JPH0632339B2 - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPH0632339B2 JP59265375A JP26537584A JPH0632339B2 JP H0632339 B2 JPH0632339 B2 JP H0632339B2 JP 59265375 A JP59265375 A JP 59265375A JP 26537584 A JP26537584 A JP 26537584A JP H0632339 B2 JPH0632339 B2 JP H0632339B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザに関し、特に活性層近傍に超格子
構造を有する半導体レーザに関する。
〔従来の技術〕
従来、この種の超格子を用いた半導体レーザとしては、
第３図に示されるようなMQW(Multi-Quantumn-Well)構造
がよく知られている。第３図はその典型的な例の伝導帯
バンド（CB）を示す。構成材料のバンドギャップは３種
類あり、バンドギャップの大きさは材料31＞32＞33のよ
うに構成されている。バンドギャップの最も大きな材料
31は、例えばGaAs・ AlxGa1-x As系でいえばｘの大きな
（例えばｘ＝0.4）AlxGa1-xAs で構成され、バンドギャ
ップの最も小さな材料33（GaAsで構成される）に対して
ワイドギャップと呼ばれる。また、材料32は ALxGa1-x
As（ｘ0.2)で構成されており、材料33に対してはワイ
ドギャップとなる。
34は活性層および光閉じ込め層に相当し、以下、この領
域においてバンドギャップの大きい方の材料（第３図で
は材料32）を“ワイドギャップの材料”、バンドギャッ
プの小さい方の材料（第３図では材料33）を“ナロウギ
ャップの材料”と呼び、それぞれの膜厚をLB，LWとす
る。 MQW構造においては、LBは通常20Å〜40Å程度であ
り、LWは30Å〜 150Åあたりから選択される。この構造
の半導体レーザは低しきい値電流でレーザ発振すること
が知られている。
第４図は、同じく超格子構造を用いた半導体レーザで、
GRIN−SCH 構造と呼ばれているものの伝導帯バンド（C
B）図である。材料41，43はそれぞれ第３図の31，33と
ほぼ同じ組成物で構成される。また、材料42はGaAs・ A
lGaAs 系を用いる場合には、前述の AlxGa1-x Asのｘが
材料43，すなわち活性層に向って徐々に減少するように
構成されている。そして、電子、正孔は主として活性層
43で再結合し、発光する。発光した光は材料42の領域に
主として屈折率効果により閉じ込められるため、第３図
に示した MQW構造よりもレーザの発振しきい値が低くな
ると言われている。なお、44は活性層および光閉じ込め
層である。
〔発滅が解決しようとする問題点〕
上述した従来の半導体レーザ（GRIN−SCH 構造）では、
特に光閉じ込め層（材料42）において組成を徐々に変化
させる必要があり、蒸着源のるつぼ温度を短時間に昇降
させて蒸気圧を変化させなければならず、そのための温
度制御が困難であるという欠点があった。
本発明の目的は、GRIN−SCH 構造に相当する効果を超格
子構造を用いたシャッターの開閉のみで制御可能にする
ことであり、いわゆるディジタル制御を可能にし、作成
される膜質のばらつきを少なくして歩留りの向上を図る
ことができる半導体レーザを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、活性層および光
閉じ込め層、すなわち超格子構造領域においてワイドギ
ャップの材料（膜厚LB）とナロウギャップの材料（膜厚
LW）とを交互に積層し、なおかつLBの値が活性層に向う
に従って全体的傾向として減少していくように、言い換
えれば（LB／LW）の値が概して徐々に減少していくよう
に、光閉じ込め層を形成している。
すなわち、本発明による半導体レーザは、活性層を含む
超格子構造領域を有する半導体レーザにおいて、前記超
格子構造領域を構成する隣り合うワイドギャップの材料
及びナロウギャップの材料のそれぞれの膜厚（ＬB，
ＬW）の膜厚比（ＬB／ＬW）が、膜厚ＬWを一定として膜
厚ＬBを変化させることにより、該超格子構造領域の全
体を通して前記活性層に向かうにしたがって減少してい
ることを特徴としている。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
第２図は本発明による半導体レーザの基本的構造を示す
図である。本実施例では、GaAs・ AlGaAs を用いた半導
体レーザについて説明するが、InGaAsP ・InP など他の
半導体レーザの系についても適用可能である。
まず、ｎ型GaAs基板21上に、ｎ型（Siドープ）GaAs層22
を３μｍ分子線エピタキシ法で成長させ、続いてｎ型 A
lxGa1-x As層23を２μｍ（ｘ＝0.4）成長させた後、表
１に示すようなプロセスでシャッタの開閉を行い、活性
層および光閉じ込め層24を形成した。この層のうち活性
層部24a 60Åはドーピングを行わなかった。
なお、24a は活性層、24b は光閉じ込め層である。続い
てＰ型（Beドープ） AlxGa1-x As層25（ｘ＝0.4）を２
μｍ，Ｐ型GaAs層26を 0.1μｍ積層した。
第１図は本発明の特徴をなす超格子構造膜、すなわち活
性層および光閉じ込め層の積層態様を模式的に示した図
である。図中、11は活性層、12は光閉じ込め層であり、
それぞれ第２図の24a，24bに相当する。また、LB，LWは
それぞれ前述したように、ワイドギャップの材料の膜
厚、ナロウギャップの材料の膜厚を示す。
表１には本発明の超格子構造膜、すなわち活性層および
光閉じ込め層24として積層手順が１″から 168″まで記
されているが、 166″から 329″までは１″から 164″
までの積層順序を逆にしただけである。また、LWとして
は注入電子が閉じ込められないよう20Å以下の膜厚が適
当であり、より好ましくは10Å以下である。本実施例で
はLWを５Åと一定にしたが、必ずしも５Åである必要は
なく、例えば７Å、６Å、３Åなど、適宜選択できる。
重要なことは、超格子構造領域において隣り合うワイド
ギャップの材料およびナロウギャップの材料のそれぞれ
の膜厚LB，LWの膜厚比（LB／LW）が、中央（活性層11）
に向うに従って全体的傾向として減少していくように、
光閉じ込め層12を形成することである、 なお、本実施例では表１に示すように、活性層11（16
5″のLW＝60Å）を挟んで両側に 164組（１組とは、LB
＋LWを指す。）積層したが、好適にはおよそ40組以上あ
れば、本発明による効果は実現できる。
本実施例で使用したレーザにおいて、ｎ型GaAs基板21側
にAu−Ge電極を、Ｐ型GaAs層26側にCr−Au電極をそれぞ
れ蒸着し、 400μｍ× 300μｍのブロードエリアレーザ
を作成し、発振しきい電流密度 Jthを測定したところ25
0A/cm2という良好な結果が得られた。この値は、第４図
に示すようなポテンシャルになるよう巧妙に Aｌ組成を
温度制御して作成した Jthとほぼ同じ値であり、電子お
よび正孔にとってのポテンシャルや光の閉じ込め効果が
第４図に示すGRIN−SCH 構造と同じレベルであることを
示している。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、超格子構造領域において
２種類の材料（ワイドギャップおよびナロウギャップの
材料）の周期を徐々に変化させるという制御の容易な手
段を利用することにより、作成される膜質の均一化を図
って歩留りを向上させると共に、低しきい電流密度でレ
ーザ発振を可能とする効果がある。表１は本発明の超格
子構造膜の積層手順を示したものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による半導体レーザの特徴をなす超格子
構造膜の積層態様を模式的に示した図、第２図はその半
導体レーザの基本的構造を示す図、第３図および第４図
は従来の超格子構造を有する半導体レーザの伝導帯バン
ド図で、それぞれ MQW構造、GRIN−SCH 構造を示す。 11，24a ……活性層 12，24b ……光閉じ込め層 24……活性層および光閉じ込め層 LB……ワイドギャップの材料の膜厚 LW……ナロウギャップの材料の膜厚
フロントページの続き (72)発明者 野尻 英章 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 清水 明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 袴田 勲 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−145687（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】活性層を含む超格子構造領域を有する半導
    体レーザにおいて、前記超格子構造領域を構成する隣り
    合うワイドギャップの材料及びナロウギャップの材料の
    それぞれの膜厚（ＬB，ＬW）の膜厚比（ＬB／ＬW）が、
    膜厚ＬWを一定として膜厚ＬBを変化させることにより、
    該超格子構造領域の全体を通して前記活性層に向かうに
    したがって減少していることを特徴とする半導体レー
    ザ。
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