JPH07193327A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH07193327A JPH07193327A JP33066293A JP33066293A JPH07193327A JP H07193327 A JPH07193327 A JP H07193327A JP 33066293 A JP33066293 A JP 33066293A JP 33066293 A JP33066293 A JP 33066293A JP H07193327 A JPH07193327 A JP H07193327A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】発振波長1.3 μｍ帯又は1.5 μｍ帯のIII-Ｖ族
の半導体レーザ装置に関し、しきい電流の増加を抑制
し、かつしきい電流の温度依存性を十分に小さくする。 【構成】1.3 μｍ帯又は1.5 μｍ帯の発振波長を与える
格子定数とした組成を有するInGaAsからなる活性層１５
と、活性層１５を挟んで形成され、かつGaAsの格子定数
に近い格子定数を与える組成とすることより活性層１５
に歪みを与える半導体層１４，１６とを有し、活性層１
５と半導体層１４，１６との間で価電子帯のバンド端不
連続ΔＥｖに対する伝導帯のバンド端不連続ΔＥｃの比
を大きくしたことを有する。
の半導体レーザ装置に関し、しきい電流の増加を抑制
し、かつしきい電流の温度依存性を十分に小さくする。 【構成】1.3 μｍ帯又は1.5 μｍ帯の発振波長を与える
格子定数とした組成を有するInGaAsからなる活性層１５
と、活性層１５を挟んで形成され、かつGaAsの格子定数
に近い格子定数を与える組成とすることより活性層１５
に歪みを与える半導体層１４，１６とを有し、活性層１
５と半導体層１４，１６との間で価電子帯のバンド端不
連続ΔＥｖに対する伝導帯のバンド端不連続ΔＥｃの比
を大きくしたことを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置に関
し、より詳しくは、発振波長1.3 μｍ帯又は1.5 μｍ帯
のIII-Ｖ族の半導体レーザ装置に関する。
し、より詳しくは、発振波長1.3 μｍ帯又は1.5 μｍ帯
のIII-Ｖ族の半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ファイバを用いた光通信システ
ムは、主に大容量の幹線で用いられている。将来は各家
庭を含めた加入者系での光通信システムの利用が考えら
れている。この場合、価格を下げるため、温度制御系を
持たないペルチェフリーのシステムが必要になる。
ムは、主に大容量の幹線で用いられている。将来は各家
庭を含めた加入者系での光通信システムの利用が考えら
れている。この場合、価格を下げるため、温度制御系を
持たないペルチェフリーのシステムが必要になる。
【０００３】しかし、光通信用の1.3 μｍ帯及び1.55μ
ｍ帯のInGaAsP/InP 半導体レーザのしきい電流は環境温
度に大きく依存し、高温（８５℃程度）では十分な光出
力が得られず、温度制御系を持たない光通信システムに
は不向きである。ところで、半導体レーザのしきい電流
の温度依存性は、特性温度（Ｔ0 ）を見積もることで評
価される。1.3 μｍ帯又は1.55μｍ帯のInGaAsP/InP 半
導体レーザの特性温度は６０Ｋ程度である。
ｍ帯のInGaAsP/InP 半導体レーザのしきい電流は環境温
度に大きく依存し、高温（８５℃程度）では十分な光出
力が得られず、温度制御系を持たない光通信システムに
は不向きである。ところで、半導体レーザのしきい電流
の温度依存性は、特性温度（Ｔ0 ）を見積もることで評
価される。1.3 μｍ帯又は1.55μｍ帯のInGaAsP/InP 半
導体レーザの特性温度は６０Ｋ程度である。
【０００４】これを大きくするため、活性層の幅を広く
する等半導体レーザの構造を変えると、特性温度は１０
０Ｋを超えるものの、かえって損失が増えるため、しき
い電流は大幅に上昇し、実用に適しなかった。また、し
きい電流の温度依存性は活性層からのキャリアのオーバ
フローに依存するので、Ａｌを添加することで活性層と
光導波路層の間のバンド端不連続を改善し、キャリアの
オーバフローを抑制したレーザが報告されている。
する等半導体レーザの構造を変えると、特性温度は１０
０Ｋを超えるものの、かえって損失が増えるため、しき
い電流は大幅に上昇し、実用に適しなかった。また、し
きい電流の温度依存性は活性層からのキャリアのオーバ
フローに依存するので、Ａｌを添加することで活性層と
光導波路層の間のバンド端不連続を改善し、キャリアの
オーバフローを抑制したレーザが報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この構造では
なお十分なバンド端不連続が得られていないためか、Ａ
ｌ添加による結晶性の悪化のためか、十分なしきい電流
の温度依存性が得られていない。本発明は、係る従来例
の問題点に鑑みて創作されたものであり、しきい電流の
増加を抑制し、かつしきい電流の温度依存性を十分に小
さくすることが可能な1.3 μｍ帯又は1.5 μｍ帯のIII-
Ｖ族化合物の半導体レーザ装置の提供を目的とするもの
である。
なお十分なバンド端不連続が得られていないためか、Ａ
ｌ添加による結晶性の悪化のためか、十分なしきい電流
の温度依存性が得られていない。本発明は、係る従来例
の問題点に鑑みて創作されたものであり、しきい電流の
増加を抑制し、かつしきい電流の温度依存性を十分に小
さくすることが可能な1.3 μｍ帯又は1.5 μｍ帯のIII-
Ｖ族化合物の半導体レーザ装置の提供を目的とするもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、所
定の発振波長を与える格子定数とした組成を有するInGa
Asからなる活性層と、前記活性層を挟んで形成され、か
つGaAsの格子定数に近い格子定数を与える組成とするこ
とより前記活性層に歪みを与える半導体層とを有し、前
記活性層と前記半導体層との間で価電子帯のバンド端不
連続ΔＥｖに対する伝導帯のバンド端不連続ΔＥｃの比
を大きくしたことを特徴とする半導体レーザ装置によっ
て達成され、第２に、前記活性層の歪量は、臨界膜厚の
ときの歪量の７０％以上としたことを特徴とする第１の
発明に記載の半導体レーザ装置によって達成され、第３
に、前記半導体層はクラッド層又は光導波路層であるこ
とを特徴とする第１又は第２の発明に記載の半導体レー
ザ装置によって達成され、第４に、前記クラッド層はII
I-Ｖ族半導体基板上に緩和バッファ層を介して形成され
ていることを特徴とする第３の発明に記載の半導体レー
ザ装置によって達成され、第５に、前記光導波路層はク
ラッド層及び緩和バッファ層を介してIII-Ｖ族半導体基
板上に形成されていることを特徴とする第３の発明に記
載の半導体レーザ装置によって達成され、第６に、前記
III-Ｖ族半導体基板は三元化合物からなることを特徴と
する第４又は第５の発明に記載の半導体レーザ装置によ
って達成される。
定の発振波長を与える格子定数とした組成を有するInGa
Asからなる活性層と、前記活性層を挟んで形成され、か
つGaAsの格子定数に近い格子定数を与える組成とするこ
とより前記活性層に歪みを与える半導体層とを有し、前
記活性層と前記半導体層との間で価電子帯のバンド端不
連続ΔＥｖに対する伝導帯のバンド端不連続ΔＥｃの比
を大きくしたことを特徴とする半導体レーザ装置によっ
て達成され、第２に、前記活性層の歪量は、臨界膜厚の
ときの歪量の７０％以上としたことを特徴とする第１の
発明に記載の半導体レーザ装置によって達成され、第３
に、前記半導体層はクラッド層又は光導波路層であるこ
とを特徴とする第１又は第２の発明に記載の半導体レー
ザ装置によって達成され、第４に、前記クラッド層はII
I-Ｖ族半導体基板上に緩和バッファ層を介して形成され
ていることを特徴とする第３の発明に記載の半導体レー
ザ装置によって達成され、第５に、前記光導波路層はク
ラッド層及び緩和バッファ層を介してIII-Ｖ族半導体基
板上に形成されていることを特徴とする第３の発明に記
載の半導体レーザ装置によって達成され、第６に、前記
III-Ｖ族半導体基板は三元化合物からなることを特徴と
する第４又は第５の発明に記載の半導体レーザ装置によ
って達成される。
【０００７】
【作用】しきい電流は、外部から注入された電流がどの
程度活性層内にキャリアとして残るかで決まる。ところ
で半導体レーザのキャリアにはホールと電子があり、と
もに電流キャリアとして寄与する。ホールは有効質量が
大きいためオーバフローしにくいけれども注入もされに
くい。一方、電子は有効質量が小さいため注入されやす
いけれどもオーバフローもし易い。従って、しきい電流
の向上のためには、活性層とこれに隣接する半導体層の
間においてホール側のバンド端不連続ΔＥｖに対して電
子側のバンド端不連続ΔＥｃを大きくすることが有効で
ある。
程度活性層内にキャリアとして残るかで決まる。ところ
で半導体レーザのキャリアにはホールと電子があり、と
もに電流キャリアとして寄与する。ホールは有効質量が
大きいためオーバフローしにくいけれども注入もされに
くい。一方、電子は有効質量が小さいため注入されやす
いけれどもオーバフローもし易い。従って、しきい電流
の向上のためには、活性層とこれに隣接する半導体層の
間においてホール側のバンド端不連続ΔＥｖに対して電
子側のバンド端不連続ΔＥｃを大きくすることが有効で
ある。
【０００８】ところで、本願発明者は半導体基板、又は
活性層を挟む半導体層の格子定数（又はIn組成）を変化
させることにより、ΔＥｃ／ΔＥｖを大きく変化させる
ことができることを見出した。特に、GaAsの格子定数に
より近い格子定数とすることによりΔＥｃ／ΔＥｖを大
きくすることができる。一方、発振波長の面において
は、半導体基板の格子定数と活性層の格子定数とが同じ
である格子整合系では半導体基板がGaAsの組成に近づく
ほど短波長になり、1.31μｍ又は1.55μｍの発振波長は
得られなくなる。
活性層を挟む半導体層の格子定数（又はIn組成）を変化
させることにより、ΔＥｃ／ΔＥｖを大きく変化させる
ことができることを見出した。特に、GaAsの格子定数に
より近い格子定数とすることによりΔＥｃ／ΔＥｖを大
きくすることができる。一方、発振波長の面において
は、半導体基板の格子定数と活性層の格子定数とが同じ
である格子整合系では半導体基板がGaAsの組成に近づく
ほど短波長になり、1.31μｍ又は1.55μｍの発振波長は
得られなくなる。
【０００９】従って、1.31μｍ又は1.55μｍの発振波長
を得るためには、活性層にはIII-Ｖ族系で最も長波長が
得られるInGaAsを用いる必要がある。更に、一層大きな
ΔＥｃ／ΔＥｖを確保するためには、前記したように半
導体基板の格子定数をGaAsの格子定数により近づけるこ
とが有効であり、このため活性層の歪量をより増す必要
がある。
を得るためには、活性層にはIII-Ｖ族系で最も長波長が
得られるInGaAsを用いる必要がある。更に、一層大きな
ΔＥｃ／ΔＥｖを確保するためには、前記したように半
導体基板の格子定数をGaAsの格子定数により近づけるこ
とが有効であり、このため活性層の歪量をより増す必要
がある。
【００１０】ところで、歪みを導入した結晶では、臨界
膜厚のため導入できる歪量が制限される。このため、臨
界膜厚を有するInGaAs活性層で得られるΔＥｃ／ΔＥｖ
が最も大きくなる。実用上、歪み活性層の歪量は、歪み
活性層の膜厚が臨界膜厚に相当する歪量の７０％以上で
あることが好ましい。以上により、所定の発振波長、例
えば1.31μｍ又は1.55μｍが得られるような格子定数を
有するInGaAs膜で活性層を形成し、かつ活性層の膜厚が
臨界膜厚となるような歪量に相当する格子定数、又はこ
の近辺で少し大きい格子定数で活性層を挟む半導体層又
は半導体基板を作成することにより、ΔＥｃ／ΔＥｖ比
を最も大きくすることができる。これにより、キャリア
のオーバフローが少なく、しきい電流の温度依存性が小
さいレーザを実現できる。
膜厚のため導入できる歪量が制限される。このため、臨
界膜厚を有するInGaAs活性層で得られるΔＥｃ／ΔＥｖ
が最も大きくなる。実用上、歪み活性層の歪量は、歪み
活性層の膜厚が臨界膜厚に相当する歪量の７０％以上で
あることが好ましい。以上により、所定の発振波長、例
えば1.31μｍ又は1.55μｍが得られるような格子定数を
有するInGaAs膜で活性層を形成し、かつ活性層の膜厚が
臨界膜厚となるような歪量に相当する格子定数、又はこ
の近辺で少し大きい格子定数で活性層を挟む半導体層又
は半導体基板を作成することにより、ΔＥｃ／ΔＥｖ比
を最も大きくすることができる。これにより、キャリア
のオーバフローが少なく、しきい電流の温度依存性が小
さいレーザを実現できる。
【００１１】
【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
係る半導体レーザ装置について説明する。一例として、
ここでは、分離閉じ込め型（ＳＣＨ）の半導体レーザ装
置について説明する。まず、半導体レーザ装置の構成に
ついて図１を参照しながら説明する。
係る半導体レーザ装置について説明する。一例として、
ここでは、分離閉じ込め型（ＳＣＨ）の半導体レーザ装
置について説明する。まず、半導体レーザ装置の構成に
ついて図１を参照しながら説明する。
【００１２】図１（ａ）は、本発明の実施例に係る半導
体レーザ装置の斜視図である。図中、１２はGaAs基板１
１上に形成されたIn0.2Ga0.8As層（緩和バッファ層）で
あり、１３はIn0.2Ga0.8As層１２に格子整合されたｎ−
InGaP 層（クラッド層）である。In0.2Ga0.8As層１２は
GaAs基板１１とｎ−InGaP 層１３との格子不整合を緩和
する働きを有する。
体レーザ装置の斜視図である。図中、１２はGaAs基板１
１上に形成されたIn0.2Ga0.8As層（緩和バッファ層）で
あり、１３はIn0.2Ga0.8As層１２に格子整合されたｎ−
InGaP 層（クラッド層）である。In0.2Ga0.8As層１２は
GaAs基板１１とｎ−InGaP 層１３との格子不整合を緩和
する働きを有する。
【００１３】１４はｎ−InGaP 層１３と格子整合された
InGaAsP 層（光導波路層）であり、光導波路層１４の組
成波長を1.05μｍとした。１５はIn0.2Ga0.8As層１２に
対して1.5 ％の歪量を有し、かつ１０ｎｍの膜厚を有す
るIn0.42Ga0.58As層（活性層）である。また、歪量1.5
％は、膜厚１０ｎｍが臨界膜厚に相当する歪量約２％の
７５％程度に相当する。これは、In0.2Ga0 .8As層１２の
格子定数（又はIn組成）が臨界膜厚の歪量に相当する格
子定数（又はIn組成）よりも大きくなっている場合に相
当する。更に、この活性層１５は発振波長1.31μｍを有
し、ΔＥｃ／ΔＥｖ比は歪量1.5 ％、かつ膜厚１０ｎｍ
のときの最大値約2.5 となっている。
InGaAsP 層（光導波路層）であり、光導波路層１４の組
成波長を1.05μｍとした。１５はIn0.2Ga0.8As層１２に
対して1.5 ％の歪量を有し、かつ１０ｎｍの膜厚を有す
るIn0.42Ga0.58As層（活性層）である。また、歪量1.5
％は、膜厚１０ｎｍが臨界膜厚に相当する歪量約２％の
７５％程度に相当する。これは、In0.2Ga0 .8As層１２の
格子定数（又はIn組成）が臨界膜厚の歪量に相当する格
子定数（又はIn組成）よりも大きくなっている場合に相
当する。更に、この活性層１５は発振波長1.31μｍを有
し、ΔＥｃ／ΔＥｖ比は歪量1.5 ％、かつ膜厚１０ｎｍ
のときの最大値約2.5 となっている。
【００１４】１６はIn0.42Ga0.58As層１５上のInGaAsP
層（光導波路層）で、下部のInGaAsP 層１４と同じ組成
を有する。１７はInGaAsP 層と格子整合された上部のｐ
−InGaP 層（クラッド層）である。１８は約５μｍの幅
にパターニングされたｐ−InGaP 層１７上に形成された
ｐ+−InGaAs層（コンタクト層）である。次に、上記の
組成を有する半導体レーザ装置の模式的なエネルギバン
ド図を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）において、活性層
１５の膜厚は１０ｎｍと薄いため、量子効果が生じてお
り、この量子効果を含めた活性層１５の発振波長は1.31
μｍとなっている。ΔＥｖは光導波路層１４及び１６と
活性層１５との間の価電子帯のバンド端不連続を表し、
ΔＥｃは光導波路層１４及び１６と活性層１５との間の
伝導帯のバンド端不連続を表す。活性層１５に歪みを導
入して光導波路層１４の格子定数をGaAsの格子定数に近
くしているため、ΔＥｃ／ΔＥｖは最も大きくなってお
り、活性層１５内に電子及びホールがキャリアとして残
る量が増大する。このため、しきい電流の温度依存性が
減少し、高温での動作が可能となる。従って、冷却機を
省略できる。
層（光導波路層）で、下部のInGaAsP 層１４と同じ組成
を有する。１７はInGaAsP 層と格子整合された上部のｐ
−InGaP 層（クラッド層）である。１８は約５μｍの幅
にパターニングされたｐ−InGaP 層１７上に形成された
ｐ+−InGaAs層（コンタクト層）である。次に、上記の
組成を有する半導体レーザ装置の模式的なエネルギバン
ド図を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）において、活性層
１５の膜厚は１０ｎｍと薄いため、量子効果が生じてお
り、この量子効果を含めた活性層１５の発振波長は1.31
μｍとなっている。ΔＥｖは光導波路層１４及び１６と
活性層１５との間の価電子帯のバンド端不連続を表し、
ΔＥｃは光導波路層１４及び１６と活性層１５との間の
伝導帯のバンド端不連続を表す。活性層１５に歪みを導
入して光導波路層１４の格子定数をGaAsの格子定数に近
くしているため、ΔＥｃ／ΔＥｖは最も大きくなってお
り、活性層１５内に電子及びホールがキャリアとして残
る量が増大する。このため、しきい電流の温度依存性が
減少し、高温での動作が可能となる。従って、冷却機を
省略できる。
【００１５】次に、上記に示された活性層その他の半導
体層の組成の決め方について説明する。図２は、ΔＥｃ
／ΔＥｖの比率が基板の格子定数で変化する様子を示す
特性図である。縦軸は比例目盛のΔＥｖに対するΔＥｃ
の比率を表し、横軸は格子定数の異なる基板としてのIn
GaAsの緩和バッファ層１２について格子定数の代わりに
InGaAsのIn組成で表している。
体層の組成の決め方について説明する。図２は、ΔＥｃ
／ΔＥｖの比率が基板の格子定数で変化する様子を示す
特性図である。縦軸は比例目盛のΔＥｖに対するΔＥｃ
の比率を表し、横軸は格子定数の異なる基板としてのIn
GaAsの緩和バッファ層１２について格子定数の代わりに
InGaAsのIn組成で表している。
【００１６】この特性図は理論計算に基づくものであ
り、量子効果を考慮して活性層には歪み量子井戸層を適
用し、量子効果を含めて発振波長が1.31μｍになるよう
にした。このとき、活性層１５の膜厚を１０ｎｍとし、
歪量を1.5 ％にした。また、光導波路層１４，１６の組
成波長を1.05μｍとした。なお、図３はマシューにより
計算された歪み（ミスマッチ）に対する臨界膜厚を示
す。縦軸は比例目盛で示した臨界膜厚（Å）を表し、横
軸は比例目盛で示した歪量（ミスマッチ：％）を表す。
活性層１５の歪量1.5 ％は、膜厚１０ｎｍが臨界膜厚に
相当する歪量約２％の７５％程度に相当する。従って、
歪量1.5 ％，膜厚１０ｎｍの組み合わせは活性層１５の
膜厚が臨界膜厚となるような歪量に相当する格子定数よ
りも少し大きい格子定数での歪量及び膜厚の組み合わせ
に相当する。
り、量子効果を考慮して活性層には歪み量子井戸層を適
用し、量子効果を含めて発振波長が1.31μｍになるよう
にした。このとき、活性層１５の膜厚を１０ｎｍとし、
歪量を1.5 ％にした。また、光導波路層１４，１６の組
成波長を1.05μｍとした。なお、図３はマシューにより
計算された歪み（ミスマッチ）に対する臨界膜厚を示
す。縦軸は比例目盛で示した臨界膜厚（Å）を表し、横
軸は比例目盛で示した歪量（ミスマッチ：％）を表す。
活性層１５の歪量1.5 ％は、膜厚１０ｎｍが臨界膜厚に
相当する歪量約２％の７５％程度に相当する。従って、
歪量1.5 ％，膜厚１０ｎｍの組み合わせは活性層１５の
膜厚が臨界膜厚となるような歪量に相当する格子定数よ
りも少し大きい格子定数での歪量及び膜厚の組み合わせ
に相当する。
【００１７】図２において、特性図に示された特性曲線
の右端は活性層がInP の格子定数×1.015 に相当する格
子定数を有するInGaAsP となっていることを示す。この
点よりも左側の実線上の領域は、緩和バッファ層と活性
層の間の歪量1.5％及び活性層の発振波長1.31μｍを保
持しながら、活性層がInGaAsP の組成（即ち格子定数）
で、かつIn組成が少なくなるように（即ち、格子定数が
小さくなる方向に）変化する領域を示す。
の右端は活性層がInP の格子定数×1.015 に相当する格
子定数を有するInGaAsP となっていることを示す。この
点よりも左側の実線上の領域は、緩和バッファ層と活性
層の間の歪量1.5％及び活性層の発振波長1.31μｍを保
持しながら、活性層がInGaAsP の組成（即ち格子定数）
で、かつIn組成が少なくなるように（即ち、格子定数が
小さくなる方向に）変化する領域を示す。
【００１８】実線の左端は活性層１５がInGaAsP 組成か
らInGaAs組成となる点を示す。このとき、InGaAsの緩和
バッファ層１２のIn組成が約0.2 となり、緩和バッファ
層１２の格子定数は活性層１５の格子定数と比べて、更
に1.5 ％程GaAsの格子定数に近くなっている。そして、
最も大きなΔＥｃ／ΔＥｖ比約2.5 を得ることができ
る。
らInGaAs組成となる点を示す。このとき、InGaAsの緩和
バッファ層１２のIn組成が約0.2 となり、緩和バッファ
層１２の格子定数は活性層１５の格子定数と比べて、更
に1.5 ％程GaAsの格子定数に近くなっている。そして、
最も大きなΔＥｃ／ΔＥｖ比約2.5 を得ることができ
る。
【００１９】また、実線の左端の更に左側の点線で示す
部分は、活性層がInGaAs組成で変化する領域を示し、発
振波長が1.31μｍよりも小さくなる領域を示している。
なお、この間、光導波路層の格子定数は緩和バッファ層
と格子整合されており、組成波長1.05μｍが保持されて
いる。以上のように、1.31μｍの発振波長を有する活性
層１５の膜厚１０ｎｍ、歪量1.5 ％の場合、InGaAsの緩
和バッファ層１２のIn組成が約0.2 のときに、光導波路
層１４，１６と活性層１５との間で最も大きなΔＥｃ／
ΔＥｖ約2.5 を得ることができる。
部分は、活性層がInGaAs組成で変化する領域を示し、発
振波長が1.31μｍよりも小さくなる領域を示している。
なお、この間、光導波路層の格子定数は緩和バッファ層
と格子整合されており、組成波長1.05μｍが保持されて
いる。以上のように、1.31μｍの発振波長を有する活性
層１５の膜厚１０ｎｍ、歪量1.5 ％の場合、InGaAsの緩
和バッファ層１２のIn組成が約0.2 のときに、光導波路
層１４，１６と活性層１５との間で最も大きなΔＥｃ／
ΔＥｖ約2.5 を得ることができる。
【００２０】なお、活性層１５の歪量は活性層１５の膜
厚が臨界膜厚となるまで大きくでき、このときGaAsの格
子定数に最も近づけることができるので、上記のΔＥｃ
／ΔＥｖよりも更に大きくすることが可能である。実用
上、活性層１５の膜厚を丁度臨界膜厚とすることは困難
であり、ΔＥｃ／ΔＥｖ比の大きさを考慮した場合、活
性層１５の歪量は、活性層１５の膜厚が臨界膜厚に相当
する歪量の７０％以上であることが好ましい。これは、
活性層１５の膜厚が臨界膜厚となるような歪量に相当す
る格子定数から、その歪量の７０％に相当する格子定数
までの範囲内の格子定数を有する緩和バッファ層１２を
作成することを示す。
厚が臨界膜厚となるまで大きくでき、このときGaAsの格
子定数に最も近づけることができるので、上記のΔＥｃ
／ΔＥｖよりも更に大きくすることが可能である。実用
上、活性層１５の膜厚を丁度臨界膜厚とすることは困難
であり、ΔＥｃ／ΔＥｖ比の大きさを考慮した場合、活
性層１５の歪量は、活性層１５の膜厚が臨界膜厚に相当
する歪量の７０％以上であることが好ましい。これは、
活性層１５の膜厚が臨界膜厚となるような歪量に相当す
る格子定数から、その歪量の７０％に相当する格子定数
までの範囲内の格子定数を有する緩和バッファ層１２を
作成することを示す。
【００２１】また、別の検討結果によれば、InGaAsから
なる活性層の歪量2.3 ％、膜厚７０Åのとき、発振波長
が最も大きくなるので、この条件を満たす組成、構造で
活性層や光導波路層等を形成すれば、ΔＥｃ／ΔＥｖを
最も大きくすることができる。以上により、発振波長が
1.31μｍになるような格子定数を有するInGaAs膜で活性
層１５を形成し、かつ活性層１５の膜厚が臨界膜厚とな
るような歪量に相当する格子定数、又はこの近辺で少し
大きい格子定数で隣接半導体層１４，１６、即ちGaAs基
板１１又はGaAs基板１１側の緩和バッファ層１２を作成
することにより、ΔＥｃ／ΔＥｖ比をより大きくするこ
とができる。これにより、キャリアのオーバフローが少
なく、活性層１５内に電子及びホールがキャリアとして
残る量が増大する。
なる活性層の歪量2.3 ％、膜厚７０Åのとき、発振波長
が最も大きくなるので、この条件を満たす組成、構造で
活性層や光導波路層等を形成すれば、ΔＥｃ／ΔＥｖを
最も大きくすることができる。以上により、発振波長が
1.31μｍになるような格子定数を有するInGaAs膜で活性
層１５を形成し、かつ活性層１５の膜厚が臨界膜厚とな
るような歪量に相当する格子定数、又はこの近辺で少し
大きい格子定数で隣接半導体層１４，１６、即ちGaAs基
板１１又はGaAs基板１１側の緩和バッファ層１２を作成
することにより、ΔＥｃ／ΔＥｖ比をより大きくするこ
とができる。これにより、キャリアのオーバフローが少
なく、活性層１５内に電子及びホールがキャリアとして
残る量が増大する。
【００２２】このため、しきい電流の温度依存性が減少
し、高温での動作が可能となる。従って、冷却器が不要
となり、ペルチェフリーとすることが可能となる。な
お、発振波長が1.55μｍを有する半導体レーザ装置を作
成する場合にも上記を適用することができる。この場合
も、歪み活性層がInGaAs層であるとき、かつ歪み活性層
の膜厚が臨界膜厚となるような歪量に相当する格子定
数、又はこの近辺で少し大きい格子定数で隣接半導体層
又は半導体基板を作成することにより、ΔＥｃ／ΔＥｖ
比を大きくすることができる。
し、高温での動作が可能となる。従って、冷却器が不要
となり、ペルチェフリーとすることが可能となる。な
お、発振波長が1.55μｍを有する半導体レーザ装置を作
成する場合にも上記を適用することができる。この場合
も、歪み活性層がInGaAs層であるとき、かつ歪み活性層
の膜厚が臨界膜厚となるような歪量に相当する格子定
数、又はこの近辺で少し大きい格子定数で隣接半導体層
又は半導体基板を作成することにより、ΔＥｃ／ΔＥｖ
比を大きくすることができる。
【００２３】また、ＳＣＨ型を用いているが、活性層を
挟んでクラッド層を直接形成してもよい。この場合、ク
ラッド層をGaAsの格子定数に近くすることにより、ΔＥ
ｃ／ΔＥｖ比をより大きくすることができる。更に、Ga
As基板を用いているが、三元のIII-Ｖ族の化合物半導体
基板、例えばInGaP を用いることもできる。この場合
も、活性層を挟む半導体層はGaAsの格子定数に近くする
ことにより、ΔＥｃ／ΔＥｖ比をより大きくすることが
できる。
挟んでクラッド層を直接形成してもよい。この場合、ク
ラッド層をGaAsの格子定数に近くすることにより、ΔＥ
ｃ／ΔＥｖ比をより大きくすることができる。更に、Ga
As基板を用いているが、三元のIII-Ｖ族の化合物半導体
基板、例えばInGaP を用いることもできる。この場合
も、活性層を挟む半導体層はGaAsの格子定数に近くする
ことにより、ΔＥｃ／ΔＥｖ比をより大きくすることが
できる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体レーザ装
置においては、発振波長が所定の値になるような格子定
数を有するInGaAs膜で活性層を形成し、かつ活性層の膜
厚が臨界膜厚となるような歪量に相当する格子定数、又
はこの近辺で少し大きい格子定数で隣接半導体層又は半
導体基板を作成することにより、キャリアのオーバフロ
ーに対してΔＥｃ／ΔＥｖ比をより有効な大きさにする
ことができる。これにより、活性層内に電子及びホール
がキャリアとして残る量が増大し、しきい電流の温度依
存性が小さいレーザを実現できる。
置においては、発振波長が所定の値になるような格子定
数を有するInGaAs膜で活性層を形成し、かつ活性層の膜
厚が臨界膜厚となるような歪量に相当する格子定数、又
はこの近辺で少し大きい格子定数で隣接半導体層又は半
導体基板を作成することにより、キャリアのオーバフロ
ーに対してΔＥｃ／ΔＥｖ比をより有効な大きさにする
ことができる。これにより、活性層内に電子及びホール
がキャリアとして残る量が増大し、しきい電流の温度依
存性が小さいレーザを実現できる。
【００２５】このため、しきい電流の温度依存性が減少
し、高温での動作が可能となる。従って、冷却器が不要
となり、ペルチェフリーとすることが可能となる。
し、高温での動作が可能となる。従って、冷却器が不要
となり、ペルチェフリーとすることが可能となる。
【図１】本発明の実施例に係る半導体レーザ装置の構成
について示す斜視図である。
について示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体レーザ装置の緩和
バッファ層のInのモル比に対するΔＥｃ／ΔＥｖ比の関
係について示す特性図である。
バッファ層のInのモル比に対するΔＥｃ／ΔＥｖ比の関
係について示す特性図である。
【図３】半導体レーザ装置の歪み活性層のミスマッチと
臨界膜厚との関係について示す特性図である。
臨界膜厚との関係について示す特性図である。
１１ GaAs基板、 １２ In0.2Ga0.8As層、 １３ n-InGaP 層（クラッド層）、 １４，１６ InGaAsP 層（光導波路層）、 １５ In0.42Ga0.58As層、 １７ p-InGaP 層（クラッド層）、 １８ p-InGaAs層（コンタンクト層）。
Claims (6)
- 【請求項１】 所定の発振波長を与える格子定数とした
組成を有するInGaAsからなる活性層と、 前記活性層を挟んで形成され、かつGaAsの格子定数に近
い格子定数を与える組成とすることより前記活性層に歪
みを与える半導体層とを有し、 前記活性層と前記半導体層との間で価電子帯のバンド端
不連続ΔＥｖに対する伝導帯のバンド端不連続ΔＥｃの
比を大きくしたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記活性層の歪量は、臨界膜厚のときの
歪量の７０％以上としたことを特徴とする請求項１記載
の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記半導体層はクラッド層又は光導波路
層であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記クラッド層はIII-Ｖ族半導体基板上
に緩和バッファ層を介して形成されていることを特徴と
する請求項３記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記光導波路層はクラッド層及び緩和バ
ッファ層を介してIII-Ｖ族半導体基板上に形成されてい
ることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 前記III-Ｖ族半導体基板は三元化合物か
らなることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の半
導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33066293A JPH07193327A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33066293A JPH07193327A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193327A true JPH07193327A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18235187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33066293A Withdrawn JPH07193327A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07193327A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923691A (en) * | 1996-08-30 | 1999-07-13 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode operable in 1.3 μm or 1.5 μm wavelength band with improved efficiency |
| US5939733A (en) * | 1996-08-30 | 1999-08-17 | Ricoh Company, Ltd. | Compound semiconductor device having a group III-V compound semiconductor layer containing therein T1 and As |
| US6207973B1 (en) | 1998-08-19 | 2001-03-27 | Ricoh Company, Ltd. | Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures |
| US6233264B1 (en) | 1996-08-27 | 2001-05-15 | Ricoh Company, Ltd. | Optical semiconductor device having an active layer containing N |
| US6697404B1 (en) | 1996-08-30 | 2004-02-24 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode operable in 1.3μm or 1.5μm wavelength band with improved efficiency |
| US6974974B2 (en) | 1998-08-19 | 2005-12-13 | Ricoh Company, Ltd. | Light emitting devices with layered III -V semiconductor structures, and modules and systems for computer, network and optical communication, using such devices |
| JP2010062401A (ja) * | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体構造及びその半導体構造を用いた光半導体素子 |
| US8610105B2 (en) | 2009-05-15 | 2013-12-17 | Oclaro Japan, Inc. | Semiconductor electroluminescent device with a multiple-quantum well layer formed therein |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33066293A patent/JPH07193327A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6233264B1 (en) | 1996-08-27 | 2001-05-15 | Ricoh Company, Ltd. | Optical semiconductor device having an active layer containing N |
| US6879614B2 (en) | 1996-08-27 | 2005-04-12 | Ricoh Company, Ltd. | Optical semiconductor device having an active layer containing N |
| US5923691A (en) * | 1996-08-30 | 1999-07-13 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode operable in 1.3 μm or 1.5 μm wavelength band with improved efficiency |
| US5939733A (en) * | 1996-08-30 | 1999-08-17 | Ricoh Company, Ltd. | Compound semiconductor device having a group III-V compound semiconductor layer containing therein T1 and As |
| US6049556A (en) * | 1996-08-30 | 2000-04-11 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical cavity surface emitting laser diode operable in 1.3 μm or 1.5 μm wavelength band with improved efficiency |
| US6697404B1 (en) | 1996-08-30 | 2004-02-24 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode operable in 1.3μm or 1.5μm wavelength band with improved efficiency |
| US7176045B2 (en) | 1996-08-30 | 2007-02-13 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode operable in 1.3 μm or 1.5 μm wavelength band with improved efficiency |
| US6207973B1 (en) | 1998-08-19 | 2001-03-27 | Ricoh Company, Ltd. | Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures |
| US6974974B2 (en) | 1998-08-19 | 2005-12-13 | Ricoh Company, Ltd. | Light emitting devices with layered III -V semiconductor structures, and modules and systems for computer, network and optical communication, using such devices |
| JP2010062401A (ja) * | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体構造及びその半導体構造を用いた光半導体素子 |
| US8610105B2 (en) | 2009-05-15 | 2013-12-17 | Oclaro Japan, Inc. | Semiconductor electroluminescent device with a multiple-quantum well layer formed therein |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |