JPH0738206A - 歪多重量子井戸構造体およびそれを用いた半導体レーザ - Google Patents
歪多重量子井戸構造体およびそれを用いた半導体レーザInfo
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- JPH0738206A JPH0738206A JP18257593A JP18257593A JPH0738206A JP H0738206 A JPH0738206 A JP H0738206A JP 18257593 A JP18257593 A JP 18257593A JP 18257593 A JP18257593 A JP 18257593A JP H0738206 A JPH0738206 A JP H0738206A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 井戸層数を多くしても発光特性が損なわれな
い歪多重量子井戸構造を提供する。 【構成】 ｎ型のＩｎＰ基板１０１上に無歪で波長組成
１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０２、
１４層の１％の圧縮歪が導入された波長組成１．５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ井戸層１０３と無歪で波長組成１．０
５μｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層１０４からなる歪多重量
子井戸活性層１０５、無歪で波長組成１．０５μｍのｐ
型のＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０２１０６、ｐ型のＩｎ
Ｐクラッド層１０７が積層されている。また障壁層１０
４と障壁層１０４の基板１０１側に位置する歪井戸層１
０３の間に層厚１ｎｍのＩｎＰ層１０８が挿入されてい
る。これにより、井戸層数を１４と非常に多くしても各
井戸層の歪量は同一となり、良好な発光特性が得られ
る。
い歪多重量子井戸構造を提供する。 【構成】 ｎ型のＩｎＰ基板１０１上に無歪で波長組成
１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０２、
１４層の１％の圧縮歪が導入された波長組成１．５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ井戸層１０３と無歪で波長組成１．０
５μｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層１０４からなる歪多重量
子井戸活性層１０５、無歪で波長組成１．０５μｍのｐ
型のＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０２１０６、ｐ型のＩｎ
Ｐクラッド層１０７が積層されている。また障壁層１０
４と障壁層１０４の基板１０１側に位置する歪井戸層１
０３の間に層厚１ｎｍのＩｎＰ層１０８が挿入されてい
る。これにより、井戸層数を１４と非常に多くしても各
井戸層の歪量は同一となり、良好な発光特性が得られ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信あるいは光ディス
クなどの光源として用いられる半導体レ−ザ装置の活性
層構造、あるいは外部変調器に関するものである。
クなどの光源として用いられる半導体レ−ザ装置の活性
層構造、あるいは外部変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、量子井戸構造において井戸層の格
子定数を基板の格子定数に比べて大きく、もしくは小さ
くすることによって臨界膜厚（格子不整合を緩和するた
めに結晶内に転移が発生する膜厚）以下に設定された井
戸層内部に圧縮もしくは引っ張り歪を加える技術が盛ん
に研究されている。この理由は井戸層内部に歪を加える
ことにより量子井戸のエネルギーバンド構造を自由に設
計可能となるためである。特に半導体レーザの活性層に
前述の歪を導入した量子井戸構造を用いると、格子整合
系では実現不可能な波長帯のレーザが実現可能となる。
また、格子整合系においても実現されている波長帯のレ
ーザにおいても特性の向上が期待できる。
子定数を基板の格子定数に比べて大きく、もしくは小さ
くすることによって臨界膜厚（格子不整合を緩和するた
めに結晶内に転移が発生する膜厚）以下に設定された井
戸層内部に圧縮もしくは引っ張り歪を加える技術が盛ん
に研究されている。この理由は井戸層内部に歪を加える
ことにより量子井戸のエネルギーバンド構造を自由に設
計可能となるためである。特に半導体レーザの活性層に
前述の歪を導入した量子井戸構造を用いると、格子整合
系では実現不可能な波長帯のレーザが実現可能となる。
また、格子整合系においても実現されている波長帯のレ
ーザにおいても特性の向上が期待できる。
【０００３】光通信の光源として利用されている１．３
μｍ帯の光を発光する歪量子井戸構造の従来例を図７に
示す。ＩｎＰ基板７０１上に約１％の圧縮歪が導入され
たＩｎＧａＡｓＰ歪井戸層７０２と無歪のＩｎＧａＡｓ
Ｐ障壁層（波長組成１．０５μｍ）７０３からなり、井
戸層数は１０である。井戸層厚は３〜６ｎｍ、障壁層厚
は１０ｎｍである。この様に構成された歪多重量子井戸
構造を活性層として有する半導体レーザでは格子整合し
た多重量子井戸構造を活性層として有する半導体レーザ
に比べ、低閾値電流特性、高光出力特性、高温度特性、
高微分利得特性が実現されている。
μｍ帯の光を発光する歪量子井戸構造の従来例を図７に
示す。ＩｎＰ基板７０１上に約１％の圧縮歪が導入され
たＩｎＧａＡｓＰ歪井戸層７０２と無歪のＩｎＧａＡｓ
Ｐ障壁層（波長組成１．０５μｍ）７０３からなり、井
戸層数は１０である。井戸層厚は３〜６ｎｍ、障壁層厚
は１０ｎｍである。この様に構成された歪多重量子井戸
構造を活性層として有する半導体レーザでは格子整合し
た多重量子井戸構造を活性層として有する半導体レーザ
に比べ、低閾値電流特性、高光出力特性、高温度特性、
高微分利得特性が実現されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光通信において大容量
の情報を伝送するためには非常に高速で動作可能な半導
体レーザが必要となる。しかしながら半導体レーザの応
答速度の上限はレーザ固有の緩和振動周波数（ｆr）で
制限される。緩和振動周波数の式を示す。
の情報を伝送するためには非常に高速で動作可能な半導
体レーザが必要となる。しかしながら半導体レーザの応
答速度の上限はレーザ固有の緩和振動周波数（ｆr）で
制限される。緩和振動周波数の式を示す。
【０００５】 ｆｒ＝１／２π×ＳＱＲ｛ＡΓ／Ｖa／ｑ（Ｉ−Ｉth）｝ （１） ここでＡは微分利得、Γは全井戸層への光の閉じ込め係
数、Ｖaは井戸層の全体積、ｑは電荷量、Ｉは注入電流
量、Ｉthは閾値電流量を示している。従来例では井戸層
へ歪を導入することにより微分利得を無歪に比べて約
１．５倍に増大させることが可能であるが、これ以上に
緩和振動周波数を増大させるためには歪導入に加えて井
戸層の薄膜化を行い量子サイズ効果を高めることによっ
て微分利得を更に増大させる必要がある。しかしながら
井戸層の薄膜化は光閉じ込め係数の低下を招き、結果と
してあまり緩和振動周波数が増大しないことになるため
井戸層数を増加させ、光閉じ込め係数を充分に大きくす
る必要がある。
数、Ｖaは井戸層の全体積、ｑは電荷量、Ｉは注入電流
量、Ｉthは閾値電流量を示している。従来例では井戸層
へ歪を導入することにより微分利得を無歪に比べて約
１．５倍に増大させることが可能であるが、これ以上に
緩和振動周波数を増大させるためには歪導入に加えて井
戸層の薄膜化を行い量子サイズ効果を高めることによっ
て微分利得を更に増大させる必要がある。しかしながら
井戸層の薄膜化は光閉じ込め係数の低下を招き、結果と
してあまり緩和振動周波数が増大しないことになるため
井戸層数を増加させ、光閉じ込め係数を充分に大きくす
る必要がある。
【０００６】格子整合系においては井戸層を２０層程度
まで増加させても結晶性は殆ど損なわれない。図８の白
丸は格子整合系の多重量子井戸構造からの７７Ｋでのフ
ォトルミネッセンススペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）
の井戸層数依存性を示す。井戸層数を５から２０まで変
化させてもフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅
の変化は少ないことが分かる。一方、１％の圧縮歪を加
えた層厚３ｎｍの井戸層を有する歪多重量子井戸構造か
らの７７Ｋでのフォトルミネッセンススペクトルの半値
全幅（ＦＷＨＭ）の井戸層数依存性を図８の黒丸で示
す。１層から１０までは半値全幅はあまり変化は少ない
が１４層で急激に増大していることが分かる。フォトル
ミネッセンススペクトルの半値全幅の急激な増大は各量
子井戸内部に閉じ込められる歪量が均一でないことを示
しており、この様な量子井戸構造を半導体レーザの活性
層に用いた場合、しきい値電流の増大、発光効率の低下
が生じる。尚、従来例の構造においては井戸層数が１４
においてフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅の
急激な増大が見られたが、井戸層厚、障壁層厚、歪量が
異なると、フォトルミネッセンススペクトルの半値全幅
の急激に増大する井戸層数は異なるものになると考えら
れる。
まで増加させても結晶性は殆ど損なわれない。図８の白
丸は格子整合系の多重量子井戸構造からの７７Ｋでのフ
ォトルミネッセンススペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）
の井戸層数依存性を示す。井戸層数を５から２０まで変
化させてもフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅
の変化は少ないことが分かる。一方、１％の圧縮歪を加
えた層厚３ｎｍの井戸層を有する歪多重量子井戸構造か
らの７７Ｋでのフォトルミネッセンススペクトルの半値
全幅（ＦＷＨＭ）の井戸層数依存性を図８の黒丸で示
す。１層から１０までは半値全幅はあまり変化は少ない
が１４層で急激に増大していることが分かる。フォトル
ミネッセンススペクトルの半値全幅の急激な増大は各量
子井戸内部に閉じ込められる歪量が均一でないことを示
しており、この様な量子井戸構造を半導体レーザの活性
層に用いた場合、しきい値電流の増大、発光効率の低下
が生じる。尚、従来例の構造においては井戸層数が１４
においてフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅の
急激な増大が見られたが、井戸層厚、障壁層厚、歪量が
異なると、フォトルミネッセンススペクトルの半値全幅
の急激に増大する井戸層数は異なるものになると考えら
れる。
【０００７】本発明ではかかる点に鑑み、井戸層数を増
加させても各量子井戸に均一に歪を加えることが可能な
歪多重量子井戸構造を提供することを目的とする。
加させても各量子井戸に均一に歪を加えることが可能な
歪多重量子井戸構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】歪多重量子井戸構造にお
いて井戸層数を増加していった場合に生じるフォトルミ
ネッセンススペクトルの半値全幅の急激な増大は井戸層
に閉じ込められる歪量が各井戸層で不均一になることに
より生じると考えられる。各井戸層の歪量を均一にする
ためには各障壁層の格子定数を基板の格子定数と常に同
一にする必要がある。
いて井戸層数を増加していった場合に生じるフォトルミ
ネッセンススペクトルの半値全幅の急激な増大は井戸層
に閉じ込められる歪量が各井戸層で不均一になることに
より生じると考えられる。各井戸層の歪量を均一にする
ためには各障壁層の格子定数を基板の格子定数と常に同
一にする必要がある。
【０００９】しかしながら例えば図４（ａ）の様に基板
４０１の格子定数ａ0と格子定数が異なる井戸層（ここ
では基板よりもバルク状態での格子定数が大きい層でバ
ルク状態での格子定数をａepiとする。；ａepi＞ａ0）
４０２と基板と格子定数が同一の障壁層４０３を交互に
多層積層した場合、応力分布は図４（ｂ）のようにな
り、井戸層数が増加するにつれて障壁層に働く部分応力
（引っ張り応力）は増加してゆく（1992年応用物理学会
予稿集30a-ZB-4）。
４０１の格子定数ａ0と格子定数が異なる井戸層（ここ
では基板よりもバルク状態での格子定数が大きい層でバ
ルク状態での格子定数をａepiとする。；ａepi＞ａ0）
４０２と基板と格子定数が同一の障壁層４０３を交互に
多層積層した場合、応力分布は図４（ｂ）のようにな
り、井戸層数が増加するにつれて障壁層に働く部分応力
（引っ張り応力）は増加してゆく（1992年応用物理学会
予稿集30a-ZB-4）。
【００１０】図４（ａ）に障壁層への応力が層を増すご
とに大きくなっていく様子を矢印の大きさで模式的に記
した。障壁層がＩｎＧａＡｓＰの様な４元混晶である場
合、結晶成長中に非常に大きな応力が働くのと応力が働
いていない場合の原子配列とでは異なる配列になること
が考えられる。応力が働いていない場合では基板と同じ
格子定数となるＩｎＧａＡｓＰ障壁層に非常に大きな引
っ張り応力が働いた場合、この様な原子配列の変化によ
り格子定数が基板の格子定数よりも大きくなることが考
えられる。障壁層の格子定数が基板の格子定数よりも大
きくなると次に積層する井戸層に閉じ込められる歪量が
小さくなってしまう。
とに大きくなっていく様子を矢印の大きさで模式的に記
した。障壁層がＩｎＧａＡｓＰの様な４元混晶である場
合、結晶成長中に非常に大きな応力が働くのと応力が働
いていない場合の原子配列とでは異なる配列になること
が考えられる。応力が働いていない場合では基板と同じ
格子定数となるＩｎＧａＡｓＰ障壁層に非常に大きな引
っ張り応力が働いた場合、この様な原子配列の変化によ
り格子定数が基板の格子定数よりも大きくなることが考
えられる。障壁層の格子定数が基板の格子定数よりも大
きくなると次に積層する井戸層に閉じ込められる歪量が
小さくなってしまう。
【００１１】図５に示す様に、井戸層数が少ない場合で
は第ｎ番目の井戸層５０２の基板５０１面内方向の格子
定数はａ0となっており、歪量は（ａ0−１）／ａepiで
あるが、井戸層数が非常に多くなると応力の影響により
第ｍ番目の井戸層５０３の次の障壁層５０４の格子定数
がａ1に変化する（ａ1＞ａ0）。これにより第ｍ番目の
井戸層５０３の歪量は｛（ａ0＋ａ1）／２−１｝／ａ
epiに変化する。更にｍ＋１番目の井戸層５０５の次の
障壁層５０６の格子定数はａ2に変化する（ａ2＞
ａ1）。これにより第ｍ＋１番目の井戸層５０５の歪量
は｛（ａ1＋ａ2）／２−１｝／ａepiに変化する。
は第ｎ番目の井戸層５０２の基板５０１面内方向の格子
定数はａ0となっており、歪量は（ａ0−１）／ａepiで
あるが、井戸層数が非常に多くなると応力の影響により
第ｍ番目の井戸層５０３の次の障壁層５０４の格子定数
がａ1に変化する（ａ1＞ａ0）。これにより第ｍ番目の
井戸層５０３の歪量は｛（ａ0＋ａ1）／２−１｝／ａ
epiに変化する。更にｍ＋１番目の井戸層５０５の次の
障壁層５０６の格子定数はａ2に変化する（ａ2＞
ａ1）。これにより第ｍ＋１番目の井戸層５０５の歪量
は｛（ａ1＋ａ2）／２−１｝／ａepiに変化する。
【００１２】以上の原理により井戸層数を増加させてゆ
くと井戸層に閉じ込められる歪量が不均一になると考え
られる。各井戸層の歪量を均一にするためには障壁層を
原子配列の変化が生じないＩｎＰの様な２元系の結晶に
する手段が考えられる。しかしながら障壁層をＩｎＰと
した場合、井戸層とのエネルギーバンドギャップ差が非
常に大きくなり、各井戸に電子や正孔が均一に注入され
なくなり、レーザ特性が劣化する。
くと井戸層に閉じ込められる歪量が不均一になると考え
られる。各井戸層の歪量を均一にするためには障壁層を
原子配列の変化が生じないＩｎＰの様な２元系の結晶に
する手段が考えられる。しかしながら障壁層をＩｎＰと
した場合、井戸層とのエネルギーバンドギャップ差が非
常に大きくなり、各井戸に電子や正孔が均一に注入され
なくなり、レーザ特性が劣化する。
【００１３】そこで、図１の様に障壁層を基板よりもエ
ネルギーバンドギャップの小さい結晶とし（基板がＩｎ
Ｐである場合はＩｎＧａＡｓＰ）、障壁層とその基板側
に位置する歪井戸層の間に電子や正孔の障壁として働か
ない程度の非常に薄い２元系結晶層（基板がＩｎＰであ
る場合はＩｎＰ）を挿入することにより、各井戸層の歪
量を均一にしてなおかつ各井戸層への電子や正孔の注入
を均一とすることが可能となる。
ネルギーバンドギャップの小さい結晶とし（基板がＩｎ
Ｐである場合はＩｎＧａＡｓＰ）、障壁層とその基板側
に位置する歪井戸層の間に電子や正孔の障壁として働か
ない程度の非常に薄い２元系結晶層（基板がＩｎＰであ
る場合はＩｎＰ）を挿入することにより、各井戸層の歪
量を均一にしてなおかつ各井戸層への電子や正孔の注入
を均一とすることが可能となる。
【００１４】更に井戸層数を増大させた場合は歪多重量
子井戸層全体の層厚が平均の歪量から決まる臨界膜厚を
越えることになり、歪多重量子井戸層全体に格子緩和が
生じ、結晶性が著しく損なわれる。これを防ぐために、
図６の様に障壁層６０２の全体（ａ）あるいは一部分
（ｂ）に井戸層６０１と逆方向の歪が導入された歪補償
領域６０３を設け、歪多重量子井戸層全体の歪量を低減
する方法が行われているが、この場合においても障壁層
がＩｎＧａＡｓＰのような４元混晶ならば障壁層に働く
応力が前述した問題を生じる。この様に障壁層に井戸層
層とは逆方向の歪を導入した場合には、図２の様にこの
逆方向歪層を電子や正孔の障壁として働かない程度の非
常に薄い２元系結晶層（基板がＩｎＰである場合はＩｎ
Ｐ）で挟むことにより各井戸層の歪量を均一にしてなお
かつ各井戸層への電子や正孔の注入を均一とすることが
可能となる。
子井戸層全体の層厚が平均の歪量から決まる臨界膜厚を
越えることになり、歪多重量子井戸層全体に格子緩和が
生じ、結晶性が著しく損なわれる。これを防ぐために、
図６の様に障壁層６０２の全体（ａ）あるいは一部分
（ｂ）に井戸層６０１と逆方向の歪が導入された歪補償
領域６０３を設け、歪多重量子井戸層全体の歪量を低減
する方法が行われているが、この場合においても障壁層
がＩｎＧａＡｓＰのような４元混晶ならば障壁層に働く
応力が前述した問題を生じる。この様に障壁層に井戸層
層とは逆方向の歪を導入した場合には、図２の様にこの
逆方向歪層を電子や正孔の障壁として働かない程度の非
常に薄い２元系結晶層（基板がＩｎＰである場合はＩｎ
Ｐ）で挟むことにより各井戸層の歪量を均一にしてなお
かつ各井戸層への電子や正孔の注入を均一とすることが
可能となる。
【００１５】
【作用】以上の様な構成により、２元系化合物半導体基
板に形成された、複数の圧縮歪もしくは引っ張り歪が導
入された量子井戸層と前記化合物半導体基板よりもエネ
ルギーバンドギャップの小さい無歪の障壁層からなる歪
多重量子井戸構造において、前記障壁層と前記障壁層の
前記基板側に位置する前記井戸層の間に前記化合物半導
体基板と同一材料の層を挿入することにより、各井戸層
の歪量を均一にしてなおかつ各井戸層への電子や正孔の
注入を均一としたまま井戸層数を非常に多くすることが
可能となる。
板に形成された、複数の圧縮歪もしくは引っ張り歪が導
入された量子井戸層と前記化合物半導体基板よりもエネ
ルギーバンドギャップの小さい無歪の障壁層からなる歪
多重量子井戸構造において、前記障壁層と前記障壁層の
前記基板側に位置する前記井戸層の間に前記化合物半導
体基板と同一材料の層を挿入することにより、各井戸層
の歪量を均一にしてなおかつ各井戸層への電子や正孔の
注入を均一としたまま井戸層数を非常に多くすることが
可能となる。
【００１６】また、前記障壁層が前記井戸層とは逆方向
の歪が導入されている歪多重量子井戸構造においても前
記障壁層と前記井戸層の間に前記化合物半導体基板と同
一材料の層を挿入することにより、各井戸層の歪量を均
一にしてなおかつ各井戸層への電子や正孔の注入を均一
としたまま井戸層数を非常に多くすることが可能とな
る。
の歪が導入されている歪多重量子井戸構造においても前
記障壁層と前記井戸層の間に前記化合物半導体基板と同
一材料の層を挿入することにより、各井戸層の歪量を均
一にしてなおかつ各井戸層への電子や正孔の注入を均一
としたまま井戸層数を非常に多くすることが可能とな
る。
【００１７】
【実施例】（実施例１）図１は本発明の実施例１におけ
る歪多重量子井戸構造の伝導帯側のエネルギーバンド図
を説明する図である。ｎ型のＩｎＰ基板１０１上に無歪
で波長組成１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａＡｓＰ導波路
層１０２（層厚１５０ｎｍ）、１４層の１％の圧縮歪が
導入された波長組成１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸層
（層厚３ｎｍ）１０３と無歪で波長組成１．０５μｍの
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（層厚１０ｎｍ）１０４からなる
歪多重量子井戸活性層１０５、無歪で波長組成１．０５
μｍのｐ型のＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０２（層厚３０
ｎｍ）１０６、ｐ型のＩｎＰクラッド層１０７が積層さ
れている。
る歪多重量子井戸構造の伝導帯側のエネルギーバンド図
を説明する図である。ｎ型のＩｎＰ基板１０１上に無歪
で波長組成１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａＡｓＰ導波路
層１０２（層厚１５０ｎｍ）、１４層の１％の圧縮歪が
導入された波長組成１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸層
（層厚３ｎｍ）１０３と無歪で波長組成１．０５μｍの
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（層厚１０ｎｍ）１０４からなる
歪多重量子井戸活性層１０５、無歪で波長組成１．０５
μｍのｐ型のＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０２（層厚３０
ｎｍ）１０６、ｐ型のＩｎＰクラッド層１０７が積層さ
れている。
【００１８】本実施例の特徴は障壁層と障壁層の基板側
に位置する歪井戸層の間に層厚１ｎｍのＩｎＰ層１０８
が挿入されている点である。
に位置する歪井戸層の間に層厚１ｎｍのＩｎＰ層１０８
が挿入されている点である。
【００１９】この実施例の歪多重量子井戸構造におい
て、ＩｎＰ層１０８が歪井戸層１０３からの応力に対し
てもその格子定数を変えないため、各歪井戸層には均一
な歪量が蓄積できる。この結果、図３に示すようにＩｎ
Ｐ層１０８を挿入しない従来構造（黒丸）では井戸層数
が１４ではフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅
が急激に増大していたが本実施例１（白丸）では井戸層
数が１４においてもフォトルミネッセンススペクトルの
半値全幅の急激な増大は見られなかった。
て、ＩｎＰ層１０８が歪井戸層１０３からの応力に対し
てもその格子定数を変えないため、各歪井戸層には均一
な歪量が蓄積できる。この結果、図３に示すようにＩｎ
Ｐ層１０８を挿入しない従来構造（黒丸）では井戸層数
が１４ではフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅
が急激に増大していたが本実施例１（白丸）では井戸層
数が１４においてもフォトルミネッセンススペクトルの
半値全幅の急激な増大は見られなかった。
【００２０】（実施例２）図２は本発明の実施例２にお
ける歪多重量子井戸構造の伝導帯側のエネルギーバンド
図を説明する図である。ｎ型のＩｎＰ基板２０１上に無
歪で波長組成１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａＡｓＰ導波
路層２０２（層厚１５０ｎｍ）、２０層の１％の圧縮歪
が導入された波長組成１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸
層（層厚３ｎｍ）２０３と０．５％の引っ張り歪が導入
された波長組成１．０５μｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層
（層厚６ｎｍ）２０４からなる歪多重量子井戸活性層２
０５、無歪で波長組成１．０５μｍのｐ型のＩｎＧａＡ
ｓＰ導波路層２０６（層厚３０ｎｍ）、ｐ型のＩｎＰク
ラッド層２０７が積層されている。
ける歪多重量子井戸構造の伝導帯側のエネルギーバンド
図を説明する図である。ｎ型のＩｎＰ基板２０１上に無
歪で波長組成１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａＡｓＰ導波
路層２０２（層厚１５０ｎｍ）、２０層の１％の圧縮歪
が導入された波長組成１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸
層（層厚３ｎｍ）２０３と０．５％の引っ張り歪が導入
された波長組成１．０５μｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層
（層厚６ｎｍ）２０４からなる歪多重量子井戸活性層２
０５、無歪で波長組成１．０５μｍのｐ型のＩｎＧａＡ
ｓＰ導波路層２０６（層厚３０ｎｍ）、ｐ型のＩｎＰク
ラッド層２０７が積層されている。
【００２１】本実施例の特徴は障壁層２０４と井戸層２
０３の間に層厚１ｎｍのＩｎＰ層２０８が挿入されてい
る点である。
０３の間に層厚１ｎｍのＩｎＰ層２０８が挿入されてい
る点である。
【００２２】この実施例の歪多重量子井戸構造におい
て、ＩｎＰ層２０８が井戸層１０３あるいは障壁層１０
４からの応力に対してもその格子定数を変えないため、
各歪井戸層１０３には均一な歪量が蓄積できる。また、
歪多重量子井戸層の平均の歪量はほぼ０に等しいため、
井戸層が２０と非常に多くても、図３に示す様に本実施
例２の構造ではではフォトルミネッセンススペクトルの
半値全幅の急激な増大は見られなかった（白角）。
て、ＩｎＰ層２０８が井戸層１０３あるいは障壁層１０
４からの応力に対してもその格子定数を変えないため、
各歪井戸層１０３には均一な歪量が蓄積できる。また、
歪多重量子井戸層の平均の歪量はほぼ０に等しいため、
井戸層が２０と非常に多くても、図３に示す様に本実施
例２の構造ではではフォトルミネッセンススペクトルの
半値全幅の急激な増大は見られなかった（白角）。
【００２３】尚、本実施例では歪多重量子井戸構造を構
成する材料にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系を用いたが、こ
れ以外の材料系、例えばＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のレ
ーザにおいてもその効果は変わらない。
成する材料にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系を用いたが、こ
れ以外の材料系、例えばＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のレ
ーザにおいてもその効果は変わらない。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
歪多重量子井戸の井戸層数を非常に多くしても各井戸層
に均一に歪を閉じ込めることが可能となり、この様な歪
多重量子井戸構造を活性層として用いた半導体レーザは
非常に高い緩和振動周波数が得られ、高速動作が可能と
なりその実用的効果は大きい。
歪多重量子井戸の井戸層数を非常に多くしても各井戸層
に均一に歪を閉じ込めることが可能となり、この様な歪
多重量子井戸構造を活性層として用いた半導体レーザは
非常に高い緩和振動周波数が得られ、高速動作が可能と
なりその実用的効果は大きい。
【図１】本発明の実施例１における歪多重量子井戸構造
の伝導帯側のエネルギーバンド図を説明する図
の伝導帯側のエネルギーバンド図を説明する図
【図２】本発明の実施例２における歪多重量子井戸構造
の伝導帯側のエネルギーバンド図を説明する図
の伝導帯側のエネルギーバンド図を説明する図
【図３】本発明の効果を示す特性図
【図４】（ａ）は基板の格子定数と格子定数が異なる井
戸層と基板と格子定数が同一の障壁層を交互に多層積層
した層構造図 （ｂ）は基板の格子定数と格子定数が異なる井戸層と基
板と格子定数が同一の障壁層を交互に多層積層した場合
の応力分布図
戸層と基板と格子定数が同一の障壁層を交互に多層積層
した層構造図 （ｂ）は基板の格子定数と格子定数が異なる井戸層と基
板と格子定数が同一の障壁層を交互に多層積層した場合
の応力分布図
【図５】井戸層数を増加させた場合の格子定数の変化を
表す図
表す図
【図６】（ａ）は障壁層の全体に井戸層と逆方向の歪を
導入している従来例の歪の分布を表す図 （ｂ）は障壁層の一部分に井戸層と逆方向の歪を導入し
ている従来例の歪の分布を表す図
導入している従来例の歪の分布を表す図 （ｂ）は障壁層の一部分に井戸層と逆方向の歪を導入し
ている従来例の歪の分布を表す図
【図７】従来例の歪量子井戸構造の伝導帯側のエネルギ
ーバンド図を説明する図
ーバンド図を説明する図
【図８】従来例の構造の７７Ｋでのフォトルミネッセン
ススペクトルの半値全幅の井戸層数依存性を説明する図
ススペクトルの半値全幅の井戸層数依存性を説明する図
１０１ ｎ型のＩｎＰ基板 １０２ 無歪で波長組成１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層 １０３ １％の圧縮歪が導入された波長組成１．５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ井戸層 １０４ 無歪で波長組成１．０５μｍのＩｎＧａＡｓＰ
障壁層 １０５ 歪多重量子井戸活性層 １０６ 無歪で波長組成１．０５μｍのｐ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層 １０７ ｐ型のＩｎＰクラッド層 １０８ 層厚１ｎｍのＩｎＰ層 ２０１ ｎ型のＩｎＰ基板 ２０２ 無歪で波長組成１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層 ２０３ １％の圧縮歪が導入された波長組成１．５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ井戸層 ２０４ ０．５％の引っ張り歪が導入された波長組成
１．０５μｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層 ２０５ 歪多重量子井戸活性層 ２０６ 無歪で波長組成１．０５μｍのｐ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層 ２０７ ｐ型のＩｎＰクラッド層 ２０８ 層厚１ｎｍのＩｎＰ層 ４０１ 格子定数ａ0を有する基板 ４０２ 基板と格子定数が異なる井戸層 ４０３ 基板と格子定数が同一の障壁層 ５０１ 基板 ５０２ 第ｎ番目の井戸層 ５０３ 第ｍ番目の井戸層 ５０４ 第ｍ番目の井戸層の次の障壁層 ５０５ 第ｍ＋１番目の井戸層 ５０６ 第ｍ＋１番目の井戸層の次の障壁層 ６０１ 井戸層 ６０２ 障壁層 ６０３ 井戸層とは方向の歪が導入された歪補償領域 ７０１ ＩｎＰ基板 ７０２ 約１％の圧縮歪が導入されたＩｎＧａＡｓＰ歪
井戸層 ７０３ 無歪のＩｎＧａＡｓＰ障壁層（波長組成１．０
５μｍ） ７０４ ＩｎＰクラッド層
ＡｓＰ導波路層 １０３ １％の圧縮歪が導入された波長組成１．５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ井戸層 １０４ 無歪で波長組成１．０５μｍのＩｎＧａＡｓＰ
障壁層 １０５ 歪多重量子井戸活性層 １０６ 無歪で波長組成１．０５μｍのｐ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層 １０７ ｐ型のＩｎＰクラッド層 １０８ 層厚１ｎｍのＩｎＰ層 ２０１ ｎ型のＩｎＰ基板 ２０２ 無歪で波長組成１．０５μｍのｎ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層 ２０３ １％の圧縮歪が導入された波長組成１．５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ井戸層 ２０４ ０．５％の引っ張り歪が導入された波長組成
１．０５μｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層 ２０５ 歪多重量子井戸活性層 ２０６ 無歪で波長組成１．０５μｍのｐ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層 ２０７ ｐ型のＩｎＰクラッド層 ２０８ 層厚１ｎｍのＩｎＰ層 ４０１ 格子定数ａ0を有する基板 ４０２ 基板と格子定数が異なる井戸層 ４０３ 基板と格子定数が同一の障壁層 ５０１ 基板 ５０２ 第ｎ番目の井戸層 ５０３ 第ｍ番目の井戸層 ５０４ 第ｍ番目の井戸層の次の障壁層 ５０５ 第ｍ＋１番目の井戸層 ５０６ 第ｍ＋１番目の井戸層の次の障壁層 ６０１ 井戸層 ６０２ 障壁層 ６０３ 井戸層とは方向の歪が導入された歪補償領域 ７０１ ＩｎＰ基板 ７０２ 約１％の圧縮歪が導入されたＩｎＧａＡｓＰ歪
井戸層 ７０３ 無歪のＩｎＧａＡｓＰ障壁層（波長組成１．０
５μｍ） ７０４ ＩｎＰクラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石野 正人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】２元系化合物半導体基板と、前記基板に形
成された、複数の量子井戸層と前記化合物半導体基板よ
りもエネルギーバンドギャップの小さい障壁層からなる
多重量子井戸構造であり、前記井戸層に圧縮歪もしくは
引っ張り歪が導入されており、前記障壁層と前記障壁層
の前記基板側に位置する前記井戸層の間に前記化合物半
導体基板と同一材料の層が挿入されていることを特徴と
する歪多重量子井戸構造体。 - 【請求項２】障壁層に井戸層とは逆方向の歪が導入され
ており、前記障壁層と前記井戸層の間に前記基板と同一
材料の層が挿入されていることを特徴とする請求項１記
載の歪多重量子井戸構造体。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の歪多重量
子井戸構造体を活性層として有することを特徴とする半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18257593A JP3147596B2 (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 歪多重量子井戸構造体およびそれを用いた半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18257593A JP3147596B2 (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 歪多重量子井戸構造体およびそれを用いた半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0738206A true JPH0738206A (ja) | 1995-02-07 |
| JP3147596B2 JP3147596B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=16120681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18257593A Expired - Fee Related JP3147596B2 (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 歪多重量子井戸構造体およびそれを用いた半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3147596B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010093192A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Anritsu Corp | 半導体発光素子 |
| JP2018078290A (ja) * | 2016-10-31 | 2018-05-17 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
1993
- 1993-07-23 JP JP18257593A patent/JP3147596B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010093192A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Anritsu Corp | 半導体発光素子 |
| JP2018078290A (ja) * | 2016-10-31 | 2018-05-17 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3147596B2 (ja) | 2001-03-19 |
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