JPH0856044A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH0856044A JPH0856044A JP18831794A JP18831794A JPH0856044A JP H0856044 A JPH0856044 A JP H0856044A JP 18831794 A JP18831794 A JP 18831794A JP 18831794 A JP18831794 A JP 18831794A JP H0856044 A JPH0856044 A JP H0856044A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- quantum well
- semiconductor laser
- thickness
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- 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.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｐ領域から離れた量子井戸に十分なホール注
入が行えるような量子井戸構造を有する半導体レーザ装
置を提供すること。 【構成】 半導体レーザ装置は結晶成長基板８上に下部
クラッド層７、下部ガイド層６、活性層５、上部ガイド
層４、上部クラッド層３、キャップ層２を順次結晶成長
させ上部電極１、下部電極９をキャップ層２および結晶
成長基板８の裏面上にそれぞれ設けてなる。この活性層
は量子井戸層とこれより大なるバンドギャップを有する
障壁層との間に遷移層を有し、その遷移層のバンドギャ
ップの大きさは量子井戸層のバンドギャップに等しい値
から障壁層のバンドギャップに等しい値まで連続的かつ
単調に変化している。
入が行えるような量子井戸構造を有する半導体レーザ装
置を提供すること。 【構成】 半導体レーザ装置は結晶成長基板８上に下部
クラッド層７、下部ガイド層６、活性層５、上部ガイド
層４、上部クラッド層３、キャップ層２を順次結晶成長
させ上部電極１、下部電極９をキャップ層２および結晶
成長基板８の裏面上にそれぞれ設けてなる。この活性層
は量子井戸層とこれより大なるバンドギャップを有する
障壁層との間に遷移層を有し、その遷移層のバンドギャ
ップの大きさは量子井戸層のバンドギャップに等しい値
から障壁層のバンドギャップに等しい値まで連続的かつ
単調に変化している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高出力半導体レーザ装置
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは高出力かつ微小形状な光
源として、光通信や光情報処理装置に利用されている。
応用面から考えると、さらなる高出力化が望まれる。量
子井戸構造の活性層を有する半導体レーザは、光電変換
部分である活性層に量子井戸構造を導入し、キャリアに
対する量子効果を用いて、高効率化を図ろうとするもの
で、その効用は既によく知られている。
源として、光通信や光情報処理装置に利用されている。
応用面から考えると、さらなる高出力化が望まれる。量
子井戸構造の活性層を有する半導体レーザは、光電変換
部分である活性層に量子井戸構造を導入し、キャリアに
対する量子効果を用いて、高効率化を図ろうとするもの
で、その効用は既によく知られている。
【０００３】量子井戸構造半導体レーザにおいて、高出
力化を図る一つの方策として、量子井戸層の数を増加さ
せることが行われていた。この方法は実質的な光電変換
部分である量子井戸の体積を増加させるため、高出力化
に効用がある。
力化を図る一つの方策として、量子井戸層の数を増加さ
せることが行われていた。この方法は実質的な光電変換
部分である量子井戸の体積を増加させるため、高出力化
に効用がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、量子井
戸層の数を増加させ過ぎると、有効質量の重いホールが
ｐ領域から離れた量子井戸には注入されにくくなり、そ
のようなホールの注入が不十分な量子井戸が光学的な損
失を作り出し、高出力化に限界を与えるという問題があ
った。そこで、ホールの注入を容易にする量子井戸構造
の提案が課題となっていた。
戸層の数を増加させ過ぎると、有効質量の重いホールが
ｐ領域から離れた量子井戸には注入されにくくなり、そ
のようなホールの注入が不十分な量子井戸が光学的な損
失を作り出し、高出力化に限界を与えるという問題があ
った。そこで、ホールの注入を容易にする量子井戸構造
の提案が課題となっていた。
【０００５】本発明は量子井戸層の数が増加した場合で
も、ｐ領域から離れた量子井戸に十分なホール注入が行
えるような量子井戸構造を提供するものである。
も、ｐ領域から離れた量子井戸に十分なホール注入が行
えるような量子井戸構造を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、量子井戸層と障壁層の間に遷移層を有し、そのこ
とにより、上記課題の解決が図られる。
置は、量子井戸層と障壁層の間に遷移層を有し、そのこ
とにより、上記課題の解決が図られる。
【０００７】すなわち、請求項１記載の本発明の半導体
レーザ装置は、半導体量子井戸構造の活性層を有する半
導体レーザにおいて、該半導体量子井戸構造を構成する
量子井戸層と量子井戸層より大なるバンドギャップを有
する障壁層の間に遷移層を有し、その遷移層のバンドギ
ャップは量子井戸層の接する界面では量子井戸層のバン
ドギャップに等しく、障壁層に接する界面では障壁層の
バンドギャップに等しく、遷移層の内部においてはバン
ドギャップの大きさが連続的かつ単調に変化しているこ
とを特徴とする。
レーザ装置は、半導体量子井戸構造の活性層を有する半
導体レーザにおいて、該半導体量子井戸構造を構成する
量子井戸層と量子井戸層より大なるバンドギャップを有
する障壁層の間に遷移層を有し、その遷移層のバンドギ
ャップは量子井戸層の接する界面では量子井戸層のバン
ドギャップに等しく、障壁層に接する界面では障壁層の
バンドギャップに等しく、遷移層の内部においてはバン
ドギャップの大きさが連続的かつ単調に変化しているこ
とを特徴とする。
【０００８】また、請求項２記載の本発明の半導体レー
ザ装置は、請求項１記載の半導体レーザ装置において、
遷移層の厚さが量子井戸層の厚さの１／５以上であるこ
とを特徴とする。
ザ装置は、請求項１記載の半導体レーザ装置において、
遷移層の厚さが量子井戸層の厚さの１／５以上であるこ
とを特徴とする。
【０００９】
【作用】量子井戸構造内でのキャリア（エレクトロン、
ホール）の挙動は、波動として取り扱えることは広く知
られている。一般に波動の振る舞いは、その媒質を特徴
づける定量的なパラメータにより支配される。そして、
そのパラメータが不連続に、また、急峻に変化する部分
では波動の反射が生じ、波動の進行は妨げられる。量子
井戸構造内のキャリアに対する当該パラメータとして、
定性的には、バンドギャップを用いることができる。従
来構造の量子井戸では、量子井戸層と障壁層との間に遷
移層は存在せず、量子井戸層と障壁層のバンドギャップ
は不連続に変化し、キャリアの進行の面では不利であっ
た。本発明は、量子井戸層と障壁層の間に遷移層を設
け、バンドギャップの変化を連続的にし、キャリアの進
行を円滑にするものである。これにより、ｐ領域から離
れた量子井戸にもホールが十分に注入される作用を与え
る。
ホール）の挙動は、波動として取り扱えることは広く知
られている。一般に波動の振る舞いは、その媒質を特徴
づける定量的なパラメータにより支配される。そして、
そのパラメータが不連続に、また、急峻に変化する部分
では波動の反射が生じ、波動の進行は妨げられる。量子
井戸構造内のキャリアに対する当該パラメータとして、
定性的には、バンドギャップを用いることができる。従
来構造の量子井戸では、量子井戸層と障壁層との間に遷
移層は存在せず、量子井戸層と障壁層のバンドギャップ
は不連続に変化し、キャリアの進行の面では不利であっ
た。本発明は、量子井戸層と障壁層の間に遷移層を設
け、バンドギャップの変化を連続的にし、キャリアの進
行を円滑にするものである。これにより、ｐ領域から離
れた量子井戸にもホールが十分に注入される作用を与え
る。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第一の実施例である半導体レーザの断面
図である。図１において１は上部電極、２はキャップ
層、３は上部クラッド層、４は上部ガイド層、５は活性
層、６は下部ガイド層、７は下部クラッド層、８は結晶
成長基板、９は下部電極である。本実施例では、キャッ
プ層２としては０．５μｍ厚のｐ型ＩｎＧａＡｓＰを用
い、上部クラッド層３としては１〜２μｍ厚のｐ型Ｉｎ
Ｐ、下部クラッド層７としては０．２μｍ厚のｎ型Ｉｎ
Ｐ、上部ガイド層４および下部ガイド層６としてはそれ
ぞれ０．２μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ、結晶成長基板８と
しては数１００μｍ厚のｎ型ＩｎＰを用いた。活性層は
総厚が０．１μｍであり、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ
の量子井戸層１０層と量子井戸層よりバンドギャップが
広い障壁層、および、量子井戸層と障壁層の間にある厚
さ２ｎｍの遷移層からなっている。本発明の半導体レー
ザの作製は、これらの層２〜７を結晶成長基板８上に図
１に示す順序で、順次分子線エポタキシー法により結晶
成長させた後、キャップ層２および結晶成長基板８の裏
面側に上部電極１および下部電極９をそれぞれ設けるこ
とにより作製される。遷移層内でのバンドギャップは、
量子井戸層に接する界面における量子井戸層のバンドギ
ャップに等しい値から、障壁層に接する界面における障
壁層のバンドギャップに等しい値まで直線的に変化して
いる。このバンドギャップの変化は結晶成長のために供
給されるガス成分の比率を変化させることにより達成す
ることができる。本レーザの共振器長は５００μｍであ
る。また、発振波長は１．５３μｍであった。本実施例
のレーザの室温における特性を図２に示す。実線１０は
本実施例のレーザの電流−光出力特性を表わす。波線１
１は比較のために製作した従来構造のレーザの電流−光
出力特性を表わす。従来構造のレーザは、本実施例のレ
ーザと比べ、障壁層の組成や厚さは変わらないものの、
遷移層を持たない構造となっている。また、従来構造の
レーザでは量子井戸層の厚さを６ｎｍとし、従来構造の
レーザの発振波長と本実施例のレーザの発振波長が一致
するようにしてある。図２は本実施例のレーザが従来構
造のレーザに比べ、高出力であり、閾値も小さいことを
示している。すなわち、図２は本発明がレーザの出力を
上昇させる効果を有していることを示している。
図１は本発明の第一の実施例である半導体レーザの断面
図である。図１において１は上部電極、２はキャップ
層、３は上部クラッド層、４は上部ガイド層、５は活性
層、６は下部ガイド層、７は下部クラッド層、８は結晶
成長基板、９は下部電極である。本実施例では、キャッ
プ層２としては０．５μｍ厚のｐ型ＩｎＧａＡｓＰを用
い、上部クラッド層３としては１〜２μｍ厚のｐ型Ｉｎ
Ｐ、下部クラッド層７としては０．２μｍ厚のｎ型Ｉｎ
Ｐ、上部ガイド層４および下部ガイド層６としてはそれ
ぞれ０．２μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ、結晶成長基板８と
しては数１００μｍ厚のｎ型ＩｎＰを用いた。活性層は
総厚が０．１μｍであり、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ
の量子井戸層１０層と量子井戸層よりバンドギャップが
広い障壁層、および、量子井戸層と障壁層の間にある厚
さ２ｎｍの遷移層からなっている。本発明の半導体レー
ザの作製は、これらの層２〜７を結晶成長基板８上に図
１に示す順序で、順次分子線エポタキシー法により結晶
成長させた後、キャップ層２および結晶成長基板８の裏
面側に上部電極１および下部電極９をそれぞれ設けるこ
とにより作製される。遷移層内でのバンドギャップは、
量子井戸層に接する界面における量子井戸層のバンドギ
ャップに等しい値から、障壁層に接する界面における障
壁層のバンドギャップに等しい値まで直線的に変化して
いる。このバンドギャップの変化は結晶成長のために供
給されるガス成分の比率を変化させることにより達成す
ることができる。本レーザの共振器長は５００μｍであ
る。また、発振波長は１．５３μｍであった。本実施例
のレーザの室温における特性を図２に示す。実線１０は
本実施例のレーザの電流−光出力特性を表わす。波線１
１は比較のために製作した従来構造のレーザの電流−光
出力特性を表わす。従来構造のレーザは、本実施例のレ
ーザと比べ、障壁層の組成や厚さは変わらないものの、
遷移層を持たない構造となっている。また、従来構造の
レーザでは量子井戸層の厚さを６ｎｍとし、従来構造の
レーザの発振波長と本実施例のレーザの発振波長が一致
するようにしてある。図２は本実施例のレーザが従来構
造のレーザに比べ、高出力であり、閾値も小さいことを
示している。すなわち、図２は本発明がレーザの出力を
上昇させる効果を有していることを示している。
【００１１】（実施例２）本発明の実施例２として、遷
移層の厚さと光出力の関係を示す。レーザの構造は活性
層を除き、実施例１に示した構造と同一である。また、
活性層においても障壁層の厚さは実施例１と同一であ
る。量子井戸構造半導体レーザでは、発振波長は量子井
戸層の厚さにも依存する。本発明のような遷移層を有す
る量子井戸構造半導体レーザでは、量子井戸層の厚さと
片側の遷移層の厚さの和（図３中のｗ＋ｔ）が従来構造
の量子井戸層の厚さにほぼ対応することが実験的に示さ
れた。本実施例２では遷移層の厚さと量子井戸層の厚さ
の和を６ｎｍと一定にし、遷移層の厚さの量子井戸層の
厚さに対する分率がレーザ特性にどのような影響を及ぼ
すかを例として示す。図３は電流２００ｍＡにおける光
出力を遷移層の厚さの量子井戸層の厚さに対する分率に
対して示したものである。図３は本発明が遷移層の厚さ
が量子井戸層の厚さの１／５以上である場合に特に効果
を発揮することを示している。
移層の厚さと光出力の関係を示す。レーザの構造は活性
層を除き、実施例１に示した構造と同一である。また、
活性層においても障壁層の厚さは実施例１と同一であ
る。量子井戸構造半導体レーザでは、発振波長は量子井
戸層の厚さにも依存する。本発明のような遷移層を有す
る量子井戸構造半導体レーザでは、量子井戸層の厚さと
片側の遷移層の厚さの和（図３中のｗ＋ｔ）が従来構造
の量子井戸層の厚さにほぼ対応することが実験的に示さ
れた。本実施例２では遷移層の厚さと量子井戸層の厚さ
の和を６ｎｍと一定にし、遷移層の厚さの量子井戸層の
厚さに対する分率がレーザ特性にどのような影響を及ぼ
すかを例として示す。図３は電流２００ｍＡにおける光
出力を遷移層の厚さの量子井戸層の厚さに対する分率に
対して示したものである。図３は本発明が遷移層の厚さ
が量子井戸層の厚さの１／５以上である場合に特に効果
を発揮することを示している。
【００１２】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能
であることは勿論である。
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能
であることは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体量子井戸構造の活性層を有する半導体レーザにお
いて、請求項１に記載の遷移層を設けたことにより、量
子井戸層の数が多い場合でも光出力を低下させない効果
をもたらす。
半導体量子井戸構造の活性層を有する半導体レーザにお
いて、請求項１に記載の遷移層を設けたことにより、量
子井戸層の数が多い場合でも光出力を低下させない効果
をもたらす。
【００１４】また、請求項２に記載のように、遷移度の
厚さを量子井戸層の厚さの１／５以上とすることによ
り、より大きい効果が得られる。
厚さを量子井戸層の厚さの１／５以上とすることによ
り、より大きい効果が得られる。
【図１】本発明の第一の実施例である半導体レーザの断
面を示す模式図である。
面を示す模式図である。
【図２】本発明の第一の実施例である半導体レーザの電
流−光出力特性、および、従来構造のレーザの電流−光
出力特性を示すグラフである。
流−光出力特性、および、従来構造のレーザの電流−光
出力特性を示すグラフである。
【図３】本発明の第二の実施例である半導体レーザ（複
数）において電流２００ｍＡにおける光出力と遷移層の
厚さの量子井戸層の厚さに対する分率の関係を示すグラ
フである。
数）において電流２００ｍＡにおける光出力と遷移層の
厚さの量子井戸層の厚さに対する分率の関係を示すグラ
フである。
１ 上部電極 ２ キャップ層 ３ 上部クラッド層 ４ 上部ガイド層 ５ 活性層 ６ 下部ガイド層 ７ 下部クラッド層 ８ 結晶成長基板 ９ 下部電極 １０ 本実施例のレーザの電流−光出力特性を表わす線 １１ 従来構造のレーザの電流−光出力特性を表わす線 １２ 電流２００ｍＡにおける光出力と遷移層の厚さの
量子井戸の厚さに対する分率の関係を与える曲線
量子井戸の厚さに対する分率の関係を与える曲線
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体量子井戸構造の活性層を有する半
導体レーザにおいて、該半導体量子井戸構造を構成する
量子井戸層と量子井戸層より大なるバンドギャップを有
する障壁層の間に遷移層を有し、その遷移層のバンドギ
ャップは量子井戸層の接する界面では量子井戸層のバン
ドギャップに等しく、障壁層に接する界面では障壁層の
バンドギャップに等しく、遷移層の内部においてはバン
ドギャップの大きさが連続的かつ単調に変化しているこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 請求項１の半導体レーザ装置において、
遷移層の厚さが量子井戸層の厚さの１／５以上であるこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18831794A JPH0856044A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18831794A JPH0856044A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0856044A true JPH0856044A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=16221492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18831794A Pending JPH0856044A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0856044A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6160829A (en) * | 1997-05-21 | 2000-12-12 | Nec Corporation | Self-sustained pulsation semiconductor laser |
| CN111406306A (zh) * | 2017-12-01 | 2020-07-10 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置的制造方法、半导体装置 |
-
1994
- 1994-08-10 JP JP18831794A patent/JPH0856044A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6160829A (en) * | 1997-05-21 | 2000-12-12 | Nec Corporation | Self-sustained pulsation semiconductor laser |
| CN111406306A (zh) * | 2017-12-01 | 2020-07-10 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置的制造方法、半导体装置 |
| CN111406306B (zh) * | 2017-12-01 | 2024-03-12 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置的制造方法、半导体装置 |
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