JPH06302910A - Quantum well semiconductor laser - Google Patents

Quantum well semiconductor laser

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Publication number
JPH06302910A
JPH06302910A JP10993593A JP10993593A JPH06302910A JP H06302910 A JPH06302910 A JP H06302910A JP 10993593 A JP10993593 A JP 10993593A JP 10993593 A JP10993593 A JP 10993593A JP H06302910 A JPH06302910 A JP H06302910A
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JP
Japan
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layer
confinement layer
semiconductor laser
type
light confinement
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JP10993593A
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Japanese (ja)
Inventor
Norio Okubo
典雄 大久保
Toshio Kikuta
俊夫 菊田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a quantum well semiconductor laser wherein the injection efficiency of a carrier into an active layer and the temperature characteristics are high, and the series resistance is low. CONSTITUTION:On an N-type GaAs substrate 1, the following are laminated and formed in order; an N-type light confinement layer 15, an InGaAs strained quantum well active layer 7, a P-type light confinement layer 16, a P-InGaP clad layer 11, and a P-GaAs cap layer 12. The right side and the left side of a semiconductor laser are etched and eliminated in the cap layer 12 and a part of the clad layer 11, and a polyimide film 17 is formed in the eliminated part. In the N-type light confinement layer 15 and the P-type light confinement layer 16, InGaAsP layers different in valence band energy are laminated and formed to constitute a stepwise energy state, and the P-type light confinement layer 16 is made thicker than the N-type light confinement layer 15.

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、例えば光通信用の光源
として利用される量子井戸半導体レーザに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum well semiconductor laser used as a light source for optical communication, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信等の光源用として利用される半導
体レーザは、基板の上側にクラッド層や活性層等からな
る層構造を有しており、半導体レーザは、レーザから発
するレーザ光の横モードを制御するために、レーザのデ
バイスサイズは制限されている場合が殆どである。ま
た、半導体レーザの発光効率の向上が可能であること等
から、活性層とは異なる材料系で形成した光閉じ込め層
を活性層の上下両側に設けて活性層を挟むようにした、
ダブルヘテロ接合ダイオードを有する半導体レーザがよ
く用いられている。
2. Description of the Related Art A semiconductor laser used as a light source for optical communication has a layer structure composed of a clad layer, an active layer and the like on the upper side of a substrate. The semiconductor laser is a lateral laser beam emitted from the laser. The device size of the laser is often limited to control the mode. Further, since it is possible to improve the emission efficiency of the semiconductor laser, the light confinement layers formed of a material system different from that of the active layer are provided on the upper and lower sides of the active layer so as to sandwich the active layer.
A semiconductor laser having a double heterojunction diode is often used.

【0003】このように、デバイスサイズが制限されて
いて、ダブルヘテロ接合ダイオードを有する半導体レー
ザのシリーズ抵抗は、ダブルヘテロ接合ダイオードの電
流−電圧特性でほぼ決定される。また、クラッド層と活
性層とのバンドギャップのバレンスバンド側オフセット
が大きい材料系で形成されている半導体レーザは、シリ
ーズ抵抗が大きくなり、特性温度が低くなることがわか
っている。特に、前記各光閉じ込め層を均一な材料で形
成した単純な光−キャリア分離閉じ込め構造の半導体レ
ーザでは、その傾向が、より顕著に表れる。
As described above, the series resistance of a semiconductor laser having a device size limited and having a double heterojunction diode is almost determined by the current-voltage characteristics of the double heterojunction diode. Further, it is known that a semiconductor laser formed of a material system having a large offset on the valence band side of the band gap between the cladding layer and the active layer has a large series resistance and a low characteristic temperature. In particular, in a semiconductor laser having a simple optical-carrier separation confinement structure in which each of the optical confinement layers is formed of a uniform material, the tendency is more remarkable.

【0004】すなわち、半導体レーザに電圧をかける
と、キャリアである電子やホール(正孔)が活性層に注
入されるが、クラッド層と活性層とを形成する材料のバ
レンスバンド側オフセットが大きいと、活性層の上下界
面に形成されるスパイクが量子学的に障壁となり、エネ
ルギ的に重いホールにとって、その障壁を越えることが
難しくなり、ホールの活性層への注入が阻害され、シリ
ーズ抵抗が増大することになるのである。
That is, when a voltage is applied to the semiconductor laser, electrons or holes (holes) that are carriers are injected into the active layer, but if the material forming the cladding layer and the active layer has a large offset on the valence band side. , The spikes formed at the upper and lower interfaces of the active layer become a quantum barrier, making it difficult for energetically heavy holes to cross the barrier, hindering the injection of holes into the active layer, and increasing the series resistance. Will be done.

【0005】また、単純な光−キャリア分離閉じ込め構
造の半導体レーザでは、図4に示すように、上記スパイ
ク21がエネルギ的に特に高くて広いために、バレンスバ
ンドEV の下側にあるホール20がホール20の疑フェルミ
レベルEFP側へ移動しにくく、活性層への注入が阻害さ
れ、シリーズ抵抗を大きく増大させる要因となってい
る。また、以上のように、スパイク21によりホール20の
活性層への注入が阻害されると、半導体レーザの特性温
度の低下も、もたらされることになるのである。
Further, in the semiconductor laser having a simple optical-carrier separation confinement structure, as shown in FIG. 4, since the spike 21 is particularly high in energy and wide, the hole 20 below the valence band E V is formed. Is hard to move to the suspicious Fermi level E FP side of the hole 20, which hinders injection into the active layer, which is a factor that greatly increases the series resistance. Further, as described above, if the injection of the holes 20 into the active layer is hindered by the spikes 21, the characteristic temperature of the semiconductor laser is also lowered.

【0006】ところで、近年、半導体レーザの高出力
化、高速化が求められるようになり、そのように高出力
のレーザや高速で駆動するレーザの実現のためには、半
導体レーザのシリーズ抵抗を低減させることが必要不可
欠となり、上記のようにシリーズ抵抗が大きい、単純な
光−キャリア分離閉じ込め構造の半導体レーザに代わ
り、グレーデッドインデックス型の光−キャリア分離閉
じ込め構造を有する半導体レーザがよく用いられるよう
になった。
By the way, in recent years, there has been a demand for higher output and higher speed of a semiconductor laser, and in order to realize such a high output laser and a laser driven at a high speed, the series resistance of the semiconductor laser is reduced. It is indispensable that a semiconductor laser having a graded index type optical-carrier separation / confinement structure is often used in place of the simple optical-carrier separation / confinement structure semiconductor laser having a large series resistance as described above. Became.

【0007】グレーデッドインデックス型の半導体レー
ザは、スパイクをエネルギ的に低くて狭いスパイクに分
割する、あるいは、スパイクを完全に除去するために、
光閉じ込め層がエネルギ的に徐々に変化するように構成
したレーザであり、光閉じ込め層を形成する材料とし
て、通常、InGaAsP/InPやInGaAsP/
GaAs等の格子整合系の材料が用いられている。グレ
ーデッドインデックス型の光−キャリア分離閉じ込め構
造の半導体レーザでは、これらの格子整合系の材料の格
子整合を維持しながら組成を連続的に変化させることは
技術的に困難なため、バンドギャップがそれぞれ異なる
格子整合系の光閉じ込め材料層を多層に積層形成するこ
とにより、エネルギ的に階段状の層となるように形成
し、光閉じ込め層がエネルギ的に徐々に変化するように
構成している。
The graded index type semiconductor laser divides the spike into narrow spikes having low energy, or in order to remove the spike completely,
The light confinement layer is a laser configured to gradually change in energy, and as a material for forming the light confinement layer, InGaAsP / InP or InGaAsP /
A lattice matching material such as GaAs is used. In a graded index type semiconductor laser with an optical-carrier separated confinement structure, it is technically difficult to continuously change the composition while maintaining the lattice matching of these lattice-matched materials. By stacking light confinement material layers of different lattice matching systems in multiple layers, the layers are formed so as to be stepwise in terms of energy, and the light confinement layers are configured to gradually change in energy.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザを光ファイバのようなミクロな導波路に結合する
ためには、レーザ光のビーム形状を円形に且つ狭くする
ことが必要であり、そのようなレーザ光制御のために、
上記グレーデッドインデックス型の半導体レーザの光閉
じ込め層の厚さを薄くすると、多層の光閉じ込め層を形
成している各光閉じ込め層の界面に存在するスパイクが
接近し、エネルギ的に低くて狭いスパイクでも密接する
と、エネルギ的に重くて移動が遅いホールにとっては、
越えるのが難しい障壁群となるといった問題があった。
このように、ホールが密接した障壁群を越えることが難
しくなると、シリーズ抵抗は増大し、特性温度が低下す
る要因となるのである。
However, in order to couple a semiconductor laser to a micro waveguide such as an optical fiber, it is necessary to make the beam shape of the laser light circular and narrow. For laser light control,
When the thickness of the optical confinement layer of the graded index type semiconductor laser is reduced, the spikes existing at the interfaces of the optical confinement layers forming the multilayer optical confinement layer come close to each other, and the spikes are low in energy and narrow. But if it is close, for a hole that is heavy in energy and slow in movement,
There was a problem that it became a barrier group that was difficult to cross.
As described above, when it becomes difficult for the holes to cross the close barrier group, the series resistance increases and the characteristic temperature decreases.

【0009】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、キャリアの注入効率や特性
温度が高く、シリーズ抵抗の低い量子井戸半導体レーザ
を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a quantum well semiconductor laser having high carrier injection efficiency and high characteristic temperature and low series resistance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、本
発明は、歪量子井戸活性層が多層のp型光閉じ込め層と
多層のn型光閉じ込め層で挟まれているグレーデッドイ
ンデックス型の光−キャリア分離閉じ込め構造を有する
量子井戸半導体レーザにおいて、前記p型光閉じ込め層
の厚さをn型光閉じ込め層の厚さよりも厚くしたことを
特徴として構成されている。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows. That is, the present invention provides a quantum well semiconductor laser having a graded index type optical-carrier separation confinement structure in which a strained quantum well active layer is sandwiched between a multilayer p-type optical confinement layer and a multilayer n-type optical confinement layer. The p-type light confinement layer is thicker than the n-type light confinement layer.

【0011】[0011]

【作用】上記構成の本発明において、p型光閉じ込め層
の厚さがn型光閉じ込め層の厚さよりも厚く形成されて
いるために、活性層内にホールが注入される際に、多層
のp型光閉じ込め層内に存在しているバレンスバンドス
パイクがホールの活性層への注入に及ぼす影響は少なく
なる。そのため、ホールが活性層内に注入される注入効
率や特性温度が高くなり、シリーズ抵抗も低くなる。
In the present invention having the above-described structure, since the p-type light confinement layer is formed thicker than the n-type light confinement layer, when the holes are injected into the active layer, the multi-layer The influence of the valence band spike existing in the p-type optical confinement layer on the injection of holes into the active layer is reduced. Therefore, the injection efficiency with which holes are injected into the active layer and the characteristic temperature increase, and the series resistance also decreases.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1には、本発明に係る量子井戸半導体レーザの
一実施例が示されている。このレーザは幅3μm、共振
器長1mmのリッジ導波路レーザである。同図において、
n型GaAs基板1上に、膜厚0.5 μmのn−GaAs
バッファ層2と、膜厚2.0 μmのn−InGaPクラッ
ド層3と、膜厚30nmの多層のn型光閉じ込め層15と、
膜厚9nmのInGaAsの歪量子井戸活性層7と、膜
厚60nmの多層のp型光閉じ込め層16を順に積層形成し
ている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the quantum well semiconductor laser according to the present invention. This laser is a ridge waveguide laser having a width of 3 μm and a cavity length of 1 mm. In the figure,
0.5 μm thick n-GaAs on n-type GaAs substrate 1
A buffer layer 2, an n-InGaP cladding layer 3 having a thickness of 2.0 μm, a multilayer n-type optical confinement layer 15 having a thickness of 30 nm,
A strained quantum well active layer 7 of InGaAs having a film thickness of 9 nm and a multi-layered p-type optical confinement layer 16 having a film thickness of 60 nm are sequentially laminated.

【0013】p型光閉じ込め層16の上側には、膜厚2.0
μmのp−InGaPクラッド層11と、膜厚0.5 μmの
p−GaAsキャップ層12を順に積層形成し、このキャ
ップ層12とクラッド層11の一部分にかけて積層半導体の
左右両側にエッチングで除去し、除去した後にクラッド
層11の左右両側位置にポリイミド絶縁膜17を積層形成し
ている。基板1の下面側にはn側電極13を形成し、ポリ
イミド絶縁膜17とキャップ層12の上面側にはp側電極14
を形成している。
A film thickness of 2.0 is formed on the upper side of the p-type optical confinement layer 16.
A p-InGaP clad layer 11 having a thickness of 0.5 μm and a p-GaAs cap layer 12 having a thickness of 0.5 μm are laminated in this order, and the cap layer 12 and a part of the clad layer 11 are removed by etching on the left and right sides of the laminated semiconductor. After that, a polyimide insulating film 17 is laminated on both left and right sides of the clad layer 11. An n-side electrode 13 is formed on the lower surface side of the substrate 1, and a p-side electrode 14 is formed on the upper surface side of the polyimide insulating film 17 and the cap layer 12.
Is formed.

【0014】この量子井戸半導体レーザは、グレーデッ
ドインデックス型の光−キャリア分離構造を有するレー
ザで、図2に示すように、n型光閉じ込め層15は、膜厚
10nmの各n−InGaAsP光閉じ込め層4,5,6
を順に積層形成したものであり、これらのn型光閉じ込
め層4,5,6の各バレンスバンドエネルギ(Eg)
は、それぞれ1.77eV,1.65eV,1.55eVであり、n型光閉
じ込め層15はエネルギ的に階段状の層となっている。p
型光閉じ込め層16は膜厚20nmのp−InGaAsP光
閉じ込め層8,9,10を順に積層形成したものであり、
これらのp型光閉じ込め層8,9,10の各Egは、それ
ぞれ1.55eV,1.65eV,1.75eVで、p型光閉じ込め層16も
エネルギ的に階段状の層となっている。
This quantum well semiconductor laser is a laser having a graded index type light-carrier separation structure. As shown in FIG. 2, the n-type optical confinement layer 15 has a film thickness.
10 nm n-InGaAsP optical confinement layers 4, 5, 6
Of the n-type optical confinement layers 4, 5 and 6 respectively.
Are 1.77 eV, 1.65 eV, and 1.55 eV, respectively, and the n-type optical confinement layer 15 is a stepwise layer in terms of energy. p
The type optical confinement layer 16 is formed by sequentially stacking p-InGaAsP optical confinement layers 8, 9 and 10 having a film thickness of 20 nm,
The Eg of each of the p-type optical confinement layers 8, 9 and 10 is 1.55 eV, 1.65 eV and 1.75 eV, respectively, and the p-type optical confinement layer 16 is also an energy stepwise layer.

【0015】また、n型光閉じ込め層15の各層4,5,
6とp型光閉じ込め層16の各層8,9,10のバレンスバ
ンドエネルギ差が、活性層7を挟んで上下対称になって
おり、n型光閉じ込め層15の最も下側にある光閉じ込め
層4のバレンスバンドエネルギ(Eg)とp型光閉じ込
め層16の最も上側にある光閉じ込め層10のEgは同じと
なっている。このように、n型光閉じ込め層4とp型光
閉じ込め層10のEgを同じに構成し、活性層7と各光閉
じ込め層4,10のバレンスバンドエネルギ差を等しくす
ることにより、活性層10から発生するレーザ光の放射パ
ターンフィールドを制御している。
The layers 4, 5 of the n-type optical confinement layer 15 are also provided.
6 and the p-type optical confinement layer 16 have a valence band energy difference between the layers 8, 9 and 10 which are symmetrical with respect to each other with the active layer 7 in between, and the optical confinement layer at the bottom of the n-type optical confinement layer 15 is provided. The valence band energy (Eg) of No. 4 and the Eg of the uppermost optical confinement layer 10 of the p-type optical confinement layer 16 are the same. Thus, the Eg of the n-type optical confinement layer 4 and the p-type optical confinement layer 10 are configured to be the same, and the active layer 7 and the optical confinement layers 4 and 10 have the same valence band energy difference. It controls the radiation pattern field of the laser light emitted from the.

【0016】放射パターンフィールドは、各光閉じ込め
層4,10と活性層7とのバレンスバンドエネルギ差によ
り制御されるのと同時に、光閉じ込め層15,16の厚さの
和によって制御される。すなわち、放射パターンフィー
ルドをある形態に設定すると、半導体レーザの作製に際
し、その放射パターンフィールドに対応してp型とn型
の光閉じ込め層の厚さの和も一義的に決まってくる。従
来例ではp型とn型の光閉じ込め層の厚さの和が一定と
いう条件のもとに、p型の光閉じ込め層とn型光閉じ込
め層の厚さを同じにしたが、本実施例ではp型とn型の
光閉じ込め層の和が一定という条件のもとで、p型光閉
じ込め層16の厚さをn型光閉じ込め層15の厚さよりも厚
く構成したことを大きな特徴としている。
The radiation pattern field is controlled by the valence band energy difference between each light confinement layer 4, 10 and the active layer 7, and at the same time is controlled by the sum of the thicknesses of the light confinement layers 15, 16. That is, when the radiation pattern field is set to a certain form, the sum of the thicknesses of the p-type and n-type optical confinement layers is uniquely determined corresponding to the radiation pattern field when the semiconductor laser is manufactured. In the conventional example, the p-type optical confinement layer and the n-type optical confinement layer have the same thickness under the condition that the sum of the thicknesses of the p-type and n-type optical confinement layers is constant. Is characterized in that the thickness of the p-type light confinement layer 16 is thicker than that of the n-type light confinement layer 15 under the condition that the sum of the p-type and n-type light confinement layers is constant. .

【0017】以上のように本実施例の量子井戸半導体レ
ーザは構成されており、次にその動作について説明す
る。n側電極13とp側電極14に電圧をかけると、歪量子
井戸活性層7にはn型光閉じ込め層15側から電子が注入
され、p型光閉じ込め層16側からはホールが注入され
る。活性層7では、この注入された電子とホールの再結
合が起こり、発振する光が活性層7で増幅されてレーザ
光として発射される。
The quantum well semiconductor laser of this embodiment is constructed as described above, and its operation will be described below. When a voltage is applied to the n-side electrode 13 and the p-side electrode 14, electrons are injected into the strained quantum well active layer 7 from the n-type optical confinement layer 15 side, and holes are injected from the p-type optical confinement layer 16 side. . In the active layer 7, the injected electrons and holes are recombined, and the oscillated light is amplified by the active layer 7 and emitted as laser light.

【0018】ところで、この量子井戸半導体レーザのp
型光閉じ込め層16の厚さは、n型光閉じ込め層15の厚さ
よりも厚く形成されていて、各p型光閉じ込め層8,
9,10の厚さも厚いために、図3に示すように、各p型
光閉じ込め層8,9,10の各バレンスバンドEV からな
るp型光閉じ込め層16のバレンスバンドEV 構造は、エ
ネルギ的に緩やかな階段状となる。そのため、各p型光
閉じ込め層8,9,10の界面に形成されるスパイク21
は、エネルギ的に緩やかな階段状のバレンスバンドEV
の境界側に形成され、スパイク21とスパイク21の幅dは
広くなる。
By the way, p of this quantum well semiconductor laser is
The type light confinement layer 16 is formed to be thicker than the n type light confinement layer 15, and each p type light confinement layer 8,
Since the thicknesses of 9 and 10 are also large, as shown in FIG. 3, the valence band E V structure of the p-type optical confinement layer 16 composed of the valence bands E V of the p-type optical confinement layers 8, 9 and 10 is It has a stepwise energy-like shape. Therefore, the spikes 21 formed at the interfaces of the p-type optical confinement layers 8, 9 and 10
Is a stepwise valence band E V that is gentle in terms of energy
Is formed on the boundary side of the spike 21 and the width d of the spike 21 and the spike 21 becomes wider.

【0019】半導体レーザの電極13,14に電圧がかけら
れると、バレンスバンドEV の下側にあるホール20は、
矢印のようにホール20の疑フェルミレベルEFP側へ移動
し、活性層7に注入されるが、このとき、バレンスバン
ドEV の境界側に形成されるスパイク21間の幅dが広い
ために、スパイク21がホール20の移動を妨げる密接すた
障壁群のようにはならず、ホール20は支障なく疑フェル
ミレベルEFPへ移動し、活性層7に注入される。したが
って、ホール20の活性層7への注入効率は上昇し、半導
体レーザのシリーズ抵抗は低下し、特性温度も上昇す
る。
When a voltage is applied to the electrodes 13 and 14 of the semiconductor laser, the hole 20 below the valence band E V becomes
As shown by the arrow, the holes 20 move to the quasi-Fermi level E FP side and are injected into the active layer 7. At this time, since the width d between the spikes 21 formed on the boundary side of the valence band E V is wide, , The spike 21 does not become a close barrier group that prevents the movement of the hole 20, and the hole 20 moves to the pseudo Fermi level E FP without any trouble and is injected into the active layer 7. Therefore, the injection efficiency of the holes 20 into the active layer 7 increases, the series resistance of the semiconductor laser decreases, and the characteristic temperature also increases.

【0020】一方、n型光閉じ込め層15はp型閉じ込め
層16よりも厚みが薄く、その分だけn型光閉じ込め層15
の各層8,9,10の界面に生じるスパイク21幅dは狭く
なり、密接するが、電子はホール20のようにエネルギ的
に重くはないために、スパイク21により電子の移動を妨
げられることもなく、電子は支障なく活性層7に注入さ
れる。
On the other hand, the n-type optical confinement layer 15 is thinner than the p-type confinement layer 16, and the n-type optical confinement layer 15 is correspondingly thin.
The width d of the spike 21 generated at the interface between the layers 8, 9, and 10 becomes narrower and closer to each other, but the electron is not heavy in energy like the hole 20, so that the spike 21 may hinder the movement of the electron. However, the electrons are safely injected into the active layer 7.

【0021】したがって、本実施例のように、p型光閉
じ込め層16の厚みをn型光閉じ込め層15の厚みより厚く
した量子井戸半導体レーザでは、電子の活性層7への注
入等は従来通りに行われ、ホール20の活性層7への注入
効率等が改善されるために、結果として、キャリアの注
入効率や特性温度が高く、シリーズ抵抗の低い優れた量
子井戸半導体レーザとなる。
Therefore, in the quantum well semiconductor laser in which the thickness of the p-type optical confinement layer 16 is larger than that of the n-type optical confinement layer 15 as in the present embodiment, injection of electrons into the active layer 7 and the like are performed as in the conventional case. Since the injection efficiency of the holes 20 into the active layer 7 is improved, the result is an excellent quantum well semiconductor laser with high carrier injection efficiency and high characteristic temperature and low series resistance.

【0022】本実施例の効果を確かめるために、比較例
として、活性層7の上下両側の光閉じ込め層、すなわ
ち、p型光閉じ込め層とn型光閉じ込め層の厚さを等し
くした、従来例と同様の量子井戸半導体レーザを作り、
本実施例の量子井戸半導体レーザとの比較検討を行っ
た。この比較例のレーザは光閉じ込め層を除く部分の構
成は本実施例と同様であり、p型光閉じ込め層16を形成
している、p−InGaAsPの各光閉じ込め層8,
9,10の厚さがそれぞれ15nmであり、n型光閉じ込め
層15を形成している、n−InGaAsPの各光閉じ込
め層4,5,6の厚さが、それぞれ15nmの量子井戸半
導体レーザである。つまり、p型光閉じ込め層16とn型
光閉じ込め層15はの厚さは何れも45nmで等しく形成さ
れ、p型光閉じ込め層15とn型光閉じ込め層16の厚さの
和は90nmである。
In order to confirm the effect of this embodiment, as a comparative example, a conventional example in which the thicknesses of the light confinement layers on the upper and lower sides of the active layer 7, that is, the p-type light confinement layer and the n-type light confinement layer are made equal. Make a quantum well semiconductor laser similar to
A comparative study was performed with the quantum well semiconductor laser of this example. The laser of this comparative example has the same structure as that of the present embodiment except for the optical confinement layer, and each of the p-InGaAsP optical confinement layers 8 forming the p-type optical confinement layer 16,
In the quantum well semiconductor laser, the thickness of each of the n-InGaAsP optical confinement layers 4, 5 and 6 is 15 nm, and the thickness of each of the optical confinement layers 9 and 10 is 15 nm. is there. That is, the p-type light confinement layer 16 and the n-type light confinement layer 15 are both formed to have the same thickness of 45 nm, and the sum of the thicknesses of the p-type light confinement layer 15 and the n-type light confinement layer 16 is 90 nm. .

【0023】本実施例の量子井戸半導体レーザのp型光
閉じ込め層16は厚さ20nmのp−InGaAsPの各光
閉じ込め層8,9,10で形成され、n 型光閉じ込め層15
は厚さ10nmのn−InGaAsPの各光閉じ込め層
4,5,6で形成され、p型光閉じ込め層16の厚さは60
nm、n型光閉じ込め層15の厚さは30nmでp型光閉じ
込め層16の厚さはn型光閉じ込め層15の厚さよりも厚く
形成されている。p型光閉じ込め層16とn型光閉じ込め
層15の厚さの和は90nmであり、本実施例と比較例とは
同一の値となっている。
The p-type optical confinement layer 16 of the quantum well semiconductor laser of this embodiment is formed of the optical confinement layers 8, 9 and 10 of p-InGaAsP having a thickness of 20 nm, and the n-type optical confinement layer 15 is formed.
Is formed by the optical confinement layers 4, 5 and 6 of n-InGaAsP having a thickness of 10 nm, and the thickness of the p-type optical confinement layer 16 is 60.
The thickness of the n-type light confinement layer 15 is 30 nm, and the thickness of the p-type light confinement layer 16 is larger than that of the n-type light confinement layer 15. The sum of the thicknesses of the p-type light confinement layer 16 and the n-type light confinement layer 15 is 90 nm, which is the same value in this example and the comparative example.

【0024】以上のような、量子井戸半導体レーザにつ
いて、レーザの垂直遠視野像の半値全角を20度とし、10
0 mA駆動時の電圧を測定した。その結果、本実施例の
量子井戸半導体レーザでは電圧が1.9 V、比較例のレー
ザでは電圧が2.1 Vとなり、本実施例のレーザの方が比
較例のレーザよりも電圧が0.2 V低かった。したがっ
て、この検討により、p型光閉じ込め層16の厚さをn型
光閉じ込め層15の厚さよりも厚く形成した本実施例のレ
ーザは、p型光閉じ込め層16とn型光閉じ込め層15の厚
さを等しくした従来例のレーザよりもシリーズ抵抗が低
くなり、低い電圧でも従来例と同様の駆動力を発揮する
優れたレーザとなったことが立証された。
Regarding the quantum well semiconductor laser as described above, the full-width at half maximum of the vertical far-field image of the laser is set to 20 degrees, and
The voltage during driving at 0 mA was measured. As a result, the quantum well semiconductor laser of this example had a voltage of 1.9 V, and the laser of the comparative example had a voltage of 2.1 V. The voltage of the laser of this example was 0.2 V lower than that of the laser of the comparative example. Therefore, according to this study, the laser of the present embodiment in which the thickness of the p-type optical confinement layer 16 is made thicker than the thickness of the n-type optical confinement layer 15, the p-type optical confinement layer 16 and the n-type optical confinement layer 15 are It was proved that the series resistance was lower than that of the conventional example laser having the same thickness, and the excellent laser exhibited the same driving force as that of the conventional example even at a low voltage.

【0025】なお、本発明の構成は上記実施例に限定さ
れるものではなく、様々な実施の態様を採り得る。例え
ば、上記実施例では、n型光閉じ込め層15の各層4,
5,6とp型光閉じ込め層16の各層8,9,10の各バン
ドギャップエネルギ差は活性層7を挟んで上下対称にな
るように構成したが、必ずしも各バンドギャップエネル
ギ差を上下対称とする必要はなく、各バンドギャップエ
ネルギの値も上記実施例で示した値であるとは限らな
い。ただし、n型光閉じ込め層15の最も下側にある光閉
じ込め層4とp型光閉じ込め層15の最も上側にある光閉
じ込め層10のバンドギャップエネルギを同一にすること
で、レーザ光のパターンフィールドを規制することが望
ましい。
The structure of the present invention is not limited to the above embodiment, and various embodiments can be adopted. For example, in the above embodiment, each layer 4 of the n-type optical confinement layer 15 is
Although the band gap energy difference between the layers 5, 9 and 10 of the p-type optical confinement layer 16 is vertically symmetrical with the active layer 7 in between, the band gap energy difference is not necessarily vertically symmetrical. However, the value of each bandgap energy is not always the value shown in the above embodiment. However, by making the bandgap energies of the light confinement layer 4 at the bottom of the n-type light confinement layer 15 and the light confinement layer 10 at the top of the p-type light confinement layer 15 the same, the pattern field of the laser light is It is desirable to regulate

【0026】また、上記実施例では、n型光閉じ込め層
15を形成している層4,5,6とp型光閉じ込め層16を
形成している層8,9,10の層数は各々3層としたが、
各光閉じ込め層15,16を形成する層の数は3層以外でも
よく、n型光閉じ込め層15とp型光閉じ込め層とで層の
数が違っていても構わない。
Further, in the above embodiment, the n-type optical confinement layer
The layers 4, 5, 6 forming 15 and the layers 8, 9, 10 forming the p-type optical confinement layer 16 each have three layers.
The number of layers forming each of the light confinement layers 15 and 16 may be other than three, and the number of layers may be different between the n-type light confinement layer 15 and the p-type light confinement layer.

【0027】また、上記実施例では、幅3μm、共振器
長1mmのリッジ導波路レーザとしたが、レーザの大きさ
や、レーザの構造、レーザを構成している各層の組成や
層数などは特に限定されるものではなく、他のあらゆる
量子井戸半導体レーザに本発明を適用することができ
る。
In the above embodiment, the ridge waveguide laser has a width of 3 μm and a cavity length of 1 mm, but the size of the laser, the structure of the laser, the composition of each layer constituting the laser, the number of layers, etc. The present invention can be applied to all other quantum well semiconductor lasers without limitation.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、活性層を挟むp型光閉
じ込め層の厚さn型閉じ込め層の厚さよりも厚くしたこ
とにより、多層のp型光閉じ込め層側から活性層へ注入
されるホールはp型光閉じ込め層内に形成されるバレン
スバンドスパイクの影響を受けることが少なく、支障な
く活性層に注入される。そのため、ホールが活性層内に
注入される注入効率や特性温度を高くすることができ、
シリーズ抵抗を低下させることができる。一方、n型光
閉じ込め層側から活性層へ注入される電子はホールのよ
うにエネルギが重くないために、従来通り活性層へ注入
されるため、本発明はキャリアの注入効率や特性温度が
高く、シリーズ抵抗の低い優れた量子井戸半導体レーザ
とすることができる。そして、これらのことから、本発
明は半導体レーザの高出力化、高速度化を可能とするこ
とができる。
According to the present invention, the thickness of the p-type optical confinement layer sandwiching the active layer is made thicker than the thickness of the n-type confinement layer, so that the p-type optical confinement layer side of the multilayer is injected into the active layer. Holes are less affected by valence band spikes formed in the p-type optical confinement layer, and can be injected into the active layer without any trouble. Therefore, it is possible to increase the injection efficiency and characteristic temperature at which holes are injected into the active layer,
The series resistance can be reduced. On the other hand, since electrons injected from the n-type optical confinement layer side into the active layer are not heavy in energy like holes, they are injected into the active layer as usual. Therefore, the present invention has high carrier injection efficiency and high characteristic temperature. An excellent quantum well semiconductor laser with low series resistance can be obtained. From these facts, the present invention can realize high output and high speed of the semiconductor laser.

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

【図1】本発明に係る量子井戸半導体レーザの一実施例
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a quantum well semiconductor laser according to the present invention.

【図2】図1の活性層7と各光閉じ込め層15,16の多層
構造と、それらのエネルギ状態を示す説明図である。
2 is an explanatory diagram showing a multilayer structure of an active layer 7 and optical confinement layers 15 and 16 of FIG. 1 and their energy states. FIG.

【図3】本実施例の多層のp型光閉じ込め層16側でのホ
ール20の移動を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing movement of holes 20 on the side of the multilayer p-type optical confinement layer 16 of the present embodiment.

【図4】単純な光−キャリア分離閉じ込め構造を有する
レーザのホール20の移動を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing movement of holes 20 of a laser having a simple optical-carrier separation confinement structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4,5,6,15 n型光閉じ込め層 7 活性層 8,9,10,16 p型光閉じ込め層 20 ホール 21 スパイク 4, 5, 6, 15 n-type optical confinement layer 7 active layer 8, 9, 10, 16 p-type optical confinement layer 20 hole 21 spike

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 歪量子井戸活性層が多層のp型光閉じ込
め層と多層のn型光閉じ込め層で挟まれているグレーデ
ッドインデックス型の光−キャリア分離閉じ込め構造を
有する量子井戸半導体レーザにおいて、前記p型光閉じ
込め層の厚さをn型光閉じ込め層の厚さよりも厚くした
ことを特徴とする量子井戸半導体レーザ。
1. A quantum well semiconductor laser having a graded index type optical-carrier separation confinement structure in which a strained quantum well active layer is sandwiched between a multilayer p-type optical confinement layer and a multilayer n-type optical confinement layer, A quantum well semiconductor laser, wherein the p-type light confinement layer is thicker than the n-type light confinement layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6553046B2 (en) 2000-05-19 2003-04-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. High-power semiconductor laser device including resistance reduction layer which has intermediate energy gap
US6873637B2 (en) 2002-05-13 2005-03-29 Fuji Photo Film Co., Ltd. Semiconductor laser element including optical waveguide layers which have gradually varying bandgaps so as to reduce electrical resistance at interfaces

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US6873637B2 (en) 2002-05-13 2005-03-29 Fuji Photo Film Co., Ltd. Semiconductor laser element including optical waveguide layers which have gradually varying bandgaps so as to reduce electrical resistance at interfaces

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