JPH07131115A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
- Publication number
- JPH07131115A JPH07131115A JP30128993A JP30128993A JPH07131115A JP H07131115 A JPH07131115 A JP H07131115A JP 30128993 A JP30128993 A JP 30128993A JP 30128993 A JP30128993 A JP 30128993A JP H07131115 A JPH07131115 A JP H07131115A
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- JP
- Japan
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- semiconductor laser
- active layer
- laser device
- laser element
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温動作特性および信頼性を向上させた半導
体レーザ素子を提供する。 【構成】 ＩｎＰ基板１１上に、導電型のことなるクラ
ッド層１２、１８で挟み込まれた活性層１３を設けてな
る半導体レーザ素子において、活性層１３とｐ型クラッ
ド層１８の間に、ＩｎＡｓy Ｐ1-y （０＜ｙ≦１）井戸
層１６と、ＧａxＩｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１）障壁層１７
からなる多重量子障壁構造１５を設ける。
体レーザ素子を提供する。 【構成】 ＩｎＰ基板１１上に、導電型のことなるクラ
ッド層１２、１８で挟み込まれた活性層１３を設けてな
る半導体レーザ素子において、活性層１３とｐ型クラッ
ド層１８の間に、ＩｎＡｓy Ｐ1-y （０＜ｙ≦１）井戸
層１６と、ＧａxＩｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１）障壁層１７
からなる多重量子障壁構造１５を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子に関
し、特に低しきい値、温度特性などに優れた特性を有す
る半導体レーザ素子に関する。
し、特に低しきい値、温度特性などに優れた特性を有す
る半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来技術】多重量子障壁（Multi-Quantum Barrier:Ｍ
ＱＢ）構造は、半導体中のキャリアとしての電子を量子
力学的な波動として反射することで、実際のへテロ障壁
よりも高い実効障壁高さを実現するものである。このＭ
ＱＢ構造を半導体レーザ素子に用いると、活性層からク
ラッド層へのキャリア漏れを少なくすることができ、レ
ーザ特性を向上させることができる。図２（ａ）、
（ｂ）は、それぞれ従来のＭＱＢ構造を用いた半導体レ
ーザ素子の断面図とエネルギーバンド構造図である。図
中、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰクラッド層、
３はノンドープＧａＩｎＡｓＰ（λg ＝１．５５μｍ）
活性層、４はｐ−ＩｎＰトンネル電流防止層、５はＭＱ
Ｂ構造、８はｐ−ＩｎＰクラッド層、９はｐ−ＧａＩｎ
Ａｓ（Ｐ）コンタクト層である。ＭＱＢ構造は、ｐ−Ｇ
ａＩｎＡｓ（またはＧａＩｎＡｓＰ）井戸層６（厚さ：
８原子層）とｐ−ＩｎＰ障壁層７（厚さ：８原子層）か
ら構成されている。なお、障壁層をｐ−ＡｌＩｎＡｓ
（またはＡｌＧａＩｎＡｓ）で構成してもよい。
ＱＢ）構造は、半導体中のキャリアとしての電子を量子
力学的な波動として反射することで、実際のへテロ障壁
よりも高い実効障壁高さを実現するものである。このＭ
ＱＢ構造を半導体レーザ素子に用いると、活性層からク
ラッド層へのキャリア漏れを少なくすることができ、レ
ーザ特性を向上させることができる。図２（ａ）、
（ｂ）は、それぞれ従来のＭＱＢ構造を用いた半導体レ
ーザ素子の断面図とエネルギーバンド構造図である。図
中、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰクラッド層、
３はノンドープＧａＩｎＡｓＰ（λg ＝１．５５μｍ）
活性層、４はｐ−ＩｎＰトンネル電流防止層、５はＭＱ
Ｂ構造、８はｐ−ＩｎＰクラッド層、９はｐ−ＧａＩｎ
Ａｓ（Ｐ）コンタクト層である。ＭＱＢ構造は、ｐ−Ｇ
ａＩｎＡｓ（またはＧａＩｎＡｓＰ）井戸層６（厚さ：
８原子層）とｐ−ＩｎＰ障壁層７（厚さ：８原子層）か
ら構成されている。なお、障壁層をｐ−ＡｌＩｎＡｓ
（またはＡｌＧａＩｎＡｓ）で構成してもよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
半導体レーザ素子には次のような問題があった。即ち、 １）ＭＱＢ構造をＧａＩｎＡｓ−ＩｎＰ系とすると、図
２（ｂ）からわかるように、伝導帯のバンドオフセット
（ΔＥc ）がΔＥc ＝０．３５ΔＥg （ΔＥg ：ＧａＩ
ｎＡｓとＩｎＰのエネルギーギャップ差）と小さいた
め、活性層からクラッド層へのキャリア漏れの抑制に限
界があり、高温動作特性の向上にも限界がある。 ２）ＭＱＢ構造をＧａＩｎＡｓ−Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ
系とすると、伝導帯のバンドオフセット（ΔＥc ）がΔ
Ｅc ＝０．７２ΔＥg （ΔＥg ：ＧａＩｎＡｓとＡｌ
（Ｇａ）ＩｎＡｓのエネルギーギャップ差）と大きく、
ＭＱＢ効果が大きくなるが、障壁層にＡｌを含むため、
素子の信頼性が低下する。
半導体レーザ素子には次のような問題があった。即ち、 １）ＭＱＢ構造をＧａＩｎＡｓ−ＩｎＰ系とすると、図
２（ｂ）からわかるように、伝導帯のバンドオフセット
（ΔＥc ）がΔＥc ＝０．３５ΔＥg （ΔＥg ：ＧａＩ
ｎＡｓとＩｎＰのエネルギーギャップ差）と小さいた
め、活性層からクラッド層へのキャリア漏れの抑制に限
界があり、高温動作特性の向上にも限界がある。 ２）ＭＱＢ構造をＧａＩｎＡｓ−Ａｌ（Ｇａ）ＩｎＡｓ
系とすると、伝導帯のバンドオフセット（ΔＥc ）がΔ
Ｅc ＝０．７２ΔＥg （ΔＥg ：ＧａＩｎＡｓとＡｌ
（Ｇａ）ＩｎＡｓのエネルギーギャップ差）と大きく、
ＭＱＢ効果が大きくなるが、障壁層にＡｌを含むため、
素子の信頼性が低下する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決した半導体レーザ素子を提供するもので、ＩｎＰ基板
上に、導電型のことなるクラッド層で挟み込まれた活性
層を設けてなる半導体レーザ素子において、活性層とｐ
型クラッド層の間に、ＩｎＡｓy Ｐ1-y （０＜ｙ≦１）
井戸層と、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１）障壁層から
なる多重量子障壁構造を設けてなることを特徴とするも
のである。
決した半導体レーザ素子を提供するもので、ＩｎＰ基板
上に、導電型のことなるクラッド層で挟み込まれた活性
層を設けてなる半導体レーザ素子において、活性層とｐ
型クラッド層の間に、ＩｎＡｓy Ｐ1-y （０＜ｙ≦１）
井戸層と、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１）障壁層から
なる多重量子障壁構造を設けてなることを特徴とするも
のである。
【０００５】
【作用】上述のように、活性層とｐ型クラッド層の間
に、ＩｎＡｓy Ｐ1-y （０＜ｙ≦１）井戸層と、Ｇａx
Ｉｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１）障壁層からなるＭＱＢ構造を
設けると、以下のような理由により、レーザ特性が向上
する。即ち、 １）伝導帯のバンドオフセットがΔＥc ＝０．７ΔＥg
（ΔＥg ：ＩｎＡｓy Ｐ1-y とＧａx Ｉｎ1-x Ｐとのエ
ネルギーギャップ差）となるため、ＧａＩｎＡｓ−Ａｌ
（Ｇａ）ＩｎＡｓ系と同等の高い値が得られる。 ２）ＭＱＢ構造にＡｌを含まないため、高い信頼性が得
られる。 なお、ＩｎＰ基板上に、上記ＭＱＢ構造を形成すると、
井戸層には圧縮歪みを生じ、障壁層には引っ張り歪みを
生じるが、井戸層の歪量はε＝＋３．２２７ｙ％、障壁
層の歪量はε＝−７．１ｘ％であるので、組成ｘ、ｙを
適切に選択することにより、全体としての歪みを小さく
し、良質な結晶性を得ることができる。
に、ＩｎＡｓy Ｐ1-y （０＜ｙ≦１）井戸層と、Ｇａx
Ｉｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１）障壁層からなるＭＱＢ構造を
設けると、以下のような理由により、レーザ特性が向上
する。即ち、 １）伝導帯のバンドオフセットがΔＥc ＝０．７ΔＥg
（ΔＥg ：ＩｎＡｓy Ｐ1-y とＧａx Ｉｎ1-x Ｐとのエ
ネルギーギャップ差）となるため、ＧａＩｎＡｓ−Ａｌ
（Ｇａ）ＩｎＡｓ系と同等の高い値が得られる。 ２）ＭＱＢ構造にＡｌを含まないため、高い信頼性が得
られる。 なお、ＩｎＰ基板上に、上記ＭＱＢ構造を形成すると、
井戸層には圧縮歪みを生じ、障壁層には引っ張り歪みを
生じるが、井戸層の歪量はε＝＋３．２２７ｙ％、障壁
層の歪量はε＝−７．１ｘ％であるので、組成ｘ、ｙを
適切に選択することにより、全体としての歪みを小さく
し、良質な結晶性を得ることができる。
【０００６】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本
発明にかかる半導体レーザ素子の一実施例の断面図とエ
ネルギーバンド構造図である。図中、１１はｎ−ＩｎＰ
基板、１２は厚さ０．５μｍのｎ−ＩｎＰクラッド層、
１３は厚さ０．１５μｍのノンドープＧａＩｎＡｓＰ
（λg ＝１．５５μｍ）活性層、１４は厚さ８０原子層
のノンドープまたはｐ−ＩｎＰトンネル電流防止層、１
５はＭＱＢ構造、１８は厚さ２μｍのｐ−ＩｎＰクラッ
ド層、１９は厚さ０．５μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓ（Ｐ）
コンタクト層である。ＭＱＢ構造１５は、厚さ８原子層
のノンドープまたはｐ−ＩｎＡｓ0.4 Ｐ0.6 井戸層１６
と、厚さ８原子層のＧａ0.18Ｉｎ0.82Ｐ障壁層１７を１
０周期重ねて構成されている。
を詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本
発明にかかる半導体レーザ素子の一実施例の断面図とエ
ネルギーバンド構造図である。図中、１１はｎ−ＩｎＰ
基板、１２は厚さ０．５μｍのｎ−ＩｎＰクラッド層、
１３は厚さ０．１５μｍのノンドープＧａＩｎＡｓＰ
（λg ＝１．５５μｍ）活性層、１４は厚さ８０原子層
のノンドープまたはｐ−ＩｎＰトンネル電流防止層、１
５はＭＱＢ構造、１８は厚さ２μｍのｐ−ＩｎＰクラッ
ド層、１９は厚さ０．５μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓ（Ｐ）
コンタクト層である。ＭＱＢ構造１５は、厚さ８原子層
のノンドープまたはｐ−ＩｎＡｓ0.4 Ｐ0.6 井戸層１６
と、厚さ８原子層のＧａ0.18Ｉｎ0.82Ｐ障壁層１７を１
０周期重ねて構成されている。
【０００７】本実施例は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により作製することができる。活性層１３の幅を
１．５μｍ、共振器長３００μｍとし、共振器端面に９
５％の高反射膜を施して素子を作製した。その結果、し
きい値電流が４ｍＡ、２５℃〜８５℃でのしきい値電流
の特性温度が９０°Ｋという改善した特性が得られた。
また、信頼性試験を行ったところ、８５℃、５ｍＷの一
定出力駆動において、５０００時間を経過しても駆動電
流の増加率は１０％以下であった。なお、ＭＱＢ構造が
ない場合には、特性温度が９０°Ｋであり、ＭＱＢ構造
にＡｌを含む場合の上記条件における駆動電流の増加率
は約５０％であった。なお、本発明は上記実施例に限定
されず、活性層として歪量子構造を用いてもよく、ま
た、トンネル電流防止層としてＧａ0.1 Ｉｎ0.9 Ｐ層を
用いてもよい。
Ｄ）法により作製することができる。活性層１３の幅を
１．５μｍ、共振器長３００μｍとし、共振器端面に９
５％の高反射膜を施して素子を作製した。その結果、し
きい値電流が４ｍＡ、２５℃〜８５℃でのしきい値電流
の特性温度が９０°Ｋという改善した特性が得られた。
また、信頼性試験を行ったところ、８５℃、５ｍＷの一
定出力駆動において、５０００時間を経過しても駆動電
流の増加率は１０％以下であった。なお、ＭＱＢ構造が
ない場合には、特性温度が９０°Ｋであり、ＭＱＢ構造
にＡｌを含む場合の上記条件における駆動電流の増加率
は約５０％であった。なお、本発明は上記実施例に限定
されず、活性層として歪量子構造を用いてもよく、ま
た、トンネル電流防止層としてＧａ0.1 Ｉｎ0.9 Ｐ層を
用いてもよい。
【０００８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｉ
ｎＰ基板上に、導電型のことなるクラッド層で挟み込ま
れた活性層を設けてなる半導体レーザ素子において、活
性層とｐ型クラッド層の間に、ＩｎＡｓy Ｐ1-y （０＜
ｙ≦１）井戸層と、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１）障
壁層からなる多重量子障壁構造を設けているため、活性
層からクラッド層へのキャリア漏れを抑制するので、高
温動作特性および信頼性が向上するという優れた効果が
ある。
ｎＰ基板上に、導電型のことなるクラッド層で挟み込ま
れた活性層を設けてなる半導体レーザ素子において、活
性層とｐ型クラッド層の間に、ＩｎＡｓy Ｐ1-y （０＜
ｙ≦１）井戸層と、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ（０≦ｘ≦１）障
壁層からなる多重量子障壁構造を設けているため、活性
層からクラッド層へのキャリア漏れを抑制するので、高
温動作特性および信頼性が向上するという優れた効果が
ある。
【図１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明にかかる半
導体レーザ素子の一実施例の断面図とエネルギーバンド
構造図である。
導体レーザ素子の一実施例の断面図とエネルギーバンド
構造図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来のＭＱＢ構造
を用いた半導体レーザ素子の断面図とエネルギーバンド
構造図である。
を用いた半導体レーザ素子の断面図とエネルギーバンド
構造図である。
１１ ｎ−ＩｎＰ基板 １２ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １３ 活性層 １４ トンネル電流防止層 １５ ＭＱＢ構造 １６ 井戸層 １７ 障壁層 １８ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １９ コンタクト層
Claims (1)
- 【請求項１】 ＩｎＰ基板上に、導電型のことなるクラ
ッド層で挟み込まれた活性層を設けてなる半導体レーザ
素子において、活性層とｐ型クラッド層の間に、ＩｎＡ
ｓy Ｐ1-y （０＜ｙ≦１）井戸層と、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ
（０≦ｘ≦１）障壁層からなる多重量子障壁構造を設け
てなることを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30128993A JPH07131115A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30128993A JPH07131115A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07131115A true JPH07131115A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17895046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30128993A Pending JPH07131115A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07131115A (ja) |
-
1993
- 1993-11-05 JP JP30128993A patent/JPH07131115A/ja active Pending
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