JPH07312461A - 歪量子井戸半導体レーザ - Google Patents
歪量子井戸半導体レーザInfo
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Abstract
されにくく、長時間の通電信頼性が得られ、かつ発振閾
値電流が低い歪量子井戸半導体レーザを提供するInG
aAs歪量子井戸半導体レーザを製造する。 【構成】 常圧MOVPE装置を用いて、面方位が(1
00)面から[01−1]方向に傾斜したGaAs基板
上にInGaAs歪量子井戸活性層10を含む多層構造
を積層させることによって製作できる。InGaAs歪
量子井戸活性層10とその上層のGaAsバリア層11
の間の界面が周期的な凹凸構造をもち、凸部の過半数が
(100)テラスと基板傾斜と同じ方位に傾斜したマル
チステップ面と基板傾斜と反対の方位に傾斜したマルチ
ステップ面で形成された矩形波型構造を有するので、結
晶欠陥が導入されにくく、発光特性の均質性が良い。
Description
に関し、特に活性層がInGaAsである歪量子井戸半
導体レーザに関する。
造を成長することにより得られる半導体レーザにおい
て、活性層内あるいは活性層とその上層との界面におけ
る欠陥の増殖速度の低減や量子井戸層が圧縮歪を受ける
効果による低閾値化を目的に、基板のGaAsよりも大
きな格子定数をもつInGaAs歪量子井戸活性層が用
いられている。例えば、1993年4月、アプライド・
フィジックス・レターズ(Applied Physi
cs Letters)、第62巻、第16号、186
9〜1871頁の報告には、有機金属気相成長法により
(100)GaAs基板にInGaAs歪量子井戸層を
含むダブルヘテロ構造を成長することにより得られた半
導体レーザが示されている。
層構造を示す図である。n型(100)GaAs基板3
1上に、0.1μm のn型GaAsバッファ層32、
2.5μm のn型Al0.6 Ga0.4 Asクラッド層3
3、0.1μm のAl0.35Ga0. 65As光ガイド層3
4、38および6nmのGaAsバリア層35、37には
さまれた6nmのIn0.2 Ga0.8 As歪量子井戸活性層
36、2.5μm のp型Al0.6 Ga0.4 Asクラッド
層39、0.25μm のp型GaAsキャップ層40か
らなるダブルヘテロ構造を成長させることにより、歪量
子井戸半導体レーザウェハが得られる。このウェハにリ
ッジ型導波路を形成することにより得られたレーザは、
波長0.98μm で発振し、初期光出力100mWとし
た25℃、定電流エージング試験において、電流増加率
4×10-6h-1に相当する安定度で動作することが報告
されている。
イー・イー・フォトニクス・テクノロジー・レターズ
(IEEE Photonics Technolog
y Letters)、第3巻、第5号、406〜40
8頁の報告によれば、有機金属気相成長法により(10
0)から傾斜したGaAs基板にInGaAs歪量子井
戸層を含むダブルヘテロ構造を成長することにより得ら
れた半導体レーザが示されている。図22は、他の従来
の歪量子井戸レーザの断面層構造を示す図である。(1
00)から[011]方位に2°傾斜したn型GaAs
基板41上に、0.5μmのn型GaAsバッファ層4
2、1μm のAl0.4 Ga0.6 Asのn型クラッド層4
3、p型クラッド層47、0.15μm のAlX Ga
1-X As組成傾斜光閉じこめ層44、46、12nmのG
aAsバリア4層とそれらの間に挟まれる7nmのIn
0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層3層からなる活性領域4
5、p型GaAsキャップ層48からなるダブルヘテロ
構造を成長させることにより、歪量子井戸半導体レーザ
ウェハが得られる。このウェハにリッジ型導波路を形成
することにより得られたレーザは、波長0.98μm で
発振する。
0)GaAsが用いられている歪量子井戸半導体レーザ
においては、成長基板の面方位の(100)面からの傾
斜角度は通常0.2°以下である。このとき、GaAs
成長界面に現れる段差は単原子層のステップのみであ
り、平坦性良く成長する。臨界膜厚以下のInGaAs
歪量子井戸活性層の成長界面においても、平坦性は保た
れる。
造のGaAs基板の傾斜角度(以下オフ角度と呼ぶ)依
存性を調べるために作製した試料の構造の断面図であ
る。(100)GaAs基板22上には、フォトリソグ
ラフィ技術とウェットエッチング技術により球面状の表
面加工がなされており、球面の頂点からの距離が0μm
から40μm に変わる間に、(100)面からのオフ角
度が0°から約2°まで連続的に変化している。この球
面状曲面を持つ基板22上に、常圧有機金属気相成長法
(以下MOVPE法と呼ぶ)を用いて0.5μm のノン
ドープGaAsバッファ層23、2μm のノンドープA
l0.4 Ga0.6 Asクラッド層24を成長温度を760
℃に、V族原料とIII族原料の分圧比(以下V/II
I比と呼ぶ)を80に保って成長し、次に40nmのAl
0.2 Ga0.8 As光ガイド層25を成長する間に成長温
度を610℃まで低下させる。次に20nmのGaAsバ
リア層26、4.5nmのIn0.24Ga0.76As歪層27
をV/III比20で成長した後、成長基板温度を3分
以内に400℃以下に降下させる。
1]方向に0.1°傾斜した表面に成長した4.5nmの
In0.24Ga0.76As歪層27の表面の原子間力顕微鏡
で観測された凹凸構造図である。図11にみられる段差
線は、単原子層のステップであり、レイヤー・バイ・レ
イヤーのステップフロー成長が起こっていることを示
す。この成長モードにおいては隣あうステップの間隔が
適度に広く保たれ、歪層圧の面内均一性が高く保たれな
がら成長が進む。このとき最表面近傍の格子は面内方向
にほぼ一様に歪んで下地であるGaAs結晶に格子整合
している。そのため、表面に現れるどのステップにおい
ても、成長種の取り込まれやすさはほぼ一様である。こ
のことがさらにレイヤー・バイ・レイヤーの成長が進む
助けとなる。
ップ密度が小さく平坦に成長が進むときは欠陥が取り込
まれやすいことを以下に示す。図14は、(100)面
に極めて近い基板上に成長するInGaAs歪層の表面
の模式図である。図14中の小さな矢印はInGaAs
層の歪が局所的に緩和されていて、矢印の方向に格子定
数がGaAsのそれよりもわずかに大きくなっているこ
とを示す。図14に示すように、広いテラス上で一旦原
子抜けが生じるとまわりは一様に強い歪みを受けている
のでその原子抜けの近傍で局所的に歪が緩和され、抜け
た部分に再び原子が戻ることは困難となり、欠陥が残留
したまま成長がすすみやすい。また、テラスエッジ近傍
は常に格子が局所的に緩和した状態であるため、テラス
エッジ同士がぶつかると、空格子の列が残留しやすくな
り、長時間の通電信頼性が得られない可能性があった。
2°以上傾斜したものを用いている第2の従来例に類す
る歪量子井戸半導体レーザにおいては、InGaAs歪
層の成長表面には、(100)テラスと(100)面か
ら基板傾斜と同じ方位に傾斜するマルチステップ面から
なる三角波型単位構造が連続して並ぶ凹凸構造が形成さ
れる。図13は、図9の試料において[01−1]方向
に2.5°傾斜した表面に成長した4.5nmのIn0.24
Ga0.76As歪層27の表面の原子間力顕微鏡で観測さ
れた凹凸構造図である。図13にみられるように、2.
5°オフ基板上には単原子層のレイヤー・バイ・レイヤ
ーの成長は起こっておらず、ステップバンチングにより
(100)面と平行なテラスと基板傾斜と同じ方位に傾
斜するマルチステップ面が交互に並ぶ3角波的な構造が
生じる。
て以下に説明する。基板の傾斜角度が2.5°の時に
は、表面には平均6nm間隔で単原子層ステップが存在す
る。成長種の拡散距離は50nm以上で平均ステップ間隔
よりはるかに大きいので、成長種の拡散距離のスケール
でステップ密度の揺らぎが生じうる。歪層の成長中にお
いてステップの粗密構造が生じたとすると、ステップの
高密度部の前方に歪層厚の極小部が、後方に層歪厚の極
大部が生じる。この層厚揺らぎ構造の形成によって、相
対的に歪層が厚い部分での圧縮歪は相対的に薄い部分で
の圧縮歪よりも小さく緩和されることにより、結晶欠陥
の導入がなくても表面の層厚揺らぎ構造に応じて歪分布
の揺らぎが生じる。InGaAs層は単独ではGaAs
の格子定数よりも大きく歪が緩和された部分で優先的に
成長するため、歪層が相対的に厚いステップの高密度部
分の後方のステップフロー速度が歪層が薄いステップの
高密度部の前方に比して速くなり、ステップバンチング
が促進される。成長が進むにつれ、ステップの高密度部
はより密度を増し、急俊なマルチステップ面を形成し
て、図16のような三角波型の凹凸構造が自発的に形成
される。しかしながら、マルチステップ面の形成が進ん
でくるとレイヤー・バイ・レイヤーのステップフロー成
長は起こらなくなり、主にマルチステップ面に厚みを増
していき三角波型表面が保たれながら成長が進む。この
成長モードにおいては、格子歪が相対的に大きいマルチ
ステップ面の下端部に成長してはじめて格子歪が相対的
に小さいマルチステップの上端部が成長するため、もは
や歪がより小さい部分に優先的に成長が進むわけではな
く、歪が相対的に大きいマルチステップ面の下端部に空
格子が残留しやすいという問題が生じる。また、この成
長モードにおいては、三角波型の縞状凹凸構造の量子細
線化による発光ピーク波長の短波長化と同時に、歪層成
長により自発的に発生した凹凸パターンの間隔の不規則
性を反映してフォトルミネッセンススペクトルの半値全
幅が広がりやすい。
ネッセンススペクトルの成長基板オフ角度依存性を調べ
るために作製した試料の構造図である。4.5nmのIn
0.24Ga0.76As歪層27までは図9の構造と全く同じ
であり、さらに20nmのGaAsバリア層28、40nm
のAl0.2 Ga0.8 As光ガイド層29をV/III比
20で成長し、0.3μmのノンドープAl0.4 Ga
0.6 Asクラッド層30をV/III比80で成長した
後、成長基板温度を3分以内に400℃以下に降下させ
る。この試料において、[011]方向に2°オフした
表面に成長したInGaAs歪層のフォトルミネッセン
ススペクトルの半値幅は、38meVであり、(10
0)上に成長したInGaAs層の29meVに比べ大
きい。そのため、通常この条件で作製された半導体レー
ザの発振閾値電流は(100)面に成長したものよりも
高いという問題があった。
時に結晶欠陥が導入されにくく、長時間の通電信頼性が
得られ、かつ発振閾値電流が低い歪量子井戸半導体レー
ザを提供することにある。
体レーザは、面方位が(100)面から微傾斜したGa
As基板上にInGaAs歪量子井戸活性層を含むダブ
ルヘテロ構造を形成した歪量子井戸半導体レーザであっ
て、InGaAs歪量子井戸層とその上層との界面が基
板傾斜方向に沿って周期的な縞状凹凸構造をもち、その
縞状凹凸構造は、面方位が(100)方向である面(以
後(100)テラスと呼ぶ)と、面方位が(100)方
向から基板傾斜と同じ方位に傾斜した順方向マルチステ
ップ面と、面方位が(100)方向から基板傾斜と反対
の方位に傾斜した逆方向マルチステップ面から形成され
てなり、上記縞状凹凸構造はすべて2種類の単位構造、
すなわち(100)テラス、逆方向マルチステップ面、
(100)テラス、順方向マルチステップ面の計4面が
基板傾斜方位に向かってこの順に連なる矩形波型単位構
造、および(100)テラス、順方向マルチステップ面
の計2面が基板傾斜方位に向かってこの順に連なる三角
波型単位構造の組み合わせによってなり、基板傾斜方位
に沿う任意の縞状凹凸構造を形成する単位構造のうち矩
形波型単位構造の占める割合が1/2以上であることを
特徴とする。
を用いて説明する。まず、図1から図4を用いて、本発
明の半導体レーザウェハの作製方法および構造を説明す
る。図1は本発明の歪量子井戸半導体レーザウェハの層
構造、図2は、図1の層構造のうち2重量子井戸活性層
構造の詳細な層構造を示したものである。図3は、基板
傾斜方向に平行な面で切った歪量子井戸半導体レーザウ
ェハの断面におけるInGaAs歪量子井戸活性層とそ
の上層であるGaAsバリア層との界面を中心に拡大し
た図である。図4は図3の一部をさらに拡大した図であ
る。
ハは、常圧MOVPE装置を用いて、(100)面から
[01−1]方位に0.5°傾斜した面方位をもつSi
ドープGaAs基板1上に0.5μm のSiドープ(不
純物濃度1×1018cm-3)GaAsバッファ層2、2μ
m のSiドープ(不純物濃度1×1017cm-3)Al0. 4
Ga0.6 Asクラッド層3を成長温度760℃、V/I
II比80で成長し、次に40nmのAl0.2 Ga0.8 A
s光ガイド層4を成長する間に成長温度を610℃まで
低下させる。次に2重歪量子井戸活性層構造5(図2に
示すとおり、20nmのGaAsバリア層9/4.5nmの
In0.24Ga0.76As歪層10/5nmのGaAsバリア
層11/4.5nmのIn0.24Ga0.76As歪層12/2
0nmのGaAsバリア層13からなる)をV/III比
20で成長する。次に40nmのAl0.2 Ga0.8 As光
ガイド層6、1.5μm のMgドープ(不純物濃度1×
1018cm-3)Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層7、1.
0μm のMgドープ(不純物濃度1×1019cm-3)Ga
Asキャップ層8を順次気相エピタキシャル成長させる
ことにより得られる。
た歪量子井戸半導体レーザウェハの基板傾斜方向に平行
な面で切った断面におけるInGaAs歪量子井戸活性
層10(または12)とその上面であるGaAsバリア
層11(または13)の界面は周期的な凹凸構造をも
ち、その凹凸構造は、面方位が(100)テラスと、面
方位が(100)方向から基板傾斜と同じ[01−1]
方位に傾斜した順方向マルチステップ面と、面方位が
(100)方向から基板傾斜と反対の[0−11]方位
に傾斜した逆方向マルチステップ面から形成されてい
る。上記凹凸構造はすべて2種類の単位構造、すなわち
図4の拡大図に示すように(100)テラス14、逆方
向マルチステップ面16、(100)テラス14、順方
向マルチステップ面15の計4面が基板傾斜方位に向か
ってこの順に連なる矩形波型単位構造、および(10
0)テラス14、順方向マルチステップ面15の計2面
が基板傾斜方位に向かってこの順に連なる三角波型単位
構造の組み合わせによってなり、基板傾斜方位に沿う任
意の縞状凹凸構造を形成する単位構造のうち矩形波型単
位構造の占める割合が1/2以上である。
体レーザウェハを横モード制御レーザに加工する工程を
示す。図5は、[01−1]方向のメサストライプが形
成された後の半導体レーザウェハの(01−1)断面を
示す。図6は、横モード制御型半導体レーザの完成品の
(01−1)断面を示す。まず、図1に示す半導体レー
ザウェハの最上層のGaAsキャップ層8に、SiO2
を成膜し、フォトグラフィ技術により図5に示すように
[01−1]方向の幅4μm のSiO2 ストライプ17
を形成する。次に、SiO2 ストライプ17をマスクと
する選択エッチング技術により、MgドープAl0.4 G
a0.6 Asクラッド層7が0.3μm 残る深さまでエッ
チングすることにより、図5の断面図に示すメサストラ
イプが形成される。次に、SiO2 ストライプ17をマ
スクとした選択成長技術により、図6に示すようにメサ
ストライプの側部を0.8μm のSiドープ(不純物濃
度1×1018cm-3)Al0.6 Ga0.4 As電流ブロック
層18、0.8μm のSiドープ(不純物濃度1×10
18cm-3)GaAs電流ブロック層19で順次埋め込む。
さらに、SiO2 マスク17を除去したのち、p側電極
20、n側電極21を形成することにより、図6に示す
横モード制御型半導体レーザを得る。さらに共振器長7
00μm の横モード制御型半導体レーザの前面、後面の
共振器端面に発振波長0.98μm に対し反射率が3%
と90%の絶縁膜薄膜コーティングを施し、ヒートシン
クにマウントすることにより本発明の半導体レーザ装置
は完成する。
の作製方法において、成長基板に(100)GaAs基
板を用いたものを作製した。この比較例の半導体レーザ
は、従来例に含まれるものである。
発明の実施例および比較例の半導体レーザの信頼性試験
の結果について説明する。図7は、本発明の半導体レー
ザの定光出力エージング試験における駆動電流の時間変
化を示したものである。図8は、比較例の半導体レーザ
を定光出力エージング試験における駆動電流の時間変化
を示したものである。
ったスクリーニング試験における歩留まりと定光出力エ
ージング試験における駆動電流の変化率の平均値を示し
たものである。この信頼試験において、150℃、15
0mA,100時間のスクリーニング通電の前後におい
て、25℃、100mW駆動に必要な電流値の増加が2
mA以下の素子を、スクリーニング通過と見なした。こ
の条件を満たした素子を用いて、90℃、100mWの
定光出力エージングを行ったところ、本発明の半導体レ
ーザにおいては図7、比較例においては図8に示す結果
が得られた。表1に示すように、スクリーニング歩留ま
りにおいて、本発明の半導体レーザは、従来の41%に
比べ77%に改善され、90℃、100mWの駆動電流
増加率において、従来の4×10-5h-1に比べ約1/1
0の3×10-6h-1に改善されたことがわかる。また、
25℃の駆動電流増加率の推定値は、通電による劣化の
活性化エネルギーを0.4eVと仮定して求めると、比
較例の2.6×10-6h-1 (従来技術の項で述べた従来
例の駆動電流増加率4×10-6h-1とほぼ同等の値)に
対して本発明の半導体レーザは2×10-7h-1である。
レーザの歪量子井戸層とその上層のGaAsバリア層の
間に図4にような矩形波型単位構造を含む界面が得られ
る根拠となる観測結果について述べる。図12は、図9
の試料において、[01−1]方位に0.7°オフした
表面に成長した4.5nmのIn0.24Ga0.76As歪層2
7の原子間力顕微鏡で観測したときの模式図である。
[011]方向に伸びる島構造が[01−1]方向に周
期的に並び、島の大半は、(100)テラスおよびその
片側に基板傾斜方位と同じ[01−1]方位に傾斜した
順方向マルチステップ面と、もう片方の基板傾斜方位と
反対の[0−11]方位に傾斜した逆方向マルチステッ
プ面により形成された矩形波型構造を成している。本発
明の実施例における半導体レーザは、[01−1]方位
に0.5°オフした表面に成長することにより得られる
ので、InGaAs歪層とその上層のGaAsバリア層
の界面に上記観測例とほぼ同様の凹凸構造を持つ。
波型凹凸構造をもつことにより高い通電信頼性が得られ
る理由を説明する。図15は、(100)面から[01
−1]方位に0.7°オフした基板状に成長するInG
aAs歪層の表面の模式図である。オフ角度が小さめの
時には、ステップ密度が小さいためにオフ方向の原料の
拡散距離はステップ密度が大きい時と比べ長くなる。そ
のため、ステップバンチングとそれによる凹凸構造の形
成過程において凹凸構造の周期は長くなり、比較的広い
(100)テラスが生じ、テラスの比較的歪層の厚い部
分に限定的にステップフロー成長し、3次元島状の(1
00)テラスが形成される成長モードが現れる。3次元
島状成長する理由は、一旦他の部分より厚く成長すると
図15に示すように島の上の歪層は、島の両脇に束縛す
る層が存在しないので小さい矢印で示すようにオフ方向
に格子定数が緩んで、GaAsよりも格子定数が大きい
InGaAsがより成長しやすくなるからである。凹凸
の形状効果により凸部は実効的に歪が小さくなるので、
原子抜けやステップフローするモノレーヤ同士の衝突の
際に生じる格子抜けが欠陥となって残留する確率が低減
され、欠陥密度の小さい結晶が得られるようになる。
形成されるオフ角度の条件について、図17、図18を
用いて説明する。図9の球面状曲面が形成された(10
0)基板状に成長されたInGaAs歪層の表面の原子
間力顕微鏡での観察において、[01−1]方位のオフ
角度と表面の凹凸構造のラフネスの関係を示したものが
図17で、[01−1]方位のオフ角度と表面の凹凸構
造の周期の関係を示したものが図18である。図17に
よると、オフ角度が0.4°より小さい時、InGaA
s歪層はレイヤー・バイ・レイヤーのステップフロー成
長が起こり、ラフネスは1nmに保たれる。オフ角度0.
4°以上でステップバンチングが起こり、オフ角度0.
5°の時のラフネス2.2nmからオフ角度が増すにつれ
てラフネスが増加し、オフ角度2°以上でラフネスは4
nmに飽和する。図18によると、レイヤー・バイ・レイ
ヤーのステップフロー成長が起こるオフ角度が0.4°
より小さい時は凹凸構造がないため周期は無限大であ
る。オフ角度が0.5°から1°の間に、凹凸の周期は
300nmから100nmに急俊に減少し、オフ角度1°か
ら3°までは、周期は100nmから50nmに緩やかに減
少する。比較的に長周期の凹凸構造が得られる0.5°
から1°の範囲において、[01−1]方向に沿った凹
凸構造の凸部の過半数が、(100)テラスおよびその
片側に基板傾斜方位と同じ[01−1]方位に傾斜した
順方向マルチステップ面と、もう片側に基板傾斜方位と
反対の[0−11]方位に傾斜した逆方向マルチステッ
プ面により形成されている。オフ角度が1°以上のとき
には、凹凸構造の凸部の過半数が、(100)テラスお
よび基板傾斜方位と同じ[01−1]方位に傾斜した順
方向マルチステップ面で形成された三角波の凸部であ
り、オフ角度が増すに従いその割合は1に近づいてゆ
き、ラフネスは飽和傾向を示す。
フォトルミネッセンススペクトルに与える影響につい
て、図19、図20を用いて説明する。図10の球面状
曲面が形成された(100)基板上に成長されたInG
aAs歪層を含んだ試料のフォトルミネッセンス(P
L)測定において、PL半値全幅の基板オフ角度依存性
を示したのが図19で、PLピーク波長の基板オフ角度
依存性を示したのが図20である。図19によると、図
12のような矩形波型凹凸構造が主として現れるオフ角
度0.5°〜1°の範囲の中心である0.75°でPL
半値全幅が極小値をとっており、矩形波型構造の形成は
PLの半値全幅を狭くする効果があることが分かる。つ
まり、異なる矩形波型凸部同士の間の層厚の均質性が優
れていることを示す。図20によると、矩形波型凹凸構
造が少しでも含まれる0.5°から13°の範囲でPL
ピーク波長が974nm近傍で安定である。これは、異な
る傾斜角に形成されていても矩形波型凸部同士の層厚は
揃っていることを示す。
子井戸半導体レーザは、面方位が(100)面から微傾
斜したGaAs基板上にInGaAs歪量子井戸活性層
を含むダブルヘテロ構造を形成した歪量子井戸半導体レ
ーザであって、InGaAs歪量子井戸層とその上層と
の界面が基板傾斜方向に沿って周期的な縞状凹凸構造を
もち、その縞状凹凸構造は、面方位が(100)方向で
ある面(以後(100)テラスと呼ぶ)と、面方位が
(100)方向から基板傾斜と同じ方位に傾斜した順方
向マルチステップ面と、面方位が(100)方向から基
板傾斜と反対の方位に傾斜した逆方向マルチステップ面
から形成されており、上記縞状凹凸構造はすべて2種類
の単位構造、すなわち(100)テラス、逆方向マルチ
ステップ面、(100)テラス、順方向マルチステップ
面の計4面が基板傾斜方位に向かってこの順に連なる矩
形波型単位構造、および(100)テラス、順方向マル
チステップ面の計2面が基板傾斜方位に向かってこの順
に連なる三角波型単位構造の組み合わせによってなり、
基板傾斜方位に沿う任意の縞状凹凸構造を形成する単位
構造のうち矩形波型単位構造の占める割合が1/2以上
であることを特徴としているため、InGaAs歪層の
成長時に結晶欠陥が導入されにくく、長時間の通電信頼
性が得られ、かつ発振閾値電流が低い歪量子井戸半導体
レーザを実現できるという効果を有する。
造を示した図である。
詳細な層構造を示したものである。
導体レーザウェハの断面におけるInGaAs歪量子井
戸活性層とその上層であるGaAsバリア層との界面を
中心に拡大した図である。
た後の半導体レーザウェハの(01−1)断面を示す。
−1)断面を示す。
験における駆動電流の時間変化を示したものである。
験における駆動電流の時間変化を示したものである。
基板の傾斜角度依存性を調べるために作製した試料の構
造図である。
ペクトルの成長基板オフ角度依存性を調べるために作製
した試料の構造図である。
1°傾斜した表面に成長した4.5nmのIn0.24Ga
0.76As歪層27の表面の模式図である。
0.7°オフした表面に成長した4.5nmのIn0.24G
a0.76As歪層27の模式図である。
5°傾斜した表面に成長した4.5nmのIn0.24Ga
0.76As歪層27の表面の模式図である。
InGaAs歪層の表面の模式図である。
°オフした基板上に成長するInGaAs歪層の表面の
模式図である。
°オフした基板上に成長するInGaAs歪層の表面の
模式図である。
板上に成長されたInGaAs歪層の表面の[01−
1]方位のオフ角度と表面の凹凸構造のラフネスの関係
を示したものである。
板状に成長されたInGaAs歪層の表面の[01−
1]方位のオフ角度と表面の凹凸構造の周期の関係を示
したものである。
基板上に成長されたInGaAs歪層を含んだ試料のフ
ォトルミネッセンス(PL)測定におけるPL半値全幅
の基板オフ角度依存性を示す図である。
基板上に成長されたInGaAs歪層を含んだ試料のフ
ォトルミネッセンス(PL)測定において、PLピーク
波長の基板オフ角度依存性を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
-3)GaAsバッファ層 3 2μm のSiドープ(不純物濃度1×1017cm-3)
Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層 4 40nmのAl0.2 Ga0.8 As光ガイド層 5 2重歪量子井戸活性層構造 6 40nmのAl0.2 Ga0.8 As光ガイド層 7 1.5μm のMgドープ(不純物濃度1×1018cm
-3)Al0.4 Ga0.6Asクラッド層 8 1.0μm のMgドープ(不純物濃度1×1019cm
-3)GaAsキャップ層 9 20nmのGaAsバリア層 10 4.5nmのIn0.24Ga0.76As歪層 11 5nmのGaAsバリア層 12 4.5nmのIn0.24Ga0.76As歪層 13 20nmのGaAsバリア層 14 (100)テラス 15 順方向マルチステップ面 16 逆方向マルチステップ面 17 SiO2 ストライプ 18 0.8μm のSiドープ(不純物濃度1×1018
cm-3)Al0.6 Ga0. 4 As電流ブロック層 19 0.8μm のSiドープ(不純物濃度1×1018
cm-3)GaAs電流ブロック層 20 p側電極 21 n側電極 22 (100)GaAs基板 23 0.5μm のノンドープGaAsバッファ層 24 2μm のノンドープAl0.4 Ga0.6 Asクラッ
ド層 25 40nmのAl0.2 Ga0.8 As光ガイド層 26 20nmのGaAsバリア層 27 4.5nmのIn0.24Ga0.76As歪層 28 20nmのGaAsバリア層 29 40nmのAl0.2 Ga0.8 As光ガイド層 30 0.3μmのノンドープAl0.4 Ga0.6 Asク
ラッド層 31 n型(100)GaAs基板 32 0.1μm のn型GaAsバッファ層 33 2.5μm のn型Al0.6 Ga0.4 Asクラッド
層 34 0.1μm のAl0.35Ga0.65As光ガイド層 35 6nmのGaAsバリア層 36 6nmのIn0.2 Ga0.8 As歪量子井戸活性層 37 6nmのGaAsバリア層 38 0.1μm のAl0.35Ga0.65As光ガイド層 39 2.5μm のp型Al0.6 Ga0.4 Asクラッド
層 40 0.25μm のp型GaAsキャップ層 41 (100)から[011]方位に2°傾斜したn
型GaAs基板 42 0.5μm のn型GaAsバッファ層 43 1μm のAl0.4 Ga0.6 Asのn型クラッド層 44 0.15μm のAlX Ga1-X As組成傾斜光閉
じ込め層 45 12nmのGaAsバリア層4とそれらの間に挟ま
れる7nmのIn0.2 Ga0.8 As歪量子井戸層3層から
なる活性領域 46 0.15μm のAlX Ga1-X As組成傾斜光閉
じ込め層 47 1μm のAl0.4 Ga0.6 Asのp型クラッド層 48 p型GaAsキャップ層
Claims (1)
- 【請求項1】面方位が(100)面から微傾斜したGa
As基板上にInGaAs歪量子井戸活性層を含むダブ
ルヘテロ構造を形成した歪量子井戸半導体レーザであっ
て、InGaAs歪量子井戸層とその上層との界面が基
板傾斜方向に沿って周期的な縞状凹凸構造をもち、その
縞状凹凸構造は、面方位が(100)方向である面(以
後(100)テラスと呼ぶ)と、面方位が(100)方
向から基板傾斜と同じ方位に傾斜した順方向マルチステ
ップ面と、面方位が(100)方向から基板傾斜と反対
の方位に傾斜した逆方向マルチステップ面から形成され
てなり、上記縞状凹凸構造はすべて2種類の単位構造、
すなわち(100)テラス、逆方向マルチステップ面、
(100)テラス、順方向マルチステップ面の計4面が
基板傾斜方位に向かってこの順に連なる矩形波型単位構
造、および(100)テラス、順方向マルチステップ面
の計2面が基板傾斜方位に向かってこの順に連なる三角
波型単位構造の組み合わせによってなり、基板傾斜方位
に沿う任意の縞状凹凸構造を形成する単位構造のうち矩
形波型単位構造の占める割合が1/2以上であることを
特徴とする歪量子井戸半導体レーザ。
Priority Applications (2)
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