JPH0793471B2 - 半導体量子井戸レ−ザ - Google Patents
半導体量子井戸レ−ザInfo
- Publication number
- JPH0793471B2 JPH0793471B2 JP62161868A JP16186887A JPH0793471B2 JP H0793471 B2 JPH0793471 B2 JP H0793471B2 JP 62161868 A JP62161868 A JP 62161868A JP 16186887 A JP16186887 A JP 16186887A JP H0793471 B2 JPH0793471 B2 JP H0793471B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- quantum well
- layer
- semiconductor quantum
- well laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、発振しきい電流値が低く特性温度が高く製作
が容易で、光通信に利用して好適な半導体量子井戸レー
ザに関する。
が容易で、光通信に利用して好適な半導体量子井戸レー
ザに関する。
（従来の技術） 半導体量子井戸レーザは、量子サイズ効果により発振し
きい電流値の低減，特性温度の改善が得られることが知
られており、GaAsを量子井戸とする半導体量子井戸レー
ザにおいては明確な特性改善が実現されている。このレ
ーザは、光通信等に用いられるInGaAs（Ｐ）/InP系材料
や、InGaAs/InAlAs系材料によっても製作されている
（この例は、おのおのDuttaらにより、アプライド・フ
ィジックス・レターズ46巻,1985年,1036ページ，またTe
mkinらにより、アプライド・フィジックス・レターズ42
巻,1983年,845ページに報告されている。N.K.Dutta eta
l.,Appl.Phys.Lett.,46,1036（1985）,H.Temkin et a
l.,Appl.Phys.Lett.,42,845（1983））。
きい電流値の低減，特性温度の改善が得られることが知
られており、GaAsを量子井戸とする半導体量子井戸レー
ザにおいては明確な特性改善が実現されている。このレ
ーザは、光通信等に用いられるInGaAs（Ｐ）/InP系材料
や、InGaAs/InAlAs系材料によっても製作されている
（この例は、おのおのDuttaらにより、アプライド・フ
ィジックス・レターズ46巻,1985年,1036ページ，またTe
mkinらにより、アプライド・フィジックス・レターズ42
巻,1983年,845ページに報告されている。N.K.Dutta eta
l.,Appl.Phys.Lett.,46,1036（1985）,H.Temkin et a
l.,Appl.Phys.Lett.,42,845（1983））。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの報告においては、GaAs系半導体
量子井戸レーザにおいて実現された程の大きな特性改善
は得られていない。この原因として考えられるものの１
つにオージェ非発光再結合の寄与がある。この効果は、
バンドギャップが小さくなると、急激に大きな影響を与
える様になる。このオージェ非発光再結合がInGaAs
（Ｐ）/InP系等の長波長用半導体量子井戸レーザにおい
ても大きな影響を有するから、大幅な特性改善は簡単に
は得られにくいと予想されている。
量子井戸レーザにおいて実現された程の大きな特性改善
は得られていない。この原因として考えられるものの１
つにオージェ非発光再結合の寄与がある。この効果は、
バンドギャップが小さくなると、急激に大きな影響を与
える様になる。このオージェ非発光再結合がInGaAs
（Ｐ）/InP系等の長波長用半導体量子井戸レーザにおい
ても大きな影響を有するから、大幅な特性改善は簡単に
は得られにくいと予想されている。
このオージェ非発光再結合の影響を減少させる方法の１
つとして、価電子帯の状態密度を与える有効質量を低減
させることが提案されている（A.R.Adams,エレクトロニ
クス・レターズ,22巻,1986年249ページ,A.R.Adams,Elec
tron.Lett.,22,249（1986））。これは歪超格子内の歪
の効果により、価電子帯構造が変化することを利用する
ものである。しかし、この歪超格子は、多元混晶で製作
する場合には、その組成の制御が困難であり、また、そ
の平均組成の格子定数が基板の格子定数の良い精度で一
致しないと、特に信頼性の面で問題が生じる。
つとして、価電子帯の状態密度を与える有効質量を低減
させることが提案されている（A.R.Adams,エレクトロニ
クス・レターズ,22巻,1986年249ページ,A.R.Adams,Elec
tron.Lett.,22,249（1986））。これは歪超格子内の歪
の効果により、価電子帯構造が変化することを利用する
ものである。しかし、この歪超格子は、多元混晶で製作
する場合には、その組成の制御が困難であり、また、そ
の平均組成の格子定数が基板の格子定数の良い精度で一
致しないと、特に信頼性の面で問題が生じる。
本発明の目的は、オージェ非発光再結合の問題を低減す
る様なバンド構造を有し、発振しきい電流値が低く、特
性温度が高く、かつ、２種類の２元半導体を交互に膜厚
のみを制御しつつ積層して量子井戸層が形成してあって
平均の格子定数等の設計が容易であり、製作し易い長波
長用半導体量子井戸レーザを提供することにある。
る様なバンド構造を有し、発振しきい電流値が低く、特
性温度が高く、かつ、２種類の２元半導体を交互に膜厚
のみを制御しつつ積層して量子井戸層が形成してあって
平均の格子定数等の設計が容易であり、製作し易い長波
長用半導体量子井戸レーザを提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明による半導体量子井戸レーザは、半導体基板上に
積層された半導体多層構造からなり、膜厚が電子の平均
自由行程程度以下で狭バンドギャップを有する半導体量
子井戸層を活性層として用い、該活性層にキャリヤを注
入する手段および共振器構造を有する半導体量子井戸レ
ーザにおいて、前記半導体量子井戸層が、前記半導体基
板と＋１％以上の格子不整合度を有する第１の２元化合
物半導体と、前記半導体基板と−１％以上の格子不整合
度を有する第２の２元化合物半導体の多層積層構造とか
らなり、該多層積層構造の平均組成の化合物半導体は前
記半導体基板と0.3％以内の格子不整合度を有し、前記
半導体基板による影響で格子変形を受けている状態にお
いて、前記第１の２元化合物半導体のバンドギャップは
前記第２の２元化合物半導体のバンドギャップより小さ
く、かつ量子井戸層内の基底次の価電子帯サブバンドが
重い正孔帯によるものであることを特徴とする。
積層された半導体多層構造からなり、膜厚が電子の平均
自由行程程度以下で狭バンドギャップを有する半導体量
子井戸層を活性層として用い、該活性層にキャリヤを注
入する手段および共振器構造を有する半導体量子井戸レ
ーザにおいて、前記半導体量子井戸層が、前記半導体基
板と＋１％以上の格子不整合度を有する第１の２元化合
物半導体と、前記半導体基板と−１％以上の格子不整合
度を有する第２の２元化合物半導体の多層積層構造とか
らなり、該多層積層構造の平均組成の化合物半導体は前
記半導体基板と0.3％以内の格子不整合度を有し、前記
半導体基板による影響で格子変形を受けている状態にお
いて、前記第１の２元化合物半導体のバンドギャップは
前記第２の２元化合物半導体のバンドギャップより小さ
く、かつ量子井戸層内の基底次の価電子帯サブバンドが
重い正孔帯によるものであることを特徴とする。
（作用） 本発明においては、量子井戸層を、格子が変形した２種
の２元半導体の積層構造により形成している。ここで、
この量子井戸層の平均格子定数は、各半導体層と膜厚を
設計することによって基板の格子定数とほぼ一致させる
ことが可能である。また、半導体層が混晶でないから、
組成比の設計や再現性、また成長中の組成比のゆらぎ等
の問題がない。
の２元半導体の積層構造により形成している。ここで、
この量子井戸層の平均格子定数は、各半導体層と膜厚を
設計することによって基板の格子定数とほぼ一致させる
ことが可能である。また、半導体層が混晶でないから、
組成比の設計や再現性、また成長中の組成比のゆらぎ等
の問題がない。
また、第１の２元半導体の格子定数が基板の格子定数よ
り大きい場合、この半導体は面内に圧縮性の応力を受
け、重い正孔帯が軽い正孔帯に比べてエネルギー的に上
にくる。ここで、第２の２元半導体中ではこの価電子帯
構造は逆になるが、バンドギャップは、第１の半導体の
方が第２の半導体より小さくし、かつ量子井戸内に形成
される基底次の価電子帯サブバンドを重い正孔帯として
おけば、キャリヤの再結合は主として第１の半導体中の
電子と重い正孔の間で生じる。この場合、重い正孔帯の
状態密度を与える有効質量は低減されているので、オー
ジェ非発光再結合の生じる割合は著しく低下する。その
結果、レーザ発振に必要な電流成分の中で、オージェ過
程で消費される分は無視でき、かつ量子サイズ効果によ
って発振しきい電流値は更に低減される。また、温度に
敏感なオージェ過程の影響もなくなるため、発振しきい
電流値の温度依存性は小さくなり、高い特性温度が得ら
れる。
り大きい場合、この半導体は面内に圧縮性の応力を受
け、重い正孔帯が軽い正孔帯に比べてエネルギー的に上
にくる。ここで、第２の２元半導体中ではこの価電子帯
構造は逆になるが、バンドギャップは、第１の半導体の
方が第２の半導体より小さくし、かつ量子井戸内に形成
される基底次の価電子帯サブバンドを重い正孔帯として
おけば、キャリヤの再結合は主として第１の半導体中の
電子と重い正孔の間で生じる。この場合、重い正孔帯の
状態密度を与える有効質量は低減されているので、オー
ジェ非発光再結合の生じる割合は著しく低下する。その
結果、レーザ発振に必要な電流成分の中で、オージェ過
程で消費される分は無視でき、かつ量子サイズ効果によ
って発振しきい電流値は更に低減される。また、温度に
敏感なオージェ過程の影響もなくなるため、発振しきい
電流値の温度依存性は小さくなり、高い特性温度が得ら
れる。
（実施例） 以下に図面を参照して本発明を一層詳しく説明する。
第１図（ａ）は本発明の第１の実施例の半導体量子井戸
レーザの模式的な斜視図、第１図（ｂ）はその実施例に
おける活性層の積層構造を示す断面図である。
レーザの模式的な斜視図、第１図（ｂ）はその実施例に
おける活性層の積層構造を示す断面図である。
この実施例は次のようにして製作した。まず、分子線エ
ピタキシー（MBE）法により、Snドープｎ型InP基板11上
に、1.5μｍ厚のSiドープｎ型InAlAsバッファー層12を
積層した後に、約12Å厚のアンドープInAs13と約12Å厚
のアンドープGaAs14とを交互に３周期積層してなる量子
井戸層15と、50Å層のアンドープInAlAsバリヤ層16とを
交互に12周期積層してなる活性層17を形成し、次に1.5
μｍ厚のBeドープｐ型InAlAsクラッド層18,0.3μｍ厚の
Beドープｐ型InGaAsキャップ層19を積層した半導体多層
構造を製作し、しかる後に蒸着により表面にCr/Au電極1
A,裏面にAuGeNi電極1Bを形成して、約150μｍ×300μｍ
の素子にへき開する。この実施例におけるInAsの基板に
対する格子不整合度は＋3.2％、GaAsでは−3.6％であ
る。
ピタキシー（MBE）法により、Snドープｎ型InP基板11上
に、1.5μｍ厚のSiドープｎ型InAlAsバッファー層12を
積層した後に、約12Å厚のアンドープInAs13と約12Å厚
のアンドープGaAs14とを交互に３周期積層してなる量子
井戸層15と、50Å層のアンドープInAlAsバリヤ層16とを
交互に12周期積層してなる活性層17を形成し、次に1.5
μｍ厚のBeドープｐ型InAlAsクラッド層18,0.3μｍ厚の
Beドープｐ型InGaAsキャップ層19を積層した半導体多層
構造を製作し、しかる後に蒸着により表面にCr/Au電極1
A,裏面にAuGeNi電極1Bを形成して、約150μｍ×300μｍ
の素子にへき開する。この実施例におけるInAsの基板に
対する格子不整合度は＋3.2％、GaAsでは−3.6％であ
る。
ここで、MBE成長に際しては、組成の切り換えはセルの
シャッターで行ない、膜厚は成長時間で制御を行なった
から、非常に容易に、再現性良く成長が行なえた。
シャッターで行ない、膜厚は成長時間で制御を行なった
から、非常に容易に、再現性良く成長が行なえた。
この第１の実施例による半導体量子井戸レーザは、波長
は約1.6μｍで発振し、その際の発振しきい電流密度は
約0.7KA/cm2と非常に良好なものである。また特性温度
も、室温付近で約150Kと高いものが得られる。これはIn
Asが面内に圧縮応力を受け、その結果量子井戸層内の基
底次の価電子帯サブバンドが重い正孔によるもので、か
つ状態密度を与える有効質量が低減されたからである。
また量子井戸層の平均格子定数とInP基板との格子不整
合も、約2.5×10-3と小さいものである。
は約1.6μｍで発振し、その際の発振しきい電流密度は
約0.7KA/cm2と非常に良好なものである。また特性温度
も、室温付近で約150Kと高いものが得られる。これはIn
Asが面内に圧縮応力を受け、その結果量子井戸層内の基
底次の価電子帯サブバンドが重い正孔によるもので、か
つ状態密度を与える有効質量が低減されたからである。
また量子井戸層の平均格子定数とInP基板との格子不整
合も、約2.5×10-3と小さいものである。
次に本発明の第２の実施例による半導体量子井戸レーザ
について説明する。本実施例は、成長方法やデバイス構
造等は第１の実施例と同様であり、積層構造の一部のみ
を変化させたものである。第２図に、その活性層の積層
構造を断面図で示す。この第２の実施例の積層構造で
は、量子井戸層15が約12Å厚のアンドープInAs13と約12
Å厚のアンドープAlAs21とを交互に３周期積層してなる
ものとしてあり、それ以外は第１の実施例と同様であ
る。AlAsの基板に対する格子不整合度は−3.6％であ
る。
について説明する。本実施例は、成長方法やデバイス構
造等は第１の実施例と同様であり、積層構造の一部のみ
を変化させたものである。第２図に、その活性層の積層
構造を断面図で示す。この第２の実施例の積層構造で
は、量子井戸層15が約12Å厚のアンドープInAs13と約12
Å厚のアンドープAlAs21とを交互に３周期積層してなる
ものとしてあり、それ以外は第１の実施例と同様であ
る。AlAsの基板に対する格子不整合度は−3.6％であ
る。
この第２の実施例による半導体量子井戸レーザにおいて
は、波長は約1.3μｍで発振し、発振しきい電流密度は
約1.0KA/cm2、特性温度は室温付近で約120Kと良好な特
性が得られる。この効果も第１の実施例で説明した価電
子帯の変化によるものである。また量子井戸層と基板の
間の格子不整合も約1.8×10-3と小さいものである。
は、波長は約1.3μｍで発振し、発振しきい電流密度は
約1.0KA/cm2、特性温度は室温付近で約120Kと良好な特
性が得られる。この効果も第１の実施例で説明した価電
子帯の変化によるものである。また量子井戸層と基板の
間の格子不整合も約1.8×10-3と小さいものである。
以上ここでは２つの実施例についてのみ述べたが、デバ
イス構造としては埋め込み型半導体レーザでも良いし、
不純物拡散による無秩序化を利用する構造でも良い。ま
た結晶成長法もMBE法以外の方法であっても差し支えな
い。
イス構造としては埋め込み型半導体レーザでも良いし、
不純物拡散による無秩序化を利用する構造でも良い。ま
た結晶成長法もMBE法以外の方法であっても差し支えな
い。
（発明の効果） 本発明によれば、製作しやすく、かつ発振しきい電流値
が低く、特性温度が高い、光通信等な用いられる長波長
半導体量子井戸レーザが得られる。
が低く、特性温度が高い、光通信等な用いられる長波長
半導体量子井戸レーザが得られる。
第１図（ａ）は、本発明の第１の実施例である半導体量
子井戸レーザの模式的な斜視図、第１図（ｂ）はその実
施例における活性層の積層構造を示す断面図、第２図は
本発明の第２の実施例である半導体量子井戸レーザにお
ける活性層の積層構造を示す断面図である。 11……ｎ型InP基板、12……ｎ型InAlAsバッファー層、1
3……約12Å厚のアンドープInAs、14……約12Å厚のア
ンドープGaAs、15……量子井戸層、16……50Å厚のアン
ドープInAlAsバリヤ層、17……活性層、18……ｐ型InAl
Asクラッド層、19……ｐ型InGaAsキャップ層、1A……Cr
/Au電極、1B……AuGeNi電極、21……約12Å厚のアンド
ープAlAs。
子井戸レーザの模式的な斜視図、第１図（ｂ）はその実
施例における活性層の積層構造を示す断面図、第２図は
本発明の第２の実施例である半導体量子井戸レーザにお
ける活性層の積層構造を示す断面図である。 11……ｎ型InP基板、12……ｎ型InAlAsバッファー層、1
3……約12Å厚のアンドープInAs、14……約12Å厚のア
ンドープGaAs、15……量子井戸層、16……50Å厚のアン
ドープInAlAsバリヤ層、17……活性層、18……ｐ型InAl
Asクラッド層、19……ｐ型InGaAsキャップ層、1A……Cr
/Au電極、1B……AuGeNi電極、21……約12Å厚のアンド
ープAlAs。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾鍋 研太郎 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−278286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−197391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−181185（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に積層された半導体多層構造
からなり、膜厚が電子の平均自由行程程度以下で狭バン
ドギャップを有する半導体量子井戸層を活性層として用
い、該活性層にキャリヤを注入する手段および共振器構
造を有する半導体量子井戸レーザにおいて、 前記半導体量子井戸層が、前記半導体基板と＋１％以上
の格子不整合度を有する第１の２元化合物半導体と、前
記半導体基板と−１％以上の格子不整合度を有する第２
の２元化合物半導体の多層積層構造とからなり、 該多層積層構造の平均組成の化合物半導体は前記半導体
基板と0.3％以内の格子不整合度を有し、 前記半導体基板による影響で格子変形を受けている状態
において、前記第１の２元化合物半導体のバンドギャッ
プは前記第２の２元化合物半導体のバンドギャップより
小さく、かつ量子井戸層内の基底次の価電子帯サブバン
ドが重い正孔帯によるものであることを特徴とする半導
体量子井戸レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62161868A JPH0793471B2 (ja) | 1987-06-29 | 1987-06-29 | 半導体量子井戸レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62161868A JPH0793471B2 (ja) | 1987-06-29 | 1987-06-29 | 半導体量子井戸レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS647585A JPS647585A (en) | 1989-01-11 |
| JPH0793471B2 true JPH0793471B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=15743490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62161868A Expired - Lifetime JPH0793471B2 (ja) | 1987-06-29 | 1987-06-29 | 半導体量子井戸レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793471B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH033384A (ja) * | 1989-05-31 | 1991-01-09 | Hitachi Ltd | 半導体光素子 |
| JPH0321093A (ja) * | 1989-06-19 | 1991-01-29 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| US7723719B2 (en) * | 2007-12-14 | 2010-05-25 | Palo Alto Research Center Incorporated | Light emitting devices with inhomogeneous quantum well active regions |
| JP6034777B2 (ja) * | 2013-12-16 | 2016-11-30 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0632340B2 (ja) * | 1985-02-07 | 1994-04-27 | 日本電気株式会社 | 半導体発光素子 |
| JPS63197391A (ja) * | 1987-02-12 | 1988-08-16 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS63278286A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光装置およびその製造法 |
-
1987
- 1987-06-29 JP JP62161868A patent/JPH0793471B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS647585A (en) | 1989-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5390209A (en) | Article comprising a semiconductor laser that is non-degenerate with regard to polarization | |
| JPH0418476B2 (ja) | ||
| US5841152A (en) | Optical semiconductor device provided with strained quantum well layer formed on a ternary compound semiconductor substrate | |
| US5929462A (en) | Semiconductor optical device having a strained quantum well structure | |
| JPH05283791A (ja) | 面発光型半導体レーザ | |
| US4941025A (en) | Quantum well semiconductor structures for infrared and submillimeter light sources | |
| US4894836A (en) | Semiconductor device | |
| US6768137B2 (en) | Laminated semiconductor substrate and optical semiconductor element | |
| US5337326A (en) | Semiconductor laser device with compressively stressed barrier layer | |
| US5644587A (en) | Semiconductor laser device | |
| JPH10270787A (ja) | 多重量子井戸構造光半導体装置およびその製造方法 | |
| US4887274A (en) | Deterioration-resistant superlattice semiconductor laser device | |
| JPH0793471B2 (ja) | 半導体量子井戸レ−ザ | |
| JP2699661B2 (ja) | 半導体多層反射膜 | |
| JP2778454B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH04234184A (ja) | 半導体レーザ | |
| US5585306A (en) | Methods for producing compound semiconductor devices | |
| US5362974A (en) | Group II-VI material semiconductor optical device with strained multiquantum barriers | |
| JPH0629611A (ja) | 面発光半導体レーザ | |
| JP2812024B2 (ja) | 面発光素子の製造方法 | |
| JP3033333B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH0669589A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH1012960A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH053367A (ja) | 半導体レーザ | |
| JP3138623B2 (ja) | 構造体及びそれを用いた半導体素子 |