JPH08138901A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH08138901A JPH08138901A JP6274079A JP27407994A JPH08138901A JP H08138901 A JPH08138901 A JP H08138901A JP 6274079 A JP6274079 A JP 6274079A JP 27407994 A JP27407994 A JP 27407994A JP H08138901 A JPH08138901 A JP H08138901A
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
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-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長１．３μｍ帯で発振するＩｎＰ／ＧａＩ
ｎＡｓＰ系半導体レーザ素子であって、低しきい値電流
密度で発振する半導体レーザ素子を提供する。 【構成】 ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活性層の井戸層に１
〜１．５％の引張歪を導入する。 【効果】 ２０ＫＡ／ｃｍ2 以下の低しきい値電流密度
で発振する半導体レーザ素子が得られる。
ｎＡｓＰ系半導体レーザ素子であって、低しきい値電流
密度で発振する半導体レーザ素子を提供する。 【構成】 ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活性層の井戸層に１
〜１．５％の引張歪を導入する。 【効果】 ２０ＫＡ／ｃｍ2 以下の低しきい値電流密度
で発振する半導体レーザ素子が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、引張歪量子井戸からな
る活性層を有する１．３μｍ帯で発振する半導体レーザ
に関する。
る活性層を有する１．３μｍ帯で発振する半導体レーザ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長１．３μｍ帯で発振するＩｎＰ／Ｇ
ａＩｎＡｓＰ系半導体レーザ素子は、光加入者系の光通
信用光源等に利用されているが、しきい値電流密度が
０．５ｋＡ／ｃｍ2 程度と高く、消費電力の低減等の観
点から、より低いしきい値で発振するレーザが望まれて
いた。
ａＩｎＡｓＰ系半導体レーザ素子は、光加入者系の光通
信用光源等に利用されているが、しきい値電流密度が
０．５ｋＡ／ｃｍ2 程度と高く、消費電力の低減等の観
点から、より低いしきい値で発振するレーザが望まれて
いた。
【０００３】ところで、１．５μｍ帯のＩｎＰ／ＧａＩ
ｎＡｓＰ半導体レーザの場合は、量子井戸活性層の井戸
層（以下、量子井戸層という）に引張歪を導入すること
で低しきい値電流、高量子効率という優れた特性が得ら
れることが知られている。
ｎＡｓＰ半導体レーザの場合は、量子井戸活性層の井戸
層（以下、量子井戸層という）に引張歪を導入すること
で低しきい値電流、高量子効率という優れた特性が得ら
れることが知られている。
【０００４】例えば、波長１．５μｍで発振する量子井
戸レーザでは、引張歪１．５％程度のＧａＩｎＡｓを量
子井戸層に用いることで最低しきい値電流密度（〜９０
Ａ／ｃｍ２）が得られることが、文献１、２に示されて
いる。 （文献１） C.E. Zah, R. Bhat, B. Pathak, C. Canea
u, F.J. Favire, N.C. Andreadakis, D.M. Hwang, M.A.
Koza, C.Y. Chen, and T.P. Lee, "Low threshold 1.5
μｍ tensile-strained single quantum well lasers,"
Electron. Lett., 27, pp. 1414-1416, 1991. （文献２） P.J.A. Thijs, J.J.M. Binsma, L.F. Tiem
eijer and T. van Dongen, "Submilliamp threshold cu
rrent (0.62mA at 0ー C) and high output power(220m
W) 1.5μｍ tensile strained InGaAs single qunatum
well lasers," Electron. Lett., 28, pp. 829-830, 19
92.
戸レーザでは、引張歪１．５％程度のＧａＩｎＡｓを量
子井戸層に用いることで最低しきい値電流密度（〜９０
Ａ／ｃｍ２）が得られることが、文献１、２に示されて
いる。 （文献１） C.E. Zah, R. Bhat, B. Pathak, C. Canea
u, F.J. Favire, N.C. Andreadakis, D.M. Hwang, M.A.
Koza, C.Y. Chen, and T.P. Lee, "Low threshold 1.5
μｍ tensile-strained single quantum well lasers,"
Electron. Lett., 27, pp. 1414-1416, 1991. （文献２） P.J.A. Thijs, J.J.M. Binsma, L.F. Tiem
eijer and T. van Dongen, "Submilliamp threshold cu
rrent (0.62mA at 0ー C) and high output power(220m
W) 1.5μｍ tensile strained InGaAs single qunatum
well lasers," Electron. Lett., 28, pp. 829-830, 19
92.
【０００５】上記文献では、引張歪ＧａＩｎＡｓＰを半
導体レーザの量子井戸層に用いると、引張歪の効果で量
子井戸層の価電子帯のバンド構造が変化し、軽い正孔と
重い正孔のエネルギー分離が大きくなることで、半導体
レーザのしきい値特性、動作効率が向上すると説明され
ている。
導体レーザの量子井戸層に用いると、引張歪の効果で量
子井戸層の価電子帯のバンド構造が変化し、軽い正孔と
重い正孔のエネルギー分離が大きくなることで、半導体
レーザのしきい値特性、動作効率が向上すると説明され
ている。
【０００６】ところが従来は、波長１．３μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰは、わずかの引張歪をくわえただけで、Ｉ
ｎＰやＧａＡｓ等からなる混晶を生じて、求める結晶特
性が得られなくなると考えられていたため、ＩｎＧａＡ
ｓＰ量子井戸層に引張歪を導入することは殆ど検討され
ていなかった。
ｎＧａＡｓＰは、わずかの引張歪をくわえただけで、Ｉ
ｎＰやＧａＡｓ等からなる混晶を生じて、求める結晶特
性が得られなくなると考えられていたため、ＩｎＧａＡ
ｓＰ量子井戸層に引張歪を導入することは殆ど検討され
ていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、波長１．３
μｍで発振する量子井戸半導体レーザ素子であって、優
れたしきい値特性を有する半導体レーザ素子を提供する
ことを目的とするものである。
μｍで発振する量子井戸半導体レーザ素子であって、優
れたしきい値特性を有する半導体レーザ素子を提供する
ことを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明は、ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ量
子井戸活性層を有し、波長１．３μｍ帯で発振する半導
体レーザ素子であって、量子井戸層が１〜１．５％の引
張歪を有することを特徴とする半導体レーザ素子であ
る。
になされた本発明は、ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ量
子井戸活性層を有し、波長１．３μｍ帯で発振する半導
体レーザ素子であって、量子井戸層が１〜１．５％の引
張歪を有することを特徴とする半導体レーザ素子であ
る。
【０００９】本発明において、量子井戸層の引張歪量を
１％以上としたのは、１％以上の引張歪を加えること
で、十分しきい値を低減する効果が得られるからであ
り、より好ましくは、引張歪量を１．２％以上とするこ
とで、最も低くかつ安定したしきい値特性を得ることが
できる。
１％以上としたのは、１％以上の引張歪を加えること
で、十分しきい値を低減する効果が得られるからであ
り、より好ましくは、引張歪量を１．２％以上とするこ
とで、最も低くかつ安定したしきい値特性を得ることが
できる。
【００１０】また、引張歪量の上限を１．５％としたの
は、現在のところ原因は必ずしも明確ではないが、これ
以上の引張歪を加えると、レーザ発振を得られなくなる
ためである。
は、現在のところ原因は必ずしも明確ではないが、これ
以上の引張歪を加えると、レーザ発振を得られなくなる
ためである。
【００１１】なお、引張歪量を増大させると、これに伴
って臨界膜厚が減少し、十分な発振強度が得られなくな
るため、必要以上の引張歪を加えることは得策ではな
い。かかる観点から、より好ましくは、引張歪量の上限
は１．４％程度とすべきである。
って臨界膜厚が減少し、十分な発振強度が得られなくな
るため、必要以上の引張歪を加えることは得策ではな
い。かかる観点から、より好ましくは、引張歪量の上限
は１．４％程度とすべきである。
【００１２】なお、１．３μｍ組成のＧａx Ｉｎ1-x Ａ
ｓy Ｐ1-y において、１〜１．５％の引張歪量を加える
ためには、Ｇａ含有量Ｘを、０．４２〜０．５５の範囲
とし、Ａｓ含有量Ｙを０．６〜０．７５の範囲とすれば
良く、また、引張歪量を１．２〜１．４％とするために
は、Ｇａ含有量Ｘを、０．４５〜０．５の範囲とし、Ａ
ｓ含有量Ｙを０．６〜０．７５の範囲とすれば良い。
ｓy Ｐ1-y において、１〜１．５％の引張歪量を加える
ためには、Ｇａ含有量Ｘを、０．４２〜０．５５の範囲
とし、Ａｓ含有量Ｙを０．６〜０．７５の範囲とすれば
良く、また、引張歪量を１．２〜１．４％とするために
は、Ｇａ含有量Ｘを、０．４５〜０．５の範囲とし、Ａ
ｓ含有量Ｙを０．６〜０．７５の範囲とすれば良い。
【００１３】また、１．３μｍ組成のＧａＩｎＡｓＰの
臨界膜厚は、引張歪１％の場合は３５ｎｍ程度であり、
引張歪１．５％の場合は１０〜１５ｎｍ程度であるか
ら、各量子井戸層の膜厚の合計がこの値を越えないよう
に配慮する必要があるが、障壁層に圧縮歪を導入して正
負の歪を相殺することで、格子不整合によるミスフィッ
ト転移等を生じることなく臨界膜厚以上の量子井戸活性
層を形成することが可能である。
臨界膜厚は、引張歪１％の場合は３５ｎｍ程度であり、
引張歪１．５％の場合は１０〜１５ｎｍ程度であるか
ら、各量子井戸層の膜厚の合計がこの値を越えないよう
に配慮する必要があるが、障壁層に圧縮歪を導入して正
負の歪を相殺することで、格子不整合によるミスフィッ
ト転移等を生じることなく臨界膜厚以上の量子井戸活性
層を形成することが可能である。
【００１４】更に、各量子井戸層の膜厚を１０ｎｍ以下
にすると、量子サイズ効果により軽い正孔と、重い正孔
のエネルギー準位が接近し、引張歪の効果を減殺するこ
とになるため、各量子井戸層の膜厚は、１０ｎｍ以上と
することが好ましい。
にすると、量子サイズ効果により軽い正孔と、重い正孔
のエネルギー準位が接近し、引張歪の効果を減殺するこ
とになるため、各量子井戸層の膜厚は、１０ｎｍ以上と
することが好ましい。
【００１５】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を更に詳しく
説明する。図１は本発明の効果を調べるために作製した
量子井戸半導体レーザの構造を示す断面図である。
説明する。図１は本発明の効果を調べるために作製した
量子井戸半導体レーザの構造を示す断面図である。
【００１６】図中１は、ｎ−ＩｎＰ基板、２は、膜厚
０．５μｍのｎ−ＩｎＰクラッド層であり、３は、膜厚
１２ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ単一量子井戸活性層４の上下
に設けられた光閉じ込め層であり、５は、膜厚２μｍの
ｐ−ＩｎＰクラッド層、６は、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタ
クト層であり、７および８はそれぞれｎ側電極、ｐ側電
極である。
０．５μｍのｎ−ＩｎＰクラッド層であり、３は、膜厚
１２ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ単一量子井戸活性層４の上下
に設けられた光閉じ込め層であり、５は、膜厚２μｍの
ｐ−ＩｎＰクラッド層、６は、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタ
クト層であり、７および８はそれぞれｎ側電極、ｐ側電
極である。
【００１７】また、光閉じ込め層３は、それぞれ４層の
組成の異なる膜厚４０ｎｍのＩｎＰ基板に格子整合する
ＧａＩｎＡｓＰ層で構成されており、それぞれのＧａＩ
ｎＡｓＰ層のバンドギャップ波長は０．９５μｍ、１．
０μｍ、１．０５μｍ、１．１μｍである。
組成の異なる膜厚４０ｎｍのＩｎＰ基板に格子整合する
ＧａＩｎＡｓＰ層で構成されており、それぞれのＧａＩ
ｎＡｓＰ層のバンドギャップ波長は０．９５μｍ、１．
０μｍ、１．０５μｍ、１．１μｍである。
【００１８】なお、以下の実施例及び比較例では全て、
共振器長を２０００μｍとし、共振器両端面の反射率を
３０％としてサンプルを作製し、しきい値特性の測定を
行った。
共振器長を２０００μｍとし、共振器両端面の反射率を
３０％としてサンプルを作製し、しきい値特性の測定を
行った。
【００１９】表１は、上記量子井戸半導体レーザのＧａ
ＩｎＡｓＰ単一量子井戸活性層４の歪量を様々に変更し
た場合のしきい値電流密度の測定結果である。
ＩｎＡｓＰ単一量子井戸活性層４の歪量を様々に変更し
た場合のしきい値電流密度の測定結果である。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１から、以下のことが分かる。 １）引張歪量を１．０％以上にすると、０．２ｋＡ／ｃ
ｍ2 と、優れたしきい値電流密度が得られる。 ２）引張歪量１．６％（比較例３）の場合に、レーザ発
振が得られなかった理由は必ずしも明確ではないが、引
張歪の効果で量子井戸がタイプ 量子井戸に変化し、量
子井戸への電流閉じ込めができなくなったことによるも
のと考えられる。
ｍ2 と、優れたしきい値電流密度が得られる。 ２）引張歪量１．６％（比較例３）の場合に、レーザ発
振が得られなかった理由は必ずしも明確ではないが、引
張歪の効果で量子井戸がタイプ 量子井戸に変化し、量
子井戸への電流閉じ込めができなくなったことによるも
のと考えられる。
【００２２】なお、上記実施例では、単一量子井戸活性
層を用いた場合についてのみ記述したが、多重量子井戸
活性層を用いた場合も全く同様の効果が得られることは
明らかであり、本発明は単一量子井戸活性層の場合に限
定されるものではない。
層を用いた場合についてのみ記述したが、多重量子井戸
活性層を用いた場合も全く同様の効果が得られることは
明らかであり、本発明は単一量子井戸活性層の場合に限
定されるものではない。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザ素子は、ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活
性層を有し、波長１．３μｍ帯で発振する半導体レーザ
素子において、量子井戸活性層の井戸層に１〜１．５％
の引張歪を加えているため、低しきい値電流密度で動作
するという長所がある。
ーザ素子は、ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活
性層を有し、波長１．３μｍ帯で発振する半導体レーザ
素子において、量子井戸活性層の井戸層に１〜１．５％
の引張歪を加えているため、低しきい値電流密度で動作
するという長所がある。
【図１】本発明の効果を調べるために作製した量子井戸
半導体レーザの構造を示す断面図である。
半導体レーザの構造を示す断面図である。
１は、ｎ−ＩｎＰ基板 ２は、ｎ−ＩｎＰクラッド層 ３は、光閉じ込め層 ４は、ＧａＩｎＡｓＰ単一量子井戸活性層 ５は、ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６は、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ７は、ｎ側電極 ８は、ｐ側電極
Claims (1)
- 【請求項１】 ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰ量子井戸
活性層を有し、波長１．３μｍ帯で発振する半導体レー
ザ素子であって、前記量子井戸活性層の井戸層が１〜
１．５％の引張歪を有することを特徴とする半導体レー
ザ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6274079A JPH08138901A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 半導体レーザ素子 |
| US08/555,472 US5666375A (en) | 1994-11-08 | 1995-11-08 | Semiconductor quantum well laser having a low threshold current density |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6274079A JPH08138901A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138901A true JPH08138901A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17536691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6274079A Pending JPH08138901A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5666375A (ja) |
| JP (1) | JPH08138901A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1335461A3 (en) * | 1996-09-06 | 2004-09-15 | Sanyo Electric Co. Ltd | Semiconductor laser device |
| JP2002111135A (ja) * | 2000-10-02 | 2002-04-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子、それを用いた光ファイバ増幅器用励起光源 |
| WO2003007444A1 (en) * | 2001-07-12 | 2003-01-23 | Textron Systems Corporation | Semiconductor zigzag laser and optical amplifier |
| US20030235224A1 (en) * | 2002-06-19 | 2003-12-25 | Ohlander Ulf Roald | Strained quantum-well structure having ternary-alloy material in both quantum-well layers and barrier layers |
| US7433376B1 (en) | 2006-08-07 | 2008-10-07 | Textron Systems Corporation | Zig-zag laser with improved liquid cooling |
| TWI533351B (zh) * | 2006-12-11 | 2016-05-11 | 美國加利福尼亞大學董事會 | 高效能非極性第三族氮化物光學裝置之金屬有機化學氣相沈積生長 |
| US8217410B2 (en) * | 2009-03-27 | 2012-07-10 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Hybrid vertical cavity light emitting sources |
-
1994
- 1994-11-08 JP JP6274079A patent/JPH08138901A/ja active Pending
-
1995
- 1995-11-08 US US08/555,472 patent/US5666375A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5666375A (en) | 1997-09-09 |
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