JPH07122811A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
- Publication number
- JPH07122811A JPH07122811A JP26335293A JP26335293A JPH07122811A JP H07122811 A JPH07122811 A JP H07122811A JP 26335293 A JP26335293 A JP 26335293A JP 26335293 A JP26335293 A JP 26335293A JP H07122811 A JPH07122811 A JP H07122811A
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- JP
- Japan
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- quantum well
- strain
- well layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】閾値電流の低減及び高温動作を図って改善する
ことにある。 【構成】半導体基板上に設けた禁制帯幅の大きな光導波
層に挾まれた量子井戸層構造の活性層において、前記量
子井戸層の構成元素に対して前記半導体基板とは格子整
合しない組成を用いることにより引張応力或いは圧縮応
力を生じる格子歪を導入するが、歪量子井戸層に対して
格子歪を一様に導入するのではなく、周期的に或いは不
規則に超格子構造として変調して前記量子井戸層内にポ
テンシャル井戸を形成する。
ことにある。 【構成】半導体基板上に設けた禁制帯幅の大きな光導波
層に挾まれた量子井戸層構造の活性層において、前記量
子井戸層の構成元素に対して前記半導体基板とは格子整
合しない組成を用いることにより引張応力或いは圧縮応
力を生じる格子歪を導入するが、歪量子井戸層に対して
格子歪を一様に導入するのではなく、周期的に或いは不
規則に超格子構造として変調して前記量子井戸層内にポ
テンシャル井戸を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報端末或いは光応
用計測用または光通信用の光源に適する半導体レーザ素
子に関する。
用計測用または光通信用の光源に適する半導体レーザ素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術では、低閾値動作に対する歪
量子井戸構造の最適化検討について、例えば、短波長Ａ
ｌＧａＩｎＰ半導体レーザの公知例１）エレクトロニク
ス・レターズ１９９３年，２９巻，６０６頁（Electro
n.Lett.,29(1993)606）において述べられている。
量子井戸構造の最適化検討について、例えば、短波長Ａ
ｌＧａＩｎＰ半導体レーザの公知例１）エレクトロニク
ス・レターズ１９９３年，２９巻，６０６頁（Electro
n.Lett.,29(1993)606）において述べられている。
【０００３】これには、低閾値動作に向けた歪量や量子
井戸幅及び層数の設定に関する指針は述べているが、歪
量子井戸層全体に対する内容についてのみ言及している
だけである。さらに低閾値動作を得るための方策とし
て、量子井戸層に対する歪の導入方法や歪量については
詳細が述べられておらず、またその根拠について明らか
にされていない。
井戸幅及び層数の設定に関する指針は述べているが、歪
量子井戸層全体に対する内容についてのみ言及している
だけである。さらに低閾値動作を得るための方策とし
て、量子井戸層に対する歪の導入方法や歪量については
詳細が述べられておらず、またその根拠について明らか
にされていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、量
子井戸活性層における歪の導入方法について詳細が述べ
られておらず、応用に十分対応できる低閾値高温動作を
可能にするにはさらに方策が必要であった。
子井戸活性層における歪の導入方法について詳細が述べ
られておらず、応用に十分対応できる低閾値高温動作を
可能にするにはさらに方策が必要であった。
【０００５】本発明の目的は、歪の導入方法により各量
子井戸層内にポテンシャル多重量子井戸構造を設けて、
伝導帯と価電子帯における電子と正孔のキャリア状態密
度を減少させ、かつＴＭまたはＴＥモードの相対偏波強
度を増大させることにより閾値電流の低減及び高温動作
を図って改善することにある。
子井戸層内にポテンシャル多重量子井戸構造を設けて、
伝導帯と価電子帯における電子と正孔のキャリア状態密
度を減少させ、かつＴＭまたはＴＥモードの相対偏波強
度を増大させることにより閾値電流の低減及び高温動作
を図って改善することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】半導体レーザにおいて量
子井戸活性層に格子歪を導入することにより、レーザ特
性の向上が図られてきているが、これまでより低閾値動
作や高温動作及び高出力動作を改善させるために、格子
歪の有効な導入方法が必要である。そこで、本発明では
量子井戸層全体に対して一様に格子歪を導入するのでは
なく、周期的或いは不規則的に変調して格子歪を導入す
ることにより、量子井戸層内にポテンシャル井戸を形成
し、そこに電子と正孔を閉じ込める効果を図った。さら
に引張歪と圧縮歪の場合に応じて、それぞれ電子と軽い
正孔，電子と重い正孔の遷移確率を増大させる歪量や量
子井戸幅を設定することにより、各々ＴＭ或いはＴＥモ
ードの相対偏波強度を飛躍的に増大させた。このこと
は、伝導帯と価電子帯における電子と正孔のキャリア状
態密度を減少させることであり、閾キャリア密度の低
減、即ち、低閾値動作につながる。
子井戸活性層に格子歪を導入することにより、レーザ特
性の向上が図られてきているが、これまでより低閾値動
作や高温動作及び高出力動作を改善させるために、格子
歪の有効な導入方法が必要である。そこで、本発明では
量子井戸層全体に対して一様に格子歪を導入するのでは
なく、周期的或いは不規則的に変調して格子歪を導入す
ることにより、量子井戸層内にポテンシャル井戸を形成
し、そこに電子と正孔を閉じ込める効果を図った。さら
に引張歪と圧縮歪の場合に応じて、それぞれ電子と軽い
正孔，電子と重い正孔の遷移確率を増大させる歪量や量
子井戸幅を設定することにより、各々ＴＭ或いはＴＥモ
ードの相対偏波強度を飛躍的に増大させた。このこと
は、伝導帯と価電子帯における電子と正孔のキャリア状
態密度を減少させることであり、閾キャリア密度の低
減、即ち、低閾値動作につながる。
【０００７】
【作用】本発明の主な内容である、量子井戸構造活性層
の一つの量子井戸層内に対して格子歪を変調して導入す
ることの有効性について述べる。
の一つの量子井戸層内に対して格子歪を変調して導入す
ることの有効性について述べる。
【０００８】歪量子井戸構造では、正孔帯分離を大きく
することにより、価電子帯における軽い正孔或いは重い
正孔どちらかの状態密度を低減する設計が重要である。
することにより、価電子帯における軽い正孔或いは重い
正孔どちらかの状態密度を低減する設計が重要である。
【０００９】図９には、引張歪を導入したときの格子不
整量Δａ／ａに依存した正孔帯分離ΔＥ（ｌｈ−ｈｈ）
をＧａＩｎＰ量子井戸幅とともに示した。
整量Δａ／ａに依存した正孔帯分離ΔＥ（ｌｈ−ｈｈ）
をＧａＩｎＰ量子井戸幅とともに示した。
【００１０】引張歪の場合、軽い正孔帯を重い正孔帯と
離して設定するには、幅の広い量子井戸層に対して格子
不整量を大きく導入することが肝要である。そのため、
バルク層に近い単一量子井戸構造或いは量子井戸幅が１
０ｎｍ以上と厚い多重量子井戸構造の方がキャリアの状
態密度を減少でき、素子の低閾値化に有利である。
離して設定するには、幅の広い量子井戸層に対して格子
不整量を大きく導入することが肝要である。そのため、
バルク層に近い単一量子井戸構造或いは量子井戸幅が１
０ｎｍ以上と厚い多重量子井戸構造の方がキャリアの状
態密度を減少でき、素子の低閾値化に有利である。
【００１１】しかし、他方量子サイズ効果が弱められる
ので、伝導帯における電子や価電子帯における軽い正孔
はバンド端の影響、即ち、キャリアの散乱や不純物準位
への波動関数のしみだしが生じやすい構造になる。そこ
で、電子と軽い正孔の量子化を促進させるため、量子井
戸層内に格子歪を変調させることにより、単一量子井戸
構造では例えば図２に示すようにポテンシャル井戸を形
成することが効果的である。
ので、伝導帯における電子や価電子帯における軽い正孔
はバンド端の影響、即ち、キャリアの散乱や不純物準位
への波動関数のしみだしが生じやすい構造になる。そこ
で、電子と軽い正孔の量子化を促進させるため、量子井
戸層内に格子歪を変調させることにより、単一量子井戸
構造では例えば図２に示すようにポテンシャル井戸を形
成することが効果的である。
【００１２】引張歪の場合には、歪量が小さいときにポ
テンシャルが深くなる。ポテンシャルは幅の狭い井戸を
形成することにより、伝導帯では量子数ｎが１である量
子準位だけをこのポテンシャル井戸に閉じ込めて量子数
ｎが２である量子準位を引き離すことが可能である。ま
た価電子帯では、このポテンシャル井戸に軽い正孔の量
子準位を形成しながら重い正孔帯とはエネルギ差を設け
ることができる。その結果、伝導帯と価電子帯における
電子と正孔のキャリア状態密度を局所的に低減でき、ま
た有効質量を小さくすることにも作用するので有利であ
る。このことは、閾キャリア密度を小さくし、これをも
とにヘテロ障壁を量子井戸層内で増大できるので、キャ
リアのオーバフロー成分を減少させる。これに従って、
従来よりも素子の低閾値化や高温動作その他の性能を向
上させることが可能となる。
テンシャルが深くなる。ポテンシャルは幅の狭い井戸を
形成することにより、伝導帯では量子数ｎが１である量
子準位だけをこのポテンシャル井戸に閉じ込めて量子数
ｎが２である量子準位を引き離すことが可能である。ま
た価電子帯では、このポテンシャル井戸に軽い正孔の量
子準位を形成しながら重い正孔帯とはエネルギ差を設け
ることができる。その結果、伝導帯と価電子帯における
電子と正孔のキャリア状態密度を局所的に低減でき、ま
た有効質量を小さくすることにも作用するので有利であ
る。このことは、閾キャリア密度を小さくし、これをも
とにヘテロ障壁を量子井戸層内で増大できるので、キャ
リアのオーバフロー成分を減少させる。これに従って、
従来よりも素子の低閾値化や高温動作その他の性能を向
上させることが可能となる。
【００１３】一方、圧縮歪を量子井戸層に導入する場合
には下記のようになる。図１０には、圧縮歪を導入した
ときの格子不整量Δａ／ａに依存した正孔帯分離ΔＥ
（ｈｈ−ｌｈ）をＧａＩｎＰ量子井戸幅とともに示し
た。圧縮歪の場合、重い正孔帯を軽い正孔帯と離して設
定するには、比較的幅の狭い量子井戸層に対して格子不
整量を大きく導入することが肝要である。そのため、比
較的幅の狭い単一量子井戸構造或いは量子井戸幅が４〜
１０ｎｍの範囲と薄い多重量子井戸構造の方がキャリア
の状態密度を低減でき素子の低閾値化に有利である。こ
のことを有効に利用するに、量子井戸層内に格子歪を変
調させることによって、単一量子井戸構造では、例え
ば、図６に示すように、ポテンシャル井戸を形成する。
には下記のようになる。図１０には、圧縮歪を導入した
ときの格子不整量Δａ／ａに依存した正孔帯分離ΔＥ
（ｈｈ−ｌｈ）をＧａＩｎＰ量子井戸幅とともに示し
た。圧縮歪の場合、重い正孔帯を軽い正孔帯と離して設
定するには、比較的幅の狭い量子井戸層に対して格子不
整量を大きく導入することが肝要である。そのため、比
較的幅の狭い単一量子井戸構造或いは量子井戸幅が４〜
１０ｎｍの範囲と薄い多重量子井戸構造の方がキャリア
の状態密度を低減でき素子の低閾値化に有利である。こ
のことを有効に利用するに、量子井戸層内に格子歪を変
調させることによって、単一量子井戸構造では、例え
ば、図６に示すように、ポテンシャル井戸を形成する。
【００１４】圧縮歪の場合には、歪量が大きいときにポ
テンシャルが深くなる。これにより、量子井戸構造全体
での光閉じ込め係数やキャリア閉じ込めを比較的大きく
保ちながら、局所的に大きな圧縮歪の効果を得ることが
できる。即ち、臨界膜厚を考慮すると歪量子井戸層全体
に大きな歪量を一様に導入することは困難である構造設
計に対しても、圧縮歪を大きく導入したポテンシャル井
戸の外側は歪量を相対的に小さくすることにより臨界膜
厚の範囲で対応できる。
テンシャルが深くなる。これにより、量子井戸構造全体
での光閉じ込め係数やキャリア閉じ込めを比較的大きく
保ちながら、局所的に大きな圧縮歪の効果を得ることが
できる。即ち、臨界膜厚を考慮すると歪量子井戸層全体
に大きな歪量を一様に導入することは困難である構造設
計に対しても、圧縮歪を大きく導入したポテンシャル井
戸の外側は歪量を相対的に小さくすることにより臨界膜
厚の範囲で対応できる。
【００１５】圧縮歪を大きく導入したポテンシャル井戸
では、伝導帯において量子数ｎが１である量子準位だけ
を閉じ込めて量子数ｎが２である量子準位を引き離すこ
とが可能であり、価電子帯において重い正孔の量子準位
を形成しながら、軽い正孔帯とはポテンシャル井戸を設
けない場合に比べてよりエネルギ差を広げることが可能
となる。その結果、伝導帯と価電子帯における電子と正
孔のキャリア状態密度を局所的に低減でき、また有効質
量を小さくすることにも作用するので有利である。この
ことは、上に述べた引張歪の場合と同様な効果を生み出
し、閾キャリア密度の低減とこれをもとにヘテロ障壁の
増大が期待できるので、従来よりも素子の低閾値化や高
温動作その他の性能を向上させることが可能となる。
では、伝導帯において量子数ｎが１である量子準位だけ
を閉じ込めて量子数ｎが２である量子準位を引き離すこ
とが可能であり、価電子帯において重い正孔の量子準位
を形成しながら、軽い正孔帯とはポテンシャル井戸を設
けない場合に比べてよりエネルギ差を広げることが可能
となる。その結果、伝導帯と価電子帯における電子と正
孔のキャリア状態密度を局所的に低減でき、また有効質
量を小さくすることにも作用するので有利である。この
ことは、上に述べた引張歪の場合と同様な効果を生み出
し、閾キャリア密度の低減とこれをもとにヘテロ障壁の
増大が期待できるので、従来よりも素子の低閾値化や高
温動作その他の性能を向上させることが可能となる。
【００１６】
【実施例】（実施例１）本発明の一実施例を図１，２に
より説明する。まず、(００１）面から〔110〕〔−１−
１０〕方向に１５.８° 傾いた面を有するｎ型ＧａＡｓ
基板１を用いて、その上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２
（ｄ＝０.５μｍ，ｎD＝１×１０18cm-3)，ｎ型（Ａｌ
y2Ｇａ1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層３（ｄ＝１.５μｍ，
ｎD ＝９×１０17cm-3，ｙ2＝０.７，αはＧａＡｓ基板
と格子整合する値０.５１ ），引張歪を導入した膜厚３
５ｎｍのアンドープ（ＡｌxＧａ1-x)βＩｎ1-βＰ(Ｘ＝
０とし、量子井戸層内に図２に示すように引張歪量−
１.１％(β＝０.６７)の層と引張歪量−０.９８％(β＝
０.６５)の層を交互に各々膜厚５ｎｍ設ける）量子井戸
層１層と，その両側に膜厚２０ｎｍのアンドープ(Ａｌ
y1Ｇａ1-y1)αＩｎ1-αＰ（ｙ1 ＝０.５，αはＧａＡｓ
基板と格子整合する値０.５１）光分離閉じ込め層とか
ら構成される（量子井戸層周辺の伝導帯と価電子帯に対
するバンド構造概略は図２のようになる)引張歪単一量
子井戸構造活性層４，ｐ型(Ａｌy2Ｇa1-y2)αＩｎ1-α
Ｐ光導波層５（ｄ＝１.２μｍ，ｎA＝７〜９×１０17cm
-3，ｙ2＝０.７，αはＧａＡｓ基板と格子整合する値
０.５１），ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ バッファ層６（ｄ
＝０.０５μｍ，ｎA＝２×１０18cm-3）を成長温度７６
０℃において有機金属気相成長法によりエピタキシャル
成長した。
より説明する。まず、(００１）面から〔110〕〔−１−
１０〕方向に１５.８° 傾いた面を有するｎ型ＧａＡｓ
基板１を用いて、その上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２
（ｄ＝０.５μｍ，ｎD＝１×１０18cm-3)，ｎ型（Ａｌ
y2Ｇａ1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層３（ｄ＝１.５μｍ，
ｎD ＝９×１０17cm-3，ｙ2＝０.７，αはＧａＡｓ基板
と格子整合する値０.５１ ），引張歪を導入した膜厚３
５ｎｍのアンドープ（ＡｌxＧａ1-x)βＩｎ1-βＰ(Ｘ＝
０とし、量子井戸層内に図２に示すように引張歪量−
１.１％(β＝０.６７)の層と引張歪量−０.９８％(β＝
０.６５)の層を交互に各々膜厚５ｎｍ設ける）量子井戸
層１層と，その両側に膜厚２０ｎｍのアンドープ(Ａｌ
y1Ｇａ1-y1)αＩｎ1-αＰ（ｙ1 ＝０.５，αはＧａＡｓ
基板と格子整合する値０.５１）光分離閉じ込め層とか
ら構成される（量子井戸層周辺の伝導帯と価電子帯に対
するバンド構造概略は図２のようになる)引張歪単一量
子井戸構造活性層４，ｐ型(Ａｌy2Ｇa1-y2)αＩｎ1-α
Ｐ光導波層５（ｄ＝１.２μｍ，ｎA＝７〜９×１０17cm
-3，ｙ2＝０.７，αはＧａＡｓ基板と格子整合する値
０.５１），ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ バッファ層６（ｄ
＝０.０５μｍ，ｎA＝２×１０18cm-3）を成長温度７６
０℃において有機金属気相成長法によりエピタキシャル
成長した。
【００１７】この後、ホトリソグラフィによりＳｉＯ2
マスク（膜厚ｄ＝０.２μｍ，ストライプ幅４μｍ）を
形成し、ケミカルエッチングにより層５を０.２〜０.４
μｍ残すところまで層６と層５をエッチング除去してリ
ッジストライプを形成する。次に、ＳｉＯ2マスクを残
したまま、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄兼光吸収層７（ｄ＝1.
0μｍ，ｎD＝３×１０18cm-3)を選択成長する。さら
に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８（ｄ＝２〜３μｍ，ｎ
A＝５×１０18〜１×１０19cm-3)を埋め込み成長した
後、ｐ電極９及びｎ電極１０を蒸着する。さらに、劈開
スクライブして素子の形に切り出し、図１の断面を有す
る素子を得る。
マスク（膜厚ｄ＝０.２μｍ，ストライプ幅４μｍ）を
形成し、ケミカルエッチングにより層５を０.２〜０.４
μｍ残すところまで層６と層５をエッチング除去してリ
ッジストライプを形成する。次に、ＳｉＯ2マスクを残
したまま、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄兼光吸収層７（ｄ＝1.
0μｍ，ｎD＝３×１０18cm-3)を選択成長する。さら
に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８（ｄ＝２〜３μｍ，ｎ
A＝５×１０18〜１×１０19cm-3)を埋め込み成長した
後、ｐ電極９及びｎ電極１０を蒸着する。さらに、劈開
スクライブして素子の形に切り出し、図１の断面を有す
る素子を得る。
【００１８】本実施例によって、共振器長が３００μｍ
の素子では室温において閾値電流が１０〜２０ｍＡで直
流動作し６２５〜６３５ｎｍの発振波長を有するレーザ
素子を得た。共振器長６００μｍの素子において、最高
レーザ発振温度１２０〜130℃が得られ、動作温度６０
℃における光出力２０ｍＷの定出力動作で２０００時間
以上の長期信頼性が達成された。相対偏波強度は、ＴＭ
モードで０.９０ から０.９５ の範囲の高い値を得るこ
とができた。
の素子では室温において閾値電流が１０〜２０ｍＡで直
流動作し６２５〜６３５ｎｍの発振波長を有するレーザ
素子を得た。共振器長６００μｍの素子において、最高
レーザ発振温度１２０〜130℃が得られ、動作温度６０
℃における光出力２０ｍＷの定出力動作で２０００時間
以上の長期信頼性が達成された。相対偏波強度は、ＴＭ
モードで０.９０ から０.９５ の範囲の高い値を得るこ
とができた。
【００１９】（実施例２）本発明の他実施例を図３，図
４により説明する。まず、（００１）面から〔１１０〕
〔−１−１０〕方向に１５．８°傾いた面を有するｎ型
ＧａＡｓ基板１を用いて、その上にｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２（ｄ＝０.５μｍ，ｎD＝１×１０18cm-3），ｎ型
(Ａｌy2Ｇａ1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層３(ｄ＝１.５μ
ｍ，ｎD＝９×１０17cm-3，ｙ2＝０.７，αはＧａＡｓ
基板と格子整合する値０.５１），引張歪を導入した膜
厚１５ｎｍのアンドープ（ＡｌxＧａ1-x）βＩｎ1-βＰ
（Ｘ＝０とし、量子井戸層内に図４に示すように引張歪
量−０.８７％（β＝０.６４ ）の層と引張歪量−１.０
％（β＝０.６５）の層を交互に各々膜厚３ｎｍ設け
る）量子井戸層２層と，その両側に膜厚１０ｎｍのアン
ドープ（Ａｌy1Ｇａ1-y1)αＩｎ1-αＰ（ｙ1 ＝０.５，
αはＧａＡｓ基板と格子整合する値０.５１)光分離閉じ
込め層とから構成される（量子井戸層周辺の伝導帯と価
電子帯に対するバンド構造概略は図４のようになる）引
張歪多重量子井戸構造活性層１１，ｐ型（Ａｌy2Ｇａ
1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層５)ｄ＝１.２μｍ，ｎA＝７
〜９×１０17cm-3，ｙ2＝０.７，αはＧａＡｓ基板と格
子整合する値0.51），ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐバッファ
層６（ｄ＝０.０５μｍ，ｎA＝２×１０18cm-3）を成長
温度７６０℃において有機金属気相成長法によりエピタ
キシャル成長した。この後は、実施例１と全く同様に素
子を作製し、図３の断面を有する素子を得る。
４により説明する。まず、（００１）面から〔１１０〕
〔−１−１０〕方向に１５．８°傾いた面を有するｎ型
ＧａＡｓ基板１を用いて、その上にｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２（ｄ＝０.５μｍ，ｎD＝１×１０18cm-3），ｎ型
(Ａｌy2Ｇａ1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層３(ｄ＝１.５μ
ｍ，ｎD＝９×１０17cm-3，ｙ2＝０.７，αはＧａＡｓ
基板と格子整合する値０.５１），引張歪を導入した膜
厚１５ｎｍのアンドープ（ＡｌxＧａ1-x）βＩｎ1-βＰ
（Ｘ＝０とし、量子井戸層内に図４に示すように引張歪
量−０.８７％（β＝０.６４ ）の層と引張歪量−１.０
％（β＝０.６５）の層を交互に各々膜厚３ｎｍ設け
る）量子井戸層２層と，その両側に膜厚１０ｎｍのアン
ドープ（Ａｌy1Ｇａ1-y1)αＩｎ1-αＰ（ｙ1 ＝０.５，
αはＧａＡｓ基板と格子整合する値０.５１)光分離閉じ
込め層とから構成される（量子井戸層周辺の伝導帯と価
電子帯に対するバンド構造概略は図４のようになる）引
張歪多重量子井戸構造活性層１１，ｐ型（Ａｌy2Ｇａ
1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層５)ｄ＝１.２μｍ，ｎA＝７
〜９×１０17cm-3，ｙ2＝０.７，αはＧａＡｓ基板と格
子整合する値0.51），ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐバッファ
層６（ｄ＝０.０５μｍ，ｎA＝２×１０18cm-3）を成長
温度７６０℃において有機金属気相成長法によりエピタ
キシャル成長した。この後は、実施例１と全く同様に素
子を作製し、図３の断面を有する素子を得る。
【００２０】本実施例によって、共振器長が３００μｍ
の素子では室温において閾値電流が５〜１０ｍＡで直流
動作し６２５〜６３５ｎｍの発振波長を有するレーザ素
子を得た。共振器長６００μｍの素子において、最高レ
ーザ発振温度１３０〜１４０℃が得られ、動作温度６０
℃における光出力３０ｍＷの定出力動作で二千時間以上
の長期信頼性が達成された。相対偏波強度は、ＴＭモー
ドで０.９０から0.95の範囲の高い値を得ることができ
た。
の素子では室温において閾値電流が５〜１０ｍＡで直流
動作し６２５〜６３５ｎｍの発振波長を有するレーザ素
子を得た。共振器長６００μｍの素子において、最高レ
ーザ発振温度１３０〜１４０℃が得られ、動作温度６０
℃における光出力３０ｍＷの定出力動作で二千時間以上
の長期信頼性が達成された。相対偏波強度は、ＴＭモー
ドで０.９０から0.95の範囲の高い値を得ることができ
た。
【００２１】（実施例３）本発明の他実施例を図５，図
６により説明する。まず、（００１）面から〔１１０〕
〔−１−１０〕方向に５°傾いた面を有するｎ型ＧａＡ
ｓ基板１を用いて、その上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２
（ｄ＝０.５μｍ ，ｎD ＝１×１０18cm-3），ｎ型（Ａ
ｌy2Ｇａ1−y2)αＩｎ1-αＰ光導波層３（ｄ＝１.５μ
ｍ，ｎD＝９×１０17cm-3，ｙ2＝０.７ ，αはＧａＡｓ
基板と格子整合する値０.５１），圧縮歪を導入した膜
厚２０ｎｍのアンドープ（ＡｌxＧａ1-x)γＩｎ1-γＰ
(Ｘ＝０とし、量子井戸層内に図６に示すように圧縮歪
量＋０.７８％(γ＝０.５９)の層と圧縮歪量＋０.５６
％(β＝０.５６)の層を交互に各々膜厚４ｎｍ設ける）
量子井戸層１層と，その両側に膜厚１５ｎｍのアンドー
プ（Ａｌy1Ｇａ1-y1)αＩｎ1-αＰ（ｙ1＝０.５，αは
ＧａＡｓ基板と格子整合する値０.５１)光分離閉じ込め
層とから構成される（量子井戸層周辺の伝導帯と価電子
帯に対するバンド構造概略は図６のようになる）圧縮歪
単一量子井戸構造活性層１２，ｐ型（Ａｌy2Ｇａ1-y2)
αＩｎ1-αＰ光導波層５(ｄ＝１.４μｍ，ｎA＝５〜７
×1017cm-3，ｙ2 ＝０.７，αはＧａＡｓ基板と格子整
合する値０.５１），ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐバッファ
層６（ｄ＝０.０５μｍ，ｎA ＝２×１０18cm-3）を成
長温度７００℃において有機金属気相成長法によりエピ
タキシャル成長した。この後、ホトリソグラフィにより
ＳｉＯ2マスク（膜厚ｄ＝０.２μｍ，ストライプ幅４μ
ｍ）を形成し、ケミカルエッチングにより層５を０.２
〜０.４μｍ残すところまで層６と層５をエッチング除
去してリッジストライプを形成する。次に、ＳｉＯ2 マ
スクを残したまま、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄兼光吸収層７
（ｄ＝１.２μｍ，ｎD＝３×１０18cm-3）を選択成長す
る。さらに、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８（ｄ＝２〜３
μｍ，ｎA ＝５×１０18〜１×１０19cm-3）を埋め込み
成長した後、ｐ電極９及びｎ電極１０を蒸着する。さら
に、劈開スクライブして素子の形に切り出し、図５の断
面を有する素子を得る。
６により説明する。まず、（００１）面から〔１１０〕
〔−１−１０〕方向に５°傾いた面を有するｎ型ＧａＡ
ｓ基板１を用いて、その上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２
（ｄ＝０.５μｍ ，ｎD ＝１×１０18cm-3），ｎ型（Ａ
ｌy2Ｇａ1−y2)αＩｎ1-αＰ光導波層３（ｄ＝１.５μ
ｍ，ｎD＝９×１０17cm-3，ｙ2＝０.７ ，αはＧａＡｓ
基板と格子整合する値０.５１），圧縮歪を導入した膜
厚２０ｎｍのアンドープ（ＡｌxＧａ1-x)γＩｎ1-γＰ
(Ｘ＝０とし、量子井戸層内に図６に示すように圧縮歪
量＋０.７８％(γ＝０.５９)の層と圧縮歪量＋０.５６
％(β＝０.５６)の層を交互に各々膜厚４ｎｍ設ける）
量子井戸層１層と，その両側に膜厚１５ｎｍのアンドー
プ（Ａｌy1Ｇａ1-y1)αＩｎ1-αＰ（ｙ1＝０.５，αは
ＧａＡｓ基板と格子整合する値０.５１)光分離閉じ込め
層とから構成される（量子井戸層周辺の伝導帯と価電子
帯に対するバンド構造概略は図６のようになる）圧縮歪
単一量子井戸構造活性層１２，ｐ型（Ａｌy2Ｇａ1-y2)
αＩｎ1-αＰ光導波層５(ｄ＝１.４μｍ，ｎA＝５〜７
×1017cm-3，ｙ2 ＝０.７，αはＧａＡｓ基板と格子整
合する値０.５１），ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐバッファ
層６（ｄ＝０.０５μｍ，ｎA ＝２×１０18cm-3）を成
長温度７００℃において有機金属気相成長法によりエピ
タキシャル成長した。この後、ホトリソグラフィにより
ＳｉＯ2マスク（膜厚ｄ＝０.２μｍ，ストライプ幅４μ
ｍ）を形成し、ケミカルエッチングにより層５を０.２
〜０.４μｍ残すところまで層６と層５をエッチング除
去してリッジストライプを形成する。次に、ＳｉＯ2 マ
スクを残したまま、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄兼光吸収層７
（ｄ＝１.２μｍ，ｎD＝３×１０18cm-3）を選択成長す
る。さらに、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８（ｄ＝２〜３
μｍ，ｎA ＝５×１０18〜１×１０19cm-3）を埋め込み
成長した後、ｐ電極９及びｎ電極１０を蒸着する。さら
に、劈開スクライブして素子の形に切り出し、図５の断
面を有する素子を得る。
【００２２】本実施例によって、共振器長が３００μｍ
の素子では室温において閾値電流が５〜１０ｍＡで直流
動作し６７５〜６８５ｎｍの発振波長を有するレーザ素
子を得た。共振器長６００μｍの素子において、最高レ
ーザ発振温度１５０〜１６０℃が得られ、動作温度６０
℃における光出力６０ｍＷの定出力動作で二千時間以上
の長期信頼性が達成された。相対偏波強度は、ＴＥモー
ドで０.９０から0.95の範囲の高い値を得ることができ
た。
の素子では室温において閾値電流が５〜１０ｍＡで直流
動作し６７５〜６８５ｎｍの発振波長を有するレーザ素
子を得た。共振器長６００μｍの素子において、最高レ
ーザ発振温度１５０〜１６０℃が得られ、動作温度６０
℃における光出力６０ｍＷの定出力動作で二千時間以上
の長期信頼性が達成された。相対偏波強度は、ＴＥモー
ドで０.９０から0.95の範囲の高い値を得ることができ
た。
【００２３】（実施例４）本発明の他の実施例を図７，
図８により説明する。まず、（００１）面から〔１１
０〕〔−１−１０〕方向に５°傾いた面を有するｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１を用いて、その上にｎ型ＧａＡｓバッファ
層２（ｄ＝０.５μｍ ，ｎD ＝１×１０18cm-3），ｎ型
（Ａｌy2Ｇａ1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層３（ｄ＝１.５
μｍ，ｎD＝９×１０17cm-3，ｙ2 ＝０.７，αはＧａＡ
ｓ基板と格子整合する値０.５１），圧縮歪を導入した
膜厚９ｎｍのアンドープ（ＡｌxＧａ1-x)γＩｎ1-γＰ
(Ｘ＝０とし、量子井戸層内に図８に示すように圧縮歪
量＋０.９３％（γ＝０.６１）の層と圧縮歪量＋０.７
１％（β＝０.５８)の層を交互に各々膜厚３ｎｍ設け
る）量子井戸層２層と，その両側に膜厚８ｎｍのアンド
ープ（Ａｌy1Ｇａ1-y1)αＩｎ1-αＰ（ｙ1 ＝０.５，α
はＧａＡｓ基板と格子整合する値０.５１）光分離閉じ
込め層とから構成される（量子井戸層周辺の伝導帯と価
電子帯に対するバンド構造概略は８図のようになる）圧
縮歪多重量子井戸構造活性層１３，ｐ型（Ａｌy2Ｇａ
1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層５（ｄ＝１.３μｍ，ｎA ＝
５〜７×１０17cm-3，ｙ2＝０.７ ，αはＧａＡｓ基板
と格子整合する値０.５１），ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ
バッファ層６（ｄ＝０.０５μｍ，ｎA＝２×１０18c
m-3）を成長温度７００℃において有機金属気相成長法
によりエピタキシャル成長した。この後は、実施例３と
全く同様に素子を作製し、図７の断面を有する素子を得
る。
図８により説明する。まず、（００１）面から〔１１
０〕〔−１−１０〕方向に５°傾いた面を有するｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１を用いて、その上にｎ型ＧａＡｓバッファ
層２（ｄ＝０.５μｍ ，ｎD ＝１×１０18cm-3），ｎ型
（Ａｌy2Ｇａ1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層３（ｄ＝１.５
μｍ，ｎD＝９×１０17cm-3，ｙ2 ＝０.７，αはＧａＡ
ｓ基板と格子整合する値０.５１），圧縮歪を導入した
膜厚９ｎｍのアンドープ（ＡｌxＧａ1-x)γＩｎ1-γＰ
(Ｘ＝０とし、量子井戸層内に図８に示すように圧縮歪
量＋０.９３％（γ＝０.６１）の層と圧縮歪量＋０.７
１％（β＝０.５８)の層を交互に各々膜厚３ｎｍ設け
る）量子井戸層２層と，その両側に膜厚８ｎｍのアンド
ープ（Ａｌy1Ｇａ1-y1)αＩｎ1-αＰ（ｙ1 ＝０.５，α
はＧａＡｓ基板と格子整合する値０.５１）光分離閉じ
込め層とから構成される（量子井戸層周辺の伝導帯と価
電子帯に対するバンド構造概略は８図のようになる）圧
縮歪多重量子井戸構造活性層１３，ｐ型（Ａｌy2Ｇａ
1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波層５（ｄ＝１.３μｍ，ｎA ＝
５〜７×１０17cm-3，ｙ2＝０.７ ，αはＧａＡｓ基板
と格子整合する値０.５１），ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ
バッファ層６（ｄ＝０.０５μｍ，ｎA＝２×１０18c
m-3）を成長温度７００℃において有機金属気相成長法
によりエピタキシャル成長した。この後は、実施例３と
全く同様に素子を作製し、図７の断面を有する素子を得
る。
【００２４】本実施例によって、共振器長が３００μｍ
の素子では室温において閾値電流が２〜７ｍＡで直流動
作し６７５〜６８５ｎｍの発振波長を有するレーザ素子
を得た。共振器長６００μｍの素子において、最高レー
ザ発振温度１７０〜１８０℃が得られ、動作温度６０℃
における光出力８０ｍＷの定出力動作で二千時間以上の
長期信頼性が達成された。相対偏波強度は、ＴＥモード
で０.９０から０.９５の範囲の高い値を得ることができ
た。
の素子では室温において閾値電流が２〜７ｍＡで直流動
作し６７５〜６８５ｎｍの発振波長を有するレーザ素子
を得た。共振器長６００μｍの素子において、最高レー
ザ発振温度１７０〜１８０℃が得られ、動作温度６０℃
における光出力８０ｍＷの定出力動作で二千時間以上の
長期信頼性が達成された。相対偏波強度は、ＴＥモード
で０.９０から０.９５の範囲の高い値を得ることができ
た。
【００２５】
【発明の効果】本発明により、歪量子井戸構造活性層を
形成する量子井戸層内においてキャリアの状態密度を低
減し、かつ、閉じ込めを向上させたため、これまでより
活性層からのキャリアオーバフローを抑制することがで
きた。さらに、相対偏波強度を増大させ、０.９０から
０.９５の範囲の値を得ることができた。
形成する量子井戸層内においてキャリアの状態密度を低
減し、かつ、閉じ込めを向上させたため、これまでより
活性層からのキャリアオーバフローを抑制することがで
きた。さらに、相対偏波強度を増大させ、０.９０から
０.９５の範囲の値を得ることができた。
【００２６】本発明の実施例によれば、室温において閾
値電流が５〜１０ｍＡで直流動作し６２５〜６３５ｎｍ
の発振波長を有するレーザ素子得た。共振器長６００μ
ｍの素子において、最高レーザ発振温度１３０〜１４０
℃が得られ、動作温度６０℃における光出力３０ｍＷの
定出力動作で二千時間以上の長期安定動作が達成されて
いる。
値電流が５〜１０ｍＡで直流動作し６２５〜６３５ｎｍ
の発振波長を有するレーザ素子得た。共振器長６００μ
ｍの素子において、最高レーザ発振温度１３０〜１４０
℃が得られ、動作温度６０℃における光出力３０ｍＷの
定出力動作で二千時間以上の長期安定動作が達成されて
いる。
【００２７】他実施例によって、室温において閾値電流
が２〜７ｍＡで直流動作し６７５〜６８５ｎｍの発振波
長を有するレーザ素子を得た。共振器長６００μｍの素
子において、最高レーザ発振温度１７０〜１８０℃が得
られ、動作温度６０℃における光出力８０ｍＷの定出力
動作で二千時間以上の長期安定動作が達成された。
が２〜７ｍＡで直流動作し６７５〜６８５ｎｍの発振波
長を有するレーザ素子を得た。共振器長６００μｍの素
子において、最高レーザ発振温度１７０〜１８０℃が得
られ、動作温度６０℃における光出力８０ｍＷの定出力
動作で二千時間以上の長期安定動作が達成された。
【００２８】本発明では、ＡｌＧａＩｎＰ材料系を用い
て説明したが、他の材料系で組成を変えることにより半
導体基板と格子不整となるＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系，
ＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系，ＧａＡｓＳｂ／ＧａＡｓ系及
びＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系等に適用できる。
て説明したが、他の材料系で組成を変えることにより半
導体基板と格子不整となるＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系，
ＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系，ＧａＡｓＳｂ／ＧａＡｓ系及
びＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系等に適用できる。
【図１】本発明の一実施例を示す素子の断面図。
【図２】引張歪単一量子井戸層内に導入する歪量変調領
域とバンド構造を示す説明図。
域とバンド構造を示す説明図。
【図３】本発明の他実施例を示す素子の断面図。
【図４】引張歪多重量子井戸層内に導入する歪量変調領
域とバンド構造を示す説明図。
域とバンド構造を示す説明図。
【図５】本発明の他実施例を示す素子の断面図。
【図６】圧縮歪単一量子井戸層内に導入する歪量変調領
域とバンド構造を示す説明図。
域とバンド構造を示す説明図。
【図７】本発明の他実施例を示す素子の断面図。
【図８】圧縮歪多重量子井戸層内に導入する歪量変調領
域とバンド構造を示す説明図。
域とバンド構造を示す説明図。
【図９】引張歪量子井戸層における正孔帯分離の井戸幅
依存性の特性図。
依存性の特性図。
【図１０】圧縮歪量子井戸層における正孔帯分離の井戸
幅依存性の特性図。
幅依存性の特性図。
１…ｎ型ＧａＡｓ傾角基板、２…ｎ型ＧａＡｓバッファ
層、３…ｎ型（Ａｌy2Ｇａ1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波
層、４…引張歪単一量子井戸構造活性層、５…ｐ型(Ａ
ｌy2Ｇａ1-y2)αＩn1-αＰ光導波層、６…ｐ型Ｇa0.51
Ｉｎ0.49Ｐバッファ層、７…ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄兼光
吸収層、８…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、９…ｐ電極、
１０…ｎ電極、１１…引張歪多重量子井戸構造活性層、
１２…圧縮歪単一量子井戸構造活性層、１３…圧縮歪多
重量子井戸構造活性層。
層、３…ｎ型（Ａｌy2Ｇａ1-y2)αＩｎ1-αＰ光導波
層、４…引張歪単一量子井戸構造活性層、５…ｐ型(Ａ
ｌy2Ｇａ1-y2)αＩn1-αＰ光導波層、６…ｐ型Ｇa0.51
Ｉｎ0.49Ｐバッファ層、７…ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄兼光
吸収層、８…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、９…ｐ電極、
１０…ｎ電極、１１…引張歪多重量子井戸構造活性層、
１２…圧縮歪単一量子井戸構造活性層、１３…圧縮歪多
重量子井戸構造活性層。
Claims (9)
- 【請求項１】半導体基板上に設けた禁制帯幅の大きな光
導波層に挾まれた量子井戸層構造の活性層において、前
記量子井戸層の構成元素に対して前記半導体基板とは格
子整合しない組成を用いることにより引張応力或いは圧
縮応力を生じる格子歪を導入するが、歪量子井戸層に対
して格子歪を一様に導入するのではなく、周期的に或い
は不規則に超格子構造として変調して前記量子井戸層内
にポテンシャル井戸を形成することを特徴とする半導体
レーザ素子。 - 【請求項２】請求項１において、前記歪量子井戸層内に
設けられる変調されたポテンシャル井戸の深さを少なく
とも２０ｍｅＶ以上のエネルギ差とし、これを生じる圧
縮歪量或いは引張歪量の差は０.２％から０.６％の範囲
で設定する半導体レーザ素子。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記歪量子井
戸層内に設けられる変調されたポテンシャル井戸の幅を
１ｎｍから１０ｎｍの範囲で設定する半導体レーザ素
子。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、前記歪量
子井戸層に導入する歪量は各膜厚が弾性エネルギを維持
できる臨界量以内であり、歪多重量子井戸構造としたと
きに構造全体の膜厚が全体の歪量に対する臨界膜厚を超
えない範囲で設定する半導体レーザ素子。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４において、前記
歪量子井戸層に導入する歪量は、圧縮歪の場合＋０.５
〜＋１.５％の範囲とし、引張歪の場合−０.５〜−１.
５％の範囲である半導体レーザ素子。 - 【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
前記歪量子井戸層の膜厚は３ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であ
り、圧縮歪の場合膜厚は３ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であ
り、引張歪の場合、膜厚は８ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であ
る半導体レーザ素子。 - 【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６におい
て、前記半導体基板に用いる材料がＧａＡｓ1-zＰz（０
≦ｚ≦１）である半導体レーザ素子。 - 【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６または７に
おいて、前記半導体基板に用いる基板面方位が（００
１）面から〔１１０〕〔−１−１０〕方向又は〔１−１
０〕〔−１１０〕方向に０°から１５.８°の範囲で傾
いた面を有する半導体レーザ素子。 - 【請求項９】請求項１，２，３，４，５，６，７または
８において、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法又は分
子線エピタキシ（ＭＢＥ）法を用いて成長された半導体
レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26335293A JPH07122811A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26335293A JPH07122811A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07122811A true JPH07122811A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17388287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26335293A Pending JPH07122811A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122811A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7197056B2 (en) | 2001-11-15 | 2007-03-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and optical disc drive |
| JP2013165142A (ja) * | 2012-02-10 | 2013-08-22 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP2017028330A (ja) * | 2016-11-09 | 2017-02-02 | アンリツ株式会社 | 半導体光増幅器 |
-
1993
- 1993-10-21 JP JP26335293A patent/JPH07122811A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7197056B2 (en) | 2001-11-15 | 2007-03-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and optical disc drive |
| JP2013165142A (ja) * | 2012-02-10 | 2013-08-22 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP2017028330A (ja) * | 2016-11-09 | 2017-02-02 | アンリツ株式会社 | 半導体光増幅器 |
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