 16, the energy level Ev at the upper end of the valence band (hereinafter abbreviated as “valence band upper end Ev”) is the n-type light guide layer. A hole blocking layer 24 is provided which is higher than the upper end Ev of the valence band of 16 with respect to the energy of holes. That is, the hole block layer 24 is
A significant feature of the present invention is that the band offset ΔEv of the valence band from the barrier layer 10 and the n-type optical guide layer 16 is made of a material whose positive value is based on the energy of holes.

【0013】[0013]

【作用】一般に、キャリアを量子井戸層近傍に閉じ込め
ようとする場合、電子とホールとでは状況がかなり異な
る。電子はホールに比べて有効質量が軽いので障壁をト
ンネルし易く、更に擬フェルミレベルが量子井戸活性層
を挟む光ガイド層の伝導帯下端Ec 近くまで上がってい
るために、高いエネルギーを持つ電子が多い。従って、
電子に対するポテンシャル障壁を設けても、その厚さが
薄いとそのポテンシャル障壁をトンネルする電子が生
じ、その高さが低いとバリアの上を越える電子が生じて
しまう。これに対して、ホールは電子に比べて有効質量
が重く、かつ擬フェルミレベルは光ガイド層の価電子帯
上端Ev から離れている為、即ち状況が反対であるた
め、電子よりも比較的容易に量子井戸層近傍に閉じ込め
ることができる。
In general, when trying to confine carriers in the vicinity of the quantum well layer, the situation is quite different between electrons and holes. Since electrons have a lighter effective mass than holes, they easily tunnel through barriers, and because the pseudo-Fermi level rises near the bottom of the conduction band Ec of the optical guide layer that sandwiches the quantum well active layer, electrons with high energy are generated. Many. Therefore,
Even if a potential barrier for electrons is provided, if the thickness is thin, electrons will tunnel through the potential barrier, and if the height is low, electrons will exceed the barrier. On the other hand, holes have a larger effective mass than electrons, and the pseudo-Fermi level is far from the valence band upper end Ev of the light guide layer, that is, the situation is opposite, so it is relatively easier than electrons. Can be confined near the quantum well layer.

【0014】本発明では、量子井戸活性層14とn型光
ガイド層16との境界に設けたホールブロック層24の
価電子帯上端Ev が、量子井戸活性層14のバリア層1
0及びn型光ガイド層16の価電子帯上端Ev よりもホ
ールのエネルギーを基準として高くなっていることによ
り、ホールに対するポテンシャル障壁となって、高温環
境下で量子井戸活性層14の井戸層12から溢れたホー
ルはバリア層10までに留められ、n型光ガイド層16
へ溢れ出ることは抑制される。その結果、n型光ガイド
層16での再結合電流を抑えることができる。
In the present invention, the valence band upper end Ev of the hole blocking layer 24 provided at the boundary between the quantum well active layer 14 and the n-type optical guide layer 16 is the barrier layer 1 of the quantum well active layer 14.
Since the energy of the hole is higher than the upper end Ev of the valence band of the 0 and n-type optical guide layers 16 on the basis of the hole energy, it becomes a potential barrier for the hole, and the well layer 12 of the quantum well active layer 14 under high temperature environment. The holes overflowing from the inside are retained up to the barrier layer 10, and the n-type light guide layer 16
Overflow is suppressed. As a result, the recombination current in the n-type light guide layer 16 can be suppressed.

【0015】尚、ホールブロック層24を設ける位置
は、量子井戸活性層14とn型光ガイド層16との境界
に限定されず、この境界近傍のn型光ガイド層14中で
あっても、ホールに対するポテンシャル障壁となる効果
を発揮することができる。また、このホールブロック層
24には、引張歪が加わっていることが望ましい。この
場合、引張歪が加わっていないときには価電子帯頂上で
縮退していたヘヴィホールバンドとライトホールバンド
の縮退が解けて分離し、バリア層10でキャリア数の多
いヘヴィホールに対するポテンシャル障壁が高くなり、
且つ伝導帯のバンドオフセットΔEc と価電子帯のバン
ドオフセットΔEv の比ΔEc /ΔEv が大きくなるた
め、より有効にn型光ガイド層16へのホールの侵入を
抑えることができる。
The position where the hole blocking layer 24 is provided is not limited to the boundary between the quantum well active layer 14 and the n-type light guide layer 16, and even in the n-type light guide layer 14 near this boundary, It is possible to exert the effect of becoming a potential barrier for holes. Further, it is desirable that tensile strain is applied to the hole blocking layer 24. In this case, when no tensile strain is applied, the degeneration of the heavy hole band and the light hole band, which had been degenerated at the top of the valence band, is resolved and separated, and the potential barrier for the heavy hole with many carriers increases in the barrier layer 10. ,
Moreover, since the ratio ΔEc / ΔEv of the band offset ΔEc of the conduction band and the band offset ΔEv of the valence band becomes large, it is possible to more effectively suppress the entry of holes into the n-type optical guide layer 16.

【0016】また、ホールブロック層24の伝導帯下端
Ec が、電子に対するポテンシャル障壁となる高さより
低くなっていることが望ましい。例えば、ホールブロッ
ク層24の伝導帯下端Ec がn型光ガイド層16の伝導
帯下端Ec とほぼ等しいか、或いはn型光ガイド層16
の伝導帯下端Ec より低くなっていれば、n型クラッド
層20から注入された電子の走行を阻害することもない
からである。
Further, it is desirable that the conduction band lower end Ec of the hole block layer 24 is lower than the height which becomes a potential barrier for electrons. For example, the conduction band lower end Ec of the hole block layer 24 is substantially equal to the conduction band lower end Ec of the n-type light guide layer 16, or the n-type light guide layer 16 is formed.
This is because, if it is lower than the lower end Ec of the conduction band, the traveling of the electrons injected from the n-type cladding layer 20 is not hindered.

【0017】また、ホールブロック層24の伝導帯下端
Ec が、n型光ガイド層16に存在する電子に対するポ
テンシャル障壁となる高さであっても、そのホールブロ
ック層24の厚さが、ホールがトンネルすることを阻止
するのに十分に厚く、且つ電子がトンネルするのに十分
に薄いものであればよい。この場合も、n型クラッド層
20から注入された電子は容易に量子井戸活性層14に
達するからである。
Further, even if the conduction band lower end Ec of the hole blocking layer 24 is such a height that it becomes a potential barrier for electrons existing in the n-type optical guide layer 16, the thickness of the hole blocking layer 24 is It may be thick enough to prevent tunneling and thin enough to allow electrons to tunnel. Also in this case, the electrons injected from the n-type cladding layer 20 easily reach the quantum well active layer 14.

【0018】更に、本発明では、p型光ガイド層18の
伝導帯下端Ec がバリア層10及びn型光ガイド層16
の伝導帯下端Ec よりも電子のエネルギーを基準として
高いため、電子に対するポテンシャル障壁となって、高
温環境下で量子井戸活性層14の井戸層12から溢れ出
た電子はバリア層10までに留められ、p型光ガイド層
18へ溢れ出ることは抑制される。その結果、p型光ガ
イド層18での再結合電流を抑えることができる。
Further, in the present invention, the conduction band lower end Ec of the p-type light guide layer 18 is the barrier layer 10 and the n-type light guide layer 16.
Since the electron energy is higher than the lower end of the conduction band Ec of the quantum well active layer, it becomes a potential barrier for electrons, and the electrons overflowing from the well layer 12 of the quantum well active layer 14 under the high temperature environment are retained by the barrier layer 10. , P-type light guide layer 18 is prevented from overflowing. As a result, the recombination current in the p-type light guide layer 18 can be suppressed.

【0019】尚、p型光ガイド層18の伝導帯下端Ec
を高くするために、そのバンドギャップエネルギーEg
を大きくすると、屈折率が小さくなり、光閉じ込めの低
下を招くが、その光閉じ込めの低下はp型光ガイド層1
8よりも屈折率の大きいn型光ガイド層16の存在によ
って緩和することができる。特に、ホールブロック層2
4を設けたことによって量子井戸活性層14の井戸層1
2から溢れたホールをバリア層10までに留めることが
可能となったため、n型光ガイド層16の価電子帯上端
Ev をバリア層10の価電子帯上端Ev よりもホールの
エネルギーを基準として低くすることもできる。従っ
て、n型光ガイド層16の屈折率を大きくするためにバ
ンドギャップエネルギーEg をバリア層10のそれより
小さくしても、n型光ガイド層16におけるキャリアの
再結合は増大せず、光閉じ込めのみを増大させることが
可能となる。
The conduction band lower end Ec of the p-type optical guide layer 18 is
To increase the bandgap energy Eg
When the value is increased, the refractive index is decreased, and the light confinement is lowered. However, the decrease in the light confinement is caused by the p-type light guide layer 1
This can be mitigated by the presence of the n-type light guide layer 16 having a refractive index larger than 8. Especially, the hole block layer 2
4 is provided, the well layer 1 of the quantum well active layer 14 is provided.
Since it becomes possible to keep the holes overflowing from 2 up to the barrier layer 10, the valence band upper end Ev of the n-type optical guide layer 16 is lower than the valence band upper end Ev of the barrier layer 10 based on the hole energy. You can also do it. Therefore, even if the bandgap energy Eg is made smaller than that of the barrier layer 10 in order to increase the refractive index of the n-type optical guide layer 16, recombination of carriers in the n-type optical guide layer 16 does not increase, and the optical confinement is suppressed. It is possible to increase only.

【0020】このようにして、光閉じ込め係数Γを低下
させることなく保持したまま、キャリアを井戸層12近
傍に閉じ込めることができることにより、高温でもn型
光ガイド層16及びp型光ガイド層18でのキャリアの
再結合を抑えることができるため、室温から高温に至る
までの広い範囲において低閾値電流で発振することがで
きる。
In this way, the carriers can be confined in the vicinity of the well layer 12 while maintaining the optical confinement coefficient Γ without lowering, so that the n-type optical guide layer 16 and the p-type optical guide layer 18 can be maintained even at high temperatures. Since the recombination of the carriers can be suppressed, it is possible to oscillate with a low threshold current in a wide range from room temperature to high temperature.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。図2(a)は本発明の第1の実施例による量子
井戸レーザ装置を示す断面図、図2(b)はそのバンド
構造を示すエネルギーバンド図である。n型InP基板
30上に、厚さ1μmのn型InPクラッド層32及び
厚さ0.13μm、バンドギャップ波長λg =1.25
μmのn型InGaAsP光ガイド層34が順に積層さ
れ、このn型InGaAsP光ガイド層34上に、厚さ
10nm、バンドギャップ波長λg =1.1μmのn型
InGaAsPホールブロック層36が形成されてい
る。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. 2A is a sectional view showing the quantum well laser device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an energy band diagram showing its band structure. On the n-type InP substrate 30, an n-type InP clad layer 32 having a thickness of 1 μm, a thickness of 0.13 μm, and a bandgap wavelength λg = 1.25.
The n-type InGaAsP light guide layer 34 having a thickness of 10 μm is laminated in this order, and the n-type InGaAsP hole block layer 36 having a thickness of 10 nm and a bandgap wavelength λg of 1.1 μm is formed on the n-type InGaAsP light guide layer 34. .

【0022】また、n型InGaAsPホールブロック
層36上には、厚さ10nm、バンドギャップ波長λg
=1.25μmのi型InGaAsPバリア層38と厚
さ7nmのi型In0.53Ga0.47As井戸層40とが交
互に積層されて4層の多重量子井戸構造をなす量子井戸
活性層42が形成されている。更に、この量子井戸活性
層42上には、厚さ0.16μm、バンドギャップ波長
λg =1.1μmのp型InGaAsP光ガイド層4
4、厚さ2μmのp型InPクラッド層46、及びバン
ドギャップ波長λg =1.25μmのp型InGaAs
Pコンタクト層48が順に積層されている。また、図示
はしないが、p型InGaAsPコンタクト層48上に
は、p側電極が形成され、n型InP基板30底面に
は、n側電極が形成されている。
On the n-type InGaAsP hole blocking layer 36, the thickness is 10 nm and the band gap wavelength is λg.
= 1.25 μm i-type InGaAsP barrier layer 38 and 7 nm-thick i-type In 0.53 Ga 0.47 As well layer 40 are alternately laminated to form a quantum well active layer 42 having a four-layer multi-quantum well structure. ing. Furthermore, on the quantum well active layer 42, a p-type InGaAsP optical guide layer 4 having a thickness of 0.16 μm and a bandgap wavelength λg = 1.1 μm is formed.
4, p-type InP clad layer 46 having a thickness of 2 μm, and p-type InGaAs having a bandgap wavelength λg = 1.25 μm
The P contact layer 48 is sequentially stacked. Although not shown, a p-side electrode is formed on the p-type InGaAsP contact layer 48, and an n-side electrode is formed on the bottom surface of the n-type InP substrate 30.

【0023】このように第1の実施例によれば、n型I
nGaAsP光ガイド層34と量子井戸活性層42との
境界に設けたn型InGaAsPホールブロック層36
の価電子帯上端Ev が、n型InGaAsP光ガイド層
34及びi型InGaAsPバリア層38の価電子帯上
端Ev よりもホールのエネルギーを基準として高くなっ
ていることにより、ホールに対するポテンシャル障壁と
なり、量子井戸活性層42のi型In0.53Ga0.47As
井戸層40から溢れたホールがn型InGaAsP光ガ
イド層34へ溢れ出ることを抑制することができ、n型
InGaAsP光ガイド層34での再結合電流を抑える
ことができる。
As described above, according to the first embodiment, the n-type I
The n-type InGaAsP hole blocking layer 36 provided at the boundary between the nGaAsP optical guide layer 34 and the quantum well active layer 42.
The valence band upper end Ev of is higher than the valence band upper end Ev of the n-type InGaAsP optical guide layer 34 and the i-type InGaAsP barrier layer 38 on the basis of the hole energy, and thus becomes a potential barrier for holes, and I-type In 0.53 Ga 0.47 As of the well active layer 42
The holes overflowing from the well layer 40 can be suppressed from overflowing into the n-type InGaAsP light guide layer 34, and the recombination current in the n-type InGaAsP light guide layer 34 can be suppressed.

【0024】また、p型InGaAsP光ガイド層44
の伝導帯下端Ec がi型InGaAsPバリア層38の
伝導帯下端Ec よりも電子のエネルギーを基準として高
くなっていることにより、電子に対するポテンシャル障
壁となり、量子井戸活性層42のi型In0.53Ga0.47
As井戸層40から溢れた電子がp型InGaAsP光
ガイド層44へ溢れ出ることを抑制することができ、p
型InGaAsP光ガイド層44での再結合電流を抑え
ることができる。
Further, the p-type InGaAsP optical guide layer 44
Since the conduction band lower end Ec of the i-type InGaAsP barrier layer 38 is higher than the conduction band lower end Ec of the i-type InGaAsP barrier layer 38 on the basis of electron energy, it becomes a potential barrier against electrons, and the i-type In 0.53 Ga 0.47 of the quantum well active layer 42 is formed.
Electrons overflowing from the As well layer 40 can be prevented from overflowing into the p-type InGaAsP optical guide layer 44, and p
The recombination current in the InGaAsP optical guide layer 44 can be suppressed.

【0025】これにより、上記図7(b)に示した従来
のGRIN−SCH構造の量子井戸レーザ装置では5%
に達しない井戸層への光閉じ込め係数Γを5.1%に向
上させることができた。そしてこの光閉じ込め係数Γの
向上と共に、高温環境下でもキャリアの閉じ込めを保持
することができるため、室温から高温に至る広い範囲に
おいて閾値電流を下げることができる。
As a result, the quantum well laser device of the conventional GRIN-SCH structure shown in FIG.
It was possible to improve the optical confinement coefficient Γ to the well layer which did not reach the value of 5.1%. Since the optical confinement coefficient Γ is improved and the carrier confinement can be maintained even in a high temperature environment, the threshold current can be lowered in a wide range from room temperature to high temperature.

【0026】尚、上記第1の実施例においては、ホール
ブロック層が量子井戸活性層とn型光ガイド層との境界
に設けられているが、このホールブロック層を設ける位
置は量子井戸活性層とn型光ガイド層との境界近傍のn
型光ガイド層中であってもよい。但し、ホールブロック
層が量子井戸活性層とn型光ガイド層との境界から離れ
るにしたがって、量子井戸活性層とホールブロック層と
の間のn型光ガイド層においてキャリアの再結合が生じ
るため、ホールブロック層は量子井戸活性層とn型光ガ
イド層との境界か、或いはできるだけ境界の近傍に設け
ることが望ましい。
In the first embodiment, the hole block layer is provided at the boundary between the quantum well active layer and the n-type optical guide layer. However, the hole block layer is provided at the quantum well active layer. Near the boundary between the and n-type light guide layer
It may be in the mold light guide layer. However, since the recombination of carriers occurs in the n-type light guide layer between the quantum well active layer and the hole block layer as the hole block layer moves away from the boundary between the quantum well active layer and the n-type light guide layer, The hole blocking layer is preferably provided at the boundary between the quantum well active layer and the n-type optical guide layer, or as close to the boundary as possible.

【0027】次に、本発明の第2の実施例による量子井
戸レーザ装置を、図3を用いて説明する。図3(a)は
第2の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図、
図3(b)はそのバンド構造を示すエネルギーバンド図
である。尚、上記図2に示す量子井戸レーザ装置と同一
の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a quantum well laser device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a sectional view showing a quantum well laser device according to the second embodiment,
FIG. 3B is an energy band diagram showing the band structure. The same components as those of the quantum well laser device shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0028】第2の実施例は、上記図2に示す第1の実
施例におけるn型InGaAsP光ガイド層34の代わ
りに、厚さ0.13μm、バンドギャップ波長λg =
1.35μmのn型InGaAsP光ガイド層50を用
い、n型InGaAsP光ガイド層50の屈折率をi型
InGaAsPバリア層38の屈折率よりも大きくした
ものである。その結果、n型InGaAsP光ガイド層
50の価電子帯上端Evがi型InGaAsPバリア層
38の価電子帯上端Ev よりもホールのエネルギーを基
準として低くなっている。
In the second embodiment, instead of the n-type InGaAsP optical guide layer 34 in the first embodiment shown in FIG. 2, the thickness is 0.13 μm and the bandgap wavelength λg =
The n-type InGaAsP light guide layer 50 of 1.35 μm is used, and the refractive index of the n-type InGaAsP light guide layer 50 is made larger than that of the i-type InGaAsP barrier layer 38. As a result, the upper edge of the valence band Ev of the n-type InGaAsP light guide layer 50 is lower than the upper edge of the valence band Ev of the i-type InGaAsP barrier layer 38 based on the hole energy.

【0029】このようなバンドラインアップでは、通常
の場合、n型InGaAsP光ガイド層50におけるキ
ャリアの再結合が増大するが、n型InGaAsPホー
ルブロック層36によってホールがn型InGaAsP
光ガイド層50に溢れ出ることを抑制するため、n型I
nGaAsP光ガイド層50のバンドギャップエネルギ
ーEg をi型InGaAsPバリア層38のバンドギャ
ップエネルギーEg よりも小さくしても、キャリアの再
結合は増大しない。そしてn型InGaAsP光ガイド
層50のバンドギャップエネルギーEg を小さくして、
その屈折率が大きくなった分、光閉じ込めを大きくする
ことができる。
In such a band lineup, the recombination of carriers in the n-type InGaAsP optical guide layer 50 is usually increased, but the n-type InGaAsP hole blocking layer 36 causes the holes to be n-type InGaAsP.
In order to prevent the light guide layer 50 from overflowing, n-type I
Even if the bandgap energy Eg of the nGaAsP optical guide layer 50 is made smaller than the bandgap energy Eg of the i-type InGaAsP barrier layer 38, the recombination of carriers does not increase. Then, the bandgap energy Eg of the n-type InGaAsP optical guide layer 50 is reduced to
The larger the refractive index, the greater the light confinement.

【0030】このように第2の実施例によれば、屈折率
価がi型InGaAsPバリア層38のそれよりも大き
く、バンドギャップエネルギーEg がi型InGaAs
Pバリア層38のそれよりも小さいn型InGaAsP
光ガイド層50を用いることにより、量子井戸活性層4
2のi型In0.53Ga0.47As井戸層40への光閉じ込
め係数Γを更に5.3%にまで大きくすることができ
た。そしてこの光閉じ込め係数Γの増大と共に、キャリ
アをi型In0.53Ga0.47As井戸層40近傍に閉じ込
めたままにすることができるため、更に低閾値化を実現
することができる。
As described above, according to the second embodiment, the refractive index value is larger than that of the i-type InGaAsP barrier layer 38, and the band gap energy Eg is i-type InGaAs.
N-type InGaAsP smaller than that of the P barrier layer 38
By using the optical guide layer 50, the quantum well active layer 4
The optical confinement coefficient Γ to the i-type In 0.53 Ga 0.47 As well layer 40 of No. 2 could be further increased to 5.3%. As the optical confinement coefficient Γ is increased, carriers can be kept confined in the vicinity of the i-type In 0.53 Ga 0.47 As well layer 40, so that the threshold value can be further reduced.

【0031】次に、本発明の第3の実施例による量子井
戸レーザ装置を、図4を用いて説明する。図4(a)は
第3の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図、
図4(b)はそのバンド構造を示すエネルギーバンド図
である。尚、上記図2に示す量子井戸レーザ装置と同一
の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a quantum well laser device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a sectional view showing a quantum well laser device according to a third embodiment,
FIG. 4B is an energy band diagram showing the band structure. The same components as those of the quantum well laser device shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0032】第3の実施例は、上記図2に示す第1の実
施例におけるn型InGaAsPホールブロック層36
に引張歪を加え、n型InGaAsP歪ホールブロック
層52としたものである。このように第3の実施例によ
れば、n型InGaAsP歪ホールブロック層52が引
張歪をもつことにより、価電子帯頂上でもヘヴィホール
(hh)バンドとライトホール(lh)バンドが分離し、図
中の破線で示すように、キャリア数の多いヘヴィホール
(hh)に対するポテンシャル障壁がライトホール(lh)
に対するポテンシャル障壁よりも高くなる。
The third embodiment is the n-type InGaAsP hole blocking layer 36 in the first embodiment shown in FIG.
Tensile strain is applied to the n-type InGaAsP strained hole blocking layer 52. As described above, according to the third embodiment, since the n-type InGaAsP strained hole blocking layer 52 has tensile strain, the heavy hole (hh) band and the light hole (lh) band are separated even at the top of the valence band, As shown by the broken line in the figure, the potential barrier for the heavy hole (hh) with a large number of carriers is the light hole (lh).
Higher than the potential barrier to.

【0033】また、n型InGaAsP歪ホールブロッ
ク層52のn型InGaAsP光ガイド層34及びi型
InGaAsPバリア層38とのバンドオフセットΔE
c 、ΔEv において、格子整合する場合に比べると、価
電子帯側のバンドオフセットΔEv と伝導帯側のバンド
オフセットΔEc の比ΔEv /ΔEc が大きくなる。従
って、より有効にホールを閉じ込めることができ、更に
低閾値化を実現することができる。
Further, the band offset ΔE between the n-type InGaAsP strained hole block layer 52 and the n-type InGaAsP optical guide layer 34 and the i-type InGaAsP barrier layer 38.
In c and ΔEv, the ratio ΔEv / ΔEc between the band offset ΔEv on the valence band side and the band offset ΔEc on the conduction band side is larger than that in the case of lattice matching. Therefore, the holes can be more effectively confined, and the threshold value can be further lowered.

【0034】次に、本発明の第4の実施例による量子井
戸レーザ装置を、図5を用いて説明する。図5は第4の
実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図である。
尚、上記図2に示す量子井戸レーザ装置と同一の構成要
素には同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a quantum well laser device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view showing a quantum well laser device according to the fourth embodiment.
The same components as those of the quantum well laser device shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0035】第4の実施例は、上記図2に示す第1の実
施例におけるi型InGaAsPバリア層38とi型I
0.53Ga0.47As井戸層40とが交互に積層された量
子井戸活性層42の代わりに、厚さ10nm、バンドギ
ャップ波長λg =1.25μmのi型InGaAsPバ
リア層54と厚さ3nmのi型In0.62Ga0.38As井
戸層56とが交互に積層されて4層の多重量子井戸構造
をなす歪量子井戸活性層58を用いたものである。
The fourth embodiment is the i-type InGaAsP barrier layer 38 and the i-type I in the first embodiment shown in FIG.
Instead of the quantum well active layer 42 in which n 0.53 Ga 0.47 As well layers 40 are alternately laminated, an i-type InGaAsP barrier layer 54 having a thickness of 10 nm and a bandgap wavelength λg = 1.25 μm and an i-type having a thickness of 3 nm are used. The strained quantum well active layer 58 has a four-layered multiple quantum well structure in which In 0.62 Ga 0.38 As well layers 56 are alternately laminated.

【0036】このように第4の実施例によれば、歪量子
井戸活性層58を活性層として用いることにより、レー
ザ発振に必要なキャリア密度を低下させることができ、
従って更に低閾値化を実現することができる。尚、上記
第1〜第4の実施例におけるホールブロック層は、量子
井戸活性層又は歪量子井戸活性層のバリア層とn型光ガ
イド層との境界に形成されているが、井戸層とn型光ガ
イド層との境界に形成してもよい。但し、この場合、ホ
ールブロック層に接する井戸層におけるキャリアのエネ
ルギー準位に変動が生じることに留意する必要がある。
As described above, according to the fourth embodiment, by using the strained quantum well active layer 58 as an active layer, the carrier density required for laser oscillation can be lowered,
Therefore, it is possible to further reduce the threshold value. The hole blocking layer in the first to fourth embodiments is formed at the boundary between the barrier layer of the quantum well active layer or the strained quantum well active layer and the n-type optical guide layer. It may be formed at the boundary with the mold light guide layer. However, in this case, it should be noted that the carrier energy level in the well layer in contact with the hole block layer varies.

【0037】次に、本発明の第5の実施例による量子井
戸レーザ装置を、図6を用いて説明する。図6は第5の
実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図である。
第5の実施例は、上記図2〜図5に示す第1〜第4の実
施例がInP系によって構成されているのに対し、Ga
As系によって構成されているものである。
Next, a quantum well laser device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view showing a quantum well laser device according to the fifth embodiment.
In the fifth embodiment, while the first to fourth embodiments shown in FIGS. 2 to 5 are made of InP, Ga is used.
It is composed of an As system.

【0038】即ち、n型GaAs基板60上に、厚さ1
μmのn型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層62及び厚
さ0.06μmのn型Al0.15Ga0.85As光ガイド層
64が順に積層され、このn型Al0.15Ga0.85As光
ガイド層64上に、厚さ10nmのi型In0.5 Ga
0.5 Pホールブロック層66が形成されている。また、
i型In0.5 Ga0.5 Pホールブロック層66上には、
2層の厚さ10nmのi型Al0.15Ga0.85Asバリア
層68が厚さ5nmのi型GaAs井戸層70を挟んで
単一量子井戸構造をなす量子井戸活性層72が形成され
ている。
That is, a thickness of 1 is formed on the n-type GaAs substrate 60.
A μm n-type Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 62 and a 0.06 μm-thick n-type Al 0.15 Ga 0.85 As optical guide layer 64 are sequentially stacked, and on the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As optical guide layer 64, I-type In 0.5 Ga with a thickness of 10 nm
A 0.5 P hole blocking layer 66 is formed. Also,
On the i-type In 0.5 Ga 0.5 P hole blocking layer 66,
A quantum well active layer 72 having a single quantum well structure is formed with two i-type Al 0.15 Ga 0.85 As barrier layers 68 having a thickness of 5 nm sandwiching an i-type GaAs well layer 70 having a thickness of 5 nm.

【0039】更に、この量子井戸活性層72上には、厚
さ0.08μmのp型Al0.25Ga 0.75As光ガイド層
74、厚さ2μmのp型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド
層76、及びp型GaAsコンタクト層78が順に積層
されている。このように第5の実施例によれば、GaA
s系の量子井戸レーザ装置においてもi型In0.5 Ga
0.5 Pホールブロック層66を設けることにより、上記
第1〜第4の実施例におけるInP系の量子井戸レーザ
装置の場合と同様の効果を奏することができる。
Further, on the quantum well active layer 72, a thickness
0.08 μm p-type Al0.25Ga 0.75As light guide layer
74, 2 μm thick p-type Al0.3Ga0.7As clad
The layer 76 and the p-type GaAs contact layer 78 are sequentially stacked.
Has been done. Thus, according to the fifth embodiment, GaA
Also in the s-based quantum well laser device, i-type In0.5Ga
0.5By providing the P-hole block layer 66,
InP-based quantum well lasers in the first to fourth embodiments
The same effect as that of the device can be obtained.

【0040】尚、上記第1〜第5の実施例においては、
活性層として、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造
の無歪の量子井戸活性層や歪量子井戸活性層を用いてい
るが、こうした量子井戸構造の代わりに、量子細線や量
子箱を用いてもよい。この場合、キャリアの閉じ込め次
元が増加することによって状態密度が変化し、レーザ発
振に寄与しないキャリアを減少させることができるた
め、更なる低閾値化を実現することができる。
In the above first to fifth embodiments,
As the active layer, an unstrained quantum well active layer or a strained quantum well active layer having a multiple quantum well structure or a single quantum well structure is used. Instead of such a quantum well structure, a quantum wire or a quantum box is used. Good. In this case, the density of states changes due to an increase in the confinement dimension of carriers, and the carriers that do not contribute to laser oscillation can be reduced, so that the threshold value can be further reduced.

【0041】また、上記第1〜第5の実施例において
は、ホールブロック層が、いわゆるタイプIのストラッ
ドリング(straddling)型のヘテロ接合となっており、
電子に対しても小さなポテンシャル障壁を形成している
が、いわゆるタイプIIのスタッガード(staggered )型
のヘテロ接合をなすホールブロック層であってもよい。
この場合、ホールブロック層は、電子に対するポテンシ
ャル障壁を形成することなく、ホールに対してのみポテ
ンシャル障壁となり、電子をホールブロック層で妨げる
ことなく井戸層に注入することができる。
Further, in the first to fifth embodiments, the hole blocking layer is a so-called type I straddling type heterojunction,
Although it forms a small potential barrier against electrons, it may be a hole blocking layer forming a so-called type II staggered heterojunction.
In this case, the hole blocking layer does not form a potential barrier for electrons but serves as a potential barrier only for holes, and the electrons can be injected into the well layer without being blocked by the hole blocking layer.

【0042】また、このホールブロック層の導電型は、
n型又はi型を用いているが、いずれの導電型を用いて
も、ホールに対するポテンシャル障壁となって量子井戸
活性層の量子井戸層にホールを閉じ込める機能を発揮す
ることができる。更に、上記第1〜第5の実施例におい
ては、p型光ガイド層として、量子井戸活性層のバリア
層の伝導帯下端Ec よりも電子のエネルギーを基準とし
て高い伝導帯下端Ec をもつ単一組成の層を用いている
が、このp型光ガイド層を、上記図7(b)に示したよ
うな多層構造のGRIN−SCH構造のp型光ガイド層
を用いてもよい。この構造を採用するかどうかは、量子
井戸活性層の量子井戸層へのキャリア閉じ込めと光閉じ
込めとの調整による。
The conductivity type of this hole block layer is
Although n-type or i-type is used, whichever conductivity type is used, it can function as a potential barrier for holes to confine the holes in the quantum well layer of the quantum well active layer. Further, in the above-mentioned first to fifth embodiments, the p-type optical guide layer has a single conduction band lower end Ec higher than the conduction band lower end Ec of the barrier layer of the quantum well active layer with reference to the electron energy. Although a layer having a composition is used, the p-type light guide layer may be a p-type light guide layer having a GRIN-SCH structure having a multilayer structure as shown in FIG. 7B. Whether to employ this structure depends on the adjustment of carrier confinement and optical confinement in the quantum well active layer.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、n型クラ
ッド層と、n型光ガイド層と、井戸層とバリア層とが交
互に積層された量子井戸活性層と、p型光ガイド層と、
p型クラッド層とが順に形成された半導体レーザ装置に
おいて、量子井戸活性層とn型光ガイド層との境界又は
その境界近傍のn型光ガイド層中に、n型光ガイド層及
びバリア層の価電子帯上端のエネルギー準位Ev よりも
ホールのエネルギーを基準として高い価電子帯上端のエ
ネルギー準位Ev をもつホールブロック層が設けられて
いることにより、このホールブロック層がホールに対す
るポテンシャル障壁となって、井戸層から溢れたホール
がn型光ガイド層へ溢れ出ることを抑制し、n型光ガイ
ド層での再結合電流を抑えることができる。
As described above, according to the present invention, an n-type cladding layer, an n-type light guide layer, a quantum well active layer in which well layers and barrier layers are alternately laminated, and a p-type light guide layer. Layers and
In a semiconductor laser device in which a p-type cladding layer is sequentially formed, an n-type light guide layer and a barrier layer are formed in the n-type light guide layer at or near the boundary between the quantum well active layer and the n-type light guide layer. Since the hole block layer having a higher energy level Ev at the upper end of the valence band than the energy level Ev at the upper end of the valence band is provided, the hole block layer serves as a potential barrier for holes. Therefore, the holes overflowing from the well layer can be suppressed from overflowing to the n-type light guide layer, and the recombination current in the n-type light guide layer can be suppressed.

【0044】また、p型光ガイド層の伝導帯下端のエネ
ルギー準位Ec が、バリア層の伝導帯下端のエネルギー
準位Ec よりも電子のエネルギーを基準として高くなっ
ていることにより、井戸層から溢れた電子がp型光ガイ
ド層へ溢れ出ることを抑制し、p型光ガイド層での再結
合電流を抑えることができる。このため、光閉じ込め係
数Γを低下させることなく保持したままで、キャリアを
井戸層近傍に閉じ込めて、n型光ガイド層及びp型光ガ
イド層でのキャリアの再結合を抑制することができ、従
って室温から高温に至る広い範囲において半導体レーザ
装置を低閾値電流で発振することが可能となる。
Since the energy level Ec at the bottom of the conduction band of the p-type optical guide layer is higher than the energy level Ec at the bottom of the conduction band of the barrier layer on the basis of electron energy, It is possible to suppress overflow electrons from overflowing to the p-type light guide layer, and to suppress recombination current in the p-type light guide layer. Therefore, carriers can be confined in the vicinity of the well layer while maintaining the optical confinement coefficient Γ without being lowered, and recombination of carriers in the n-type optical guide layer and the p-type optical guide layer can be suppressed. Therefore, it becomes possible to oscillate the semiconductor laser device with a low threshold current in a wide range from room temperature to high temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理図を説明するための量子井戸レー
ザ装置のバンド構造を示すエネルギーバンド図である。
FIG. 1 is an energy band diagram showing a band structure of a quantum well laser device for explaining a principle diagram of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例による量子井戸レーザ装
置を示す断面図及びそのバンド構造を示すエネルギーバ
ンド図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a quantum well laser device according to a first embodiment of the present invention and an energy band diagram showing its band structure.

【図3】本発明の第2の実施例による量子井戸レーザ装
置を示す断面図及びそのバンド構造を示すエネルギーバ
ンド図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a quantum well laser device according to a second embodiment of the present invention and an energy band diagram showing its band structure.

【図4】本発明の第3の実施例による量子井戸レーザ装
置を示す断面図及びそのバンド構造を示すエネルギーバ
ンド図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a quantum well laser device according to a third embodiment of the present invention and an energy band diagram showing its band structure.

【図5】本発明の第4の実施例による量子井戸レーザ装
置を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a quantum well laser device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施例による量子井戸レーザ装
置を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a quantum well laser device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】従来のSCH構造の量子井戸レーザ装置のバン
ド構造を示すエネルギーバンド図である。
FIG. 7 is an energy band diagram showing a band structure of a conventional SCH quantum well laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…バリア層 12…井戸層 14…量子井戸活性層 16…n型光ガイド層 18…p型光ガイド層 20…n型クラッド層 22…p型クラッド層 24…ホールブロック層 30…n型InP基板 32…n型InPクラッド層 34…n型InGaAsP光ガイド層 36…n型InGaAsPホールブロック層 38…i型InGaAsPバリア層 40…i型In0.53Ga0.47As井戸層 42…量子井戸活性層 44…p型InGaAsP光ガイド層 46…p型InPクラッド層 48…p型InGaAsPコンタクト層 50…n型InGaAsP光ガイド層 52…n型InGaAsP歪ホールブロック層 54…i型InGaAsPバリア層 56…i型In0.62Ga0.38As井戸層 58…歪量子井戸活性層 60…n型GaAs基板 62…n型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層 64…n型Al0.15Ga0.85As光ガイド層 66…i型In0.5 Ga0.5 Pホールブロック層 68…i型Al0.15Ga0.85Asバリア層 70…i型GaAs井戸層 72…量子井戸活性層 74…p型Al0.25Ga0.75As光ガイド層 76…p型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層 78…p型GaAsコンタクト層 80……バリア層 82…井戸層 84…量子井戸活性層 86…n型光ガイド層 88…p型光ガイド層 90…n型クラッド層 92…p型クラッド層 94…n型光ガイド層 96…p型光ガイド層DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Barrier layer 12 ... Well layer 14 ... Quantum well active layer 16 ... N-type optical guide layer 18 ... P-type optical guide layer 20 ... N-type clad layer 22 ... P-type clad layer 24 ... Hole block layer 30 ... N-type InP Substrate 32 ... n-type InP clad layer 34 ... n-type InGaAsP optical guide layer 36 ... n-type InGaAsP hole blocking layer 38 ... i-type InGaAsP barrier layer 40 ... i-type In 0.53 Ga 0.47 As well layer 42 ... quantum well active layer 44 ... p-type InGaAsP optical guide layer 46 ... p-type InP clad layer 48 ... p-type InGaAsP contact layer 50 ... n-type InGaAsP optical guide layer 52 ... n-type InGaAsP strain hole blocking layer 54 ... i-type InGaAsP barrier layer 56 ... i-type In 0.62 Ga 0.38 As well layer 58 ... strained quantum well active layer 60 ... n-type GaAs substrate 62 ... n-type l 0.3 Ga 0.7 As cladding layer 64 ... n-type Al 0.15 Ga 0.85 As optical guide layer 66 ... i-type In 0.5 Ga 0.5 P a hole blocking layer 68 ... i-type Al 0.15 Ga 0.85 As barrier layers 70 ... i-type GaAs well layers 72 Quantum well active layer 74 p-type Al 0.25 Ga 0.75 As optical guide layer 76 p-type Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 78 p-type GaAs contact layer 80 barrier layer 82 well layer 84 quantum well active layer 86 ... N-type light guide layer 88 ... P-type light guide layer 90 ... N-type clad layer 92 ... P-type clad layer 94 ... N-type light guide layer 96 ... P-type light guide layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n型クラッド層と、前記n型クラッド層
上に形成されたn型光ガイド層と、前記n型光ガイド層
上に形成され、井戸層とバリア層とが交互に積層された
量子井戸活性層と、前記量子井戸活性層上に形成された
p型光ガイド層と、前記p型光ガイド層上に形成された
p型クラッド層とを有する半導体レーザ装置において、 前記量子井戸活性層と前記n型光ガイド層との境界又は
前記量子井戸活性層との境界近傍の前記n型光ガイド層
中に、n型又はi型のホールブロック層が設けられ、 前記ホールブロック層の価電子帯上端のエネルギー準位
Ev が、前記n型光ガイド層及び前記バリア層の価電子
帯上端のエネルギー準位Ev よりもホールのエネルギー
を基準として高くなっていることを特徴とする半導体レ
ーザ装置。
1. An n-type clad layer, an n-type optical guide layer formed on the n-type clad layer, and an n-type optical guide layer, wherein well layers and barrier layers are alternately laminated. A quantum well active layer, a p-type optical guide layer formed on the quantum well active layer, and a p-type cladding layer formed on the p-type optical guide layer. An n-type or i-type hole blocking layer is provided in the n-type light guiding layer near the boundary between the active layer and the n-type light guiding layer or near the boundary between the quantum well active layer and the hole blocking layer. The semiconductor laser is characterized in that the energy level Ev at the upper end of the valence band is higher than the energy level Ev at the upper end of the valence band of the n-type optical guide layer and the barrier layer on the basis of hole energy. apparatus.
【請求項2】 請求項1記載の半導体レーザ装置におい
て、 前記p型光ガイド層の伝導帯下端のエネルギー準位Ec
が、前記バリア層の伝導帯下端のエネルギー準位Ec よ
りも電子のエネルギーを基準として高くなっていること
を特徴とする半導体レーザ装置。
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the energy level Ec at the lower end of the conduction band of the p-type optical guide layer.
Is higher than the energy level Ec at the lower end of the conduction band of the barrier layer on the basis of electron energy.
【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体レーザ装置
において、 前記n型光ガイド層の屈折率が、前記バリア層の屈折率
よりも大きくなっていることを特徴とする半導体レーザ
装置。
3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the n-type light guide layer has a refractive index higher than that of the barrier layer.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の半導
体レーザ装置において、 前記ホールブロック層に、引張歪が加わっていることを
特徴とする半導体レーザ装置。
4. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a tensile strain is applied to the hole blocking layer.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の半導
体レーザ装置において、 前記ホールブロック層の伝導帯下端のエネルギー準位E
c が、電子に対するポテンシャル障壁となる高さより低
くなっていることを特徴とする半導体レーザ装置。
5. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the energy level E at the bottom of the conduction band of the hole blocking layer is E.
A semiconductor laser device characterized in that c is lower than a height which becomes a potential barrier for electrons.
【請求項6】 請求項1乃至4のいずれかに記載の半導
体レーザ装置において、 前記ホールブロック層の厚さが、電子がトンネル効果に
よって透過する厚さであることを特徴とする半導体レー
ザ装置。
6. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the hole blocking layer has a thickness that allows electrons to pass therethrough by a tunnel effect.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の半導
体レーザ装置において、 前記量子井戸活性層が、歪量子井戸活性層であることを
特徴とする半導体レーザ装置。
7. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the quantum well active layer is a strained quantum well active layer.
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