JPH09148682A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
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- JPH09148682A JPH09148682A JP32505395A JP32505395A JPH09148682A JP H09148682 A JPH09148682 A JP H09148682A JP 32505395 A JP32505395 A JP 32505395A JP 32505395 A JP32505395 A JP 32505395A JP H09148682 A JPH09148682 A JP H09148682A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力かつ高信頼性の半導体光素子を提供す
る。 【解決手段】 半導体レーザ１０は、ＩnＧaＡs単一量
子井戸活性層１２をｎ−ＩnＧaＰ下部クラッド層１４と
ｐ−ＩnＧaＰ上部クラッド層１６とで挟んだ層構造をｎ
+ −Ｇa Ａs 半導体基板１８上に備えている。活性層と
上部クラッド層との間には活性層から上部クラッド層に
向かって、順次、ｐ−ＧaＡsＰ（Ａｓ＝０．８５）から
なる障壁層兼第１光閉じ込め層２０と、第２光閉じ込め
層としてｐ−ＩnＧaＰ（Ｇａ＝０．３８）からなる膜厚
２０ｎｍの歪光閉じ込め層２２とが形成されている。下
部クラッド層と活性層との間には、ｎ−ＩnＧaＡsＰ障
壁層兼光閉じ込め層２４が形成されている。第１光閉じ
込め層及び第２光閉じ込め層の格子定数が活性層から上
部クラッド層に向かって段階的に減少している。これに
より、上部クラッド層から活性層に至る間の価電子帯エ
ネルギーレベルが、段階的に変化して減少する。
る。 【解決手段】 半導体レーザ１０は、ＩnＧaＡs単一量
子井戸活性層１２をｎ−ＩnＧaＰ下部クラッド層１４と
ｐ−ＩnＧaＰ上部クラッド層１６とで挟んだ層構造をｎ
+ −Ｇa Ａs 半導体基板１８上に備えている。活性層と
上部クラッド層との間には活性層から上部クラッド層に
向かって、順次、ｐ−ＧaＡsＰ（Ａｓ＝０．８５）から
なる障壁層兼第１光閉じ込め層２０と、第２光閉じ込め
層としてｐ−ＩnＧaＰ（Ｇａ＝０．３８）からなる膜厚
２０ｎｍの歪光閉じ込め層２２とが形成されている。下
部クラッド層と活性層との間には、ｎ−ＩnＧaＡsＰ障
壁層兼光閉じ込め層２４が形成されている。第１光閉じ
込め層及び第２光閉じ込め層の格子定数が活性層から上
部クラッド層に向かって段階的に減少している。これに
より、上部クラッド層から活性層に至る間の価電子帯エ
ネルギーレベルが、段階的に変化して減少する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザなど
の半導体光素子に関し、更に詳細には、高出力で、かつ
高信頼性を有する半導体光素子に関するものである。
の半導体光素子に関し、更に詳細には、高出力で、かつ
高信頼性を有する半導体光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】波長０．９８μｍの光を発生する半導体
レーザは、Ｅｒ（エルビウム）等の希土類イオンをドー
プした光ファイバを用いた光増幅器の励起用光源として
用いられる場合が多く、その場合、半導体レーザには、
数１００ｍＷ以上の非常に高い出力が要求される。
レーザは、Ｅｒ（エルビウム）等の希土類イオンをドー
プした光ファイバを用いた光増幅器の励起用光源として
用いられる場合が多く、その場合、半導体レーザには、
数１００ｍＷ以上の非常に高い出力が要求される。
【０００３】このような高出力の半導体レーザでは、レ
ーザ端面での光密度が増加するに伴い結晶構造の劣化が
急激に進行し、最悪の場合には端面破壊による突然死
（Catastrophic Optical Damage 、以下、ＣＯＤと略記
する）が生じ、レーザの発振が突然停止してしまうと言
う問題があった。これでは、半導体レーザに対する信頼
性を低下させることになる。そこで、半導体レーザのレ
ーザ端面におけるこのＣＯＤ現象の発生を防止して、半
導体レーザの信頼性を向上させるためには、ＣＯＤが生
じる出力レベル、即ちＣＯＤレベルを高くする必要があ
る。
ーザ端面での光密度が増加するに伴い結晶構造の劣化が
急激に進行し、最悪の場合には端面破壊による突然死
（Catastrophic Optical Damage 、以下、ＣＯＤと略記
する）が生じ、レーザの発振が突然停止してしまうと言
う問題があった。これでは、半導体レーザに対する信頼
性を低下させることになる。そこで、半導体レーザのレ
ーザ端面におけるこのＣＯＤ現象の発生を防止して、半
導体レーザの信頼性を向上させるためには、ＣＯＤが生
じる出力レベル、即ちＣＯＤレベルを高くする必要があ
る。
【０００４】ＣＯＤレベルを高くする方策の一つとし
て、活性なＡｌを避けてＡｌフリーのＩnＧaＰでクラッ
ド層を形成した半導体レーザが提案されている。図４
（ａ）は、ＡｌフリーのＩnＧaＰをクラッド層に用いた
従来のリッジ構造型半導体レーザの層構造を示し、図４
（ｂ）は、図４（ａ）に示す層構造に対応した価電子帯
のエネルギーレベルを示す図である。
て、活性なＡｌを避けてＡｌフリーのＩnＧaＰでクラッ
ド層を形成した半導体レーザが提案されている。図４
（ａ）は、ＡｌフリーのＩnＧaＰをクラッド層に用いた
従来のリッジ構造型半導体レーザの層構造を示し、図４
（ｂ）は、図４（ａ）に示す層構造に対応した価電子帯
のエネルギーレベルを示す図である。
【０００５】半導体レーザ６０は、ＩnＧaＡsからなる
活性層６２をｎ−ＩnＧaＰからなる下部クラッド層１４
とｐ−ＩnＧaＰからなる上部クラッド層１６とで挟んだ
層構造をｎ+ −Ｇa Ａs 基板１８上に備えている。更
に、活性層１２と下部クラッド層１４との間及び活性層
１２と上部クラッド層１６との間には、それぞれｎ−Ｉ
nＧaＡsＰ及びｐ−ＩnＧaＡsＰからなる障壁層兼光閉じ
込め層６４、６６が形成されている。また、上部クラッ
ド層１６上にはｐ+ −Ｇa Ａs からなるコンタクト層２
６を介して上部電極２８、基板１８の下には下部電極３
０がそれぞれ形成されている。
活性層６２をｎ−ＩnＧaＰからなる下部クラッド層１４
とｐ−ＩnＧaＰからなる上部クラッド層１６とで挟んだ
層構造をｎ+ −Ｇa Ａs 基板１８上に備えている。更
に、活性層１２と下部クラッド層１４との間及び活性層
１２と上部クラッド層１６との間には、それぞれｎ−Ｉ
nＧaＡsＰ及びｐ−ＩnＧaＡsＰからなる障壁層兼光閉じ
込め層６４、６６が形成されている。また、上部クラッ
ド層１６上にはｐ+ −Ｇa Ａs からなるコンタクト層２
６を介して上部電極２８、基板１８の下には下部電極３
０がそれぞれ形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の半導体
レーザ６０では、ＩnＧaＰのクラッド層とＩnＧaＡsＰ
の障壁層兼光閉じ込め層との界面で、価電子帯エネルギ
ーの不連続量が著しく大きいために、順バイアス電圧が
印加されたとき、正孔の注入がクラッド層と障壁層兼光
閉じ込め層との界面で妨げられる。その結果、高出力を
要する動作点でのバイアス電圧が高くなるという問題が
あった。以上のように、従来のＩnＧaＰ系半導体レーザ
では、高出力を要する動作点でのバイアス電圧を低く維
持しつつＣＯＤレベルを高くすることは難しかった。
尚、半導体レーザを例にしてこの問題を説明したが、他
の半導体光素子についても同様である。
レーザ６０では、ＩnＧaＰのクラッド層とＩnＧaＡsＰ
の障壁層兼光閉じ込め層との界面で、価電子帯エネルギ
ーの不連続量が著しく大きいために、順バイアス電圧が
印加されたとき、正孔の注入がクラッド層と障壁層兼光
閉じ込め層との界面で妨げられる。その結果、高出力を
要する動作点でのバイアス電圧が高くなるという問題が
あった。以上のように、従来のＩnＧaＰ系半導体レーザ
では、高出力を要する動作点でのバイアス電圧を低く維
持しつつＣＯＤレベルを高くすることは難しかった。
尚、半導体レーザを例にしてこの問題を説明したが、他
の半導体光素子についても同様である。
【０００７】そこで、本発明の目的は、高出力かつ高信
頼性の半導体光素子を提供することである。
頼性の半導体光素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した従
来の半導体レーザにおいて、先ず、元素組成を連続的に
変化させたいわゆるContinuous−ＧＲＩＮ（Graded-Ind
ex) 構造を障壁層兼光閉じ込め層を形成するＩnＧaＡs
Ｐ層に適用して、価電子帯エネルギーの不連続性を緩和
することにより、高出力を要する動作点でのバイアス電
圧を低くすることを研究した。
来の半導体レーザにおいて、先ず、元素組成を連続的に
変化させたいわゆるContinuous−ＧＲＩＮ（Graded-Ind
ex) 構造を障壁層兼光閉じ込め層を形成するＩnＧaＡs
Ｐ層に適用して、価電子帯エネルギーの不連続性を緩和
することにより、高出力を要する動作点でのバイアス電
圧を低くすることを研究した。
【０００９】しかし、ＧaＡs基板上のＩnＧaＡsＰ４元
層では、図５に示すように非混和領域が存在する。図５
中、リング状の曲線は等温度曲線、略直線状の実線は等
バンドギャップ曲線、略直線状の破線は等格子定数曲線
である。温度曲線で囲まれた中の領域は、その温度以下
の成長温度では結晶の組成が不均一になるいわゆる非混
和領域、言い換えれば、不均一な成長が生じて異なった
組成の結晶が混在すると言う領域である。従って、Ｉn
ＧaＡsＰの組成を連続的に変化させて、Continuous−Ｇ
ＲＩＮ構造の障壁層兼光閉じ込め層を構成し、これによ
り、ＩnＧaＰクラッド層とＩnＧaＡsＰ障壁層兼光閉じ
込め層との価電子帯エネルギーの不連続性を緩和しよう
としても、変化させた組成が非混和領域に入ることにな
った場合、意図した組成の混晶を得ることが出来ない。
よって、Continuous−ＧＲＩＮ構造をＩnＧaＡsＰから
なる障壁層兼光閉じ込め層に採用することは難しい。
層では、図５に示すように非混和領域が存在する。図５
中、リング状の曲線は等温度曲線、略直線状の実線は等
バンドギャップ曲線、略直線状の破線は等格子定数曲線
である。温度曲線で囲まれた中の領域は、その温度以下
の成長温度では結晶の組成が不均一になるいわゆる非混
和領域、言い換えれば、不均一な成長が生じて異なった
組成の結晶が混在すると言う領域である。従って、Ｉn
ＧaＡsＰの組成を連続的に変化させて、Continuous−Ｇ
ＲＩＮ構造の障壁層兼光閉じ込め層を構成し、これによ
り、ＩnＧaＰクラッド層とＩnＧaＡsＰ障壁層兼光閉じ
込め層との価電子帯エネルギーの不連続性を緩和しよう
としても、変化させた組成が非混和領域に入ることにな
った場合、意図した組成の混晶を得ることが出来ない。
よって、Continuous−ＧＲＩＮ構造をＩnＧaＡsＰから
なる障壁層兼光閉じ込め層に採用することは難しい。
【００１０】そこで、本発明者は、格子定数が相互に異
なる光閉じ込め層を構成することに着目し、本発明を完
成するに到った。よって、上記目的を達成するために、
本発明に係る半導体光素子は、活性層を上部クラッド層
及び下部クラッド層とで挟んだ層構造を半導体基板上に
備えた半導体光素子において、下部クラッドと活性層と
の間及び活性層と上部クラッドとの間の少なくとも一方
の間で、基板よりも格子定数の小さい混晶構造の半導体
からなる第１の光閉じ込め層及び基板よりも格子定数の
大きい混晶構造の半導体からなる第２の光閉じ込め層
が、活性層からクラッド層に向う方向に順次形成されて
いることを特徴としている。
なる光閉じ込め層を構成することに着目し、本発明を完
成するに到った。よって、上記目的を達成するために、
本発明に係る半導体光素子は、活性層を上部クラッド層
及び下部クラッド層とで挟んだ層構造を半導体基板上に
備えた半導体光素子において、下部クラッドと活性層と
の間及び活性層と上部クラッドとの間の少なくとも一方
の間で、基板よりも格子定数の小さい混晶構造の半導体
からなる第１の光閉じ込め層及び基板よりも格子定数の
大きい混晶構造の半導体からなる第２の光閉じ込め層
が、活性層からクラッド層に向う方向に順次形成されて
いることを特徴としている。
【００１１】本発明に係る好適な実施態様は、半導体基
板がＧa Ａs で、上部クラッド層及び下部クラッド層が
ＩnＧaＰでそれぞれ形成され、かつ第１光閉じ込め層及
び第２光閉じ込め層がそれぞれＧaＡsＰ層及びＩnＧaＰ
層で形成されていることを特徴としている。
板がＧa Ａs で、上部クラッド層及び下部クラッド層が
ＩnＧaＰでそれぞれ形成され、かつ第１光閉じ込め層及
び第２光閉じ込め層がそれぞれＧaＡsＰ層及びＩnＧaＰ
層で形成されていることを特徴としている。
【００１２】ＧaＡsＰ層は、格子定数が基板を構成する
Ｇa Ａs より小さく、障壁層兼第１光閉じ込め層として
機能する。また、ＩnＧaＰ層は、格子定数が基板を構成
するＧaＡsよりも大きく、格子整合ＩnＧaＰクラッド層
とＧaＡsＰ障壁層兼光閉じ込め層との間の中間的なバン
ドギャップを有する第２光閉じ込め層として機能する。
本発明に規定した格子定数を有する第１光閉じ込め層及
び第２光閉じ込め層を活性層とクラッド層との間に設け
ることにより、半導体の格子定数とバンドギャップとの
関係から、クラッド層から活性層に至る価電子帯エネル
ギーレベルの不連続性が緩和され、キャリアの注入、特
に正孔の注入が改善される。
Ｇa Ａs より小さく、障壁層兼第１光閉じ込め層として
機能する。また、ＩnＧaＰ層は、格子定数が基板を構成
するＧaＡsよりも大きく、格子整合ＩnＧaＰクラッド層
とＧaＡsＰ障壁層兼光閉じ込め層との間の中間的なバン
ドギャップを有する第２光閉じ込め層として機能する。
本発明に規定した格子定数を有する第１光閉じ込め層及
び第２光閉じ込め層を活性層とクラッド層との間に設け
ることにより、半導体の格子定数とバンドギャップとの
関係から、クラッド層から活性層に至る価電子帯エネル
ギーレベルの不連続性が緩和され、キャリアの注入、特
に正孔の注入が改善される。
【００１３】また、ＧaＡsＰ及びＩnＧaＰは３元層であ
るから、成膜時の層の成長条件を把握して層を均一に成
長させることが容易であり、層の組成を連続的に変化さ
せることも比較的容易である。しかも、上述した非混和
領域を避けることができる。更に、ＧaＡsＰの格子定数
はＧaＡsのそれよりも小さく、ＩnＧaＰの格子定数はＧ
aＡsのそれより大きいので、Ｇa Ａs Ｐ層とＩnＧaＰ層
とは、互いに歪を打ち消し合い、歪蓄積による悪影響が
生じない。
るから、成膜時の層の成長条件を把握して層を均一に成
長させることが容易であり、層の組成を連続的に変化さ
せることも比較的容易である。しかも、上述した非混和
領域を避けることができる。更に、ＧaＡsＰの格子定数
はＧaＡsのそれよりも小さく、ＩnＧaＰの格子定数はＧ
aＡsのそれより大きいので、Ｇa Ａs Ｐ層とＩnＧaＰ層
とは、互いに歪を打ち消し合い、歪蓄積による悪影響が
生じない。
【００１４】上述のことから、本発明に係る好適な実施
態様は、半導体基板がＧa Ａs で、上部クラッド層及び
下部クラッド層がＩnＧaＰでそれぞれ形成され、かつ第
１光閉じ込め層及び第２光閉じ込め層がそれぞれＧaＡs
Ｐ層及びＩnＧaＰ層で形成されていることを特徴として
いる。本発明に係る更に好適な実施態様は、ＧaＡsＰ層
の格子定数及びＩnＧaＰ層の格子定数が活性層からクラ
ッド層に向かって連続的に減少していることを特徴とし
ている。
態様は、半導体基板がＧa Ａs で、上部クラッド層及び
下部クラッド層がＩnＧaＰでそれぞれ形成され、かつ第
１光閉じ込め層及び第２光閉じ込め層がそれぞれＧaＡs
Ｐ層及びＩnＧaＰ層で形成されていることを特徴として
いる。本発明に係る更に好適な実施態様は、ＧaＡsＰ層
の格子定数及びＩnＧaＰ層の格子定数が活性層からクラ
ッド層に向かって連続的に減少していることを特徴とし
ている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例１ 本実施例は、本発明に係るＩnＧaＰ系リッジ構造型半導
体レーザの一例である。図１（ａ）は実施例１の半導体
レーザの層構造を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す
層構造に対応した価電子帯のエネルギーレベル、即ちバ
ンドギャップの大きさを示す図である。図１から図３に
示す層構造のうち、図４に示す層と同じ組成及び機能を
有する層には同じ符号を付し、その説明を省略する。
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例１ 本実施例は、本発明に係るＩnＧaＰ系リッジ構造型半導
体レーザの一例である。図１（ａ）は実施例１の半導体
レーザの層構造を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す
層構造に対応した価電子帯のエネルギーレベル、即ちバ
ンドギャップの大きさを示す図である。図１から図３に
示す層構造のうち、図４に示す層と同じ組成及び機能を
有する層には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】本実施例の半導体レーザ１０は、ＩnＧaＡ
s（Ｇａ＝０．８５、歪＝＋１．１％）からなる膜厚９
ｎｍの単一量子井戸活性層１２をｎ−ＩnＧaＰからなる
下部クラッド層１４とｐ−ＩnＧaＰからなる上部クラッ
ド層１６とで挟んだ層構造をｎ+ −Ｇa Ａs からなる半
導体基板１８上に備えている。
s（Ｇａ＝０．８５、歪＝＋１．１％）からなる膜厚９
ｎｍの単一量子井戸活性層１２をｎ−ＩnＧaＰからなる
下部クラッド層１４とｐ−ＩnＧaＰからなる上部クラッ
ド層１６とで挟んだ層構造をｎ+ −Ｇa Ａs からなる半
導体基板１８上に備えている。
【００１７】更に、活性層１２と上部クラッド層１６と
の間には活性層１２から上部クラッド層１６に向かっ
て、順次、ｐ−ＧaＡsＰ（Ａｓ＝０．８５、歪＝−０．
５％）からなる膜厚３０ｎｍの障壁層兼第１光閉じ込め
層２０と、第２光閉じ込め層としてｐ−ＩnＧaＰ（Ｇａ
＝０．３８、歪＝＋１％）からなる膜厚２０ｎｍの歪光
閉じ込め層２２とが形成されている。一方、下部クラッ
ド層１４と活性層１２との間には、バンドギャップ波長
が０．８μｍのｎ−ＩnＧaＡsＰからなる膜厚５０ｎｍ
の障壁層兼光閉じ込め層２４が形成されている。
の間には活性層１２から上部クラッド層１６に向かっ
て、順次、ｐ−ＧaＡsＰ（Ａｓ＝０．８５、歪＝−０．
５％）からなる膜厚３０ｎｍの障壁層兼第１光閉じ込め
層２０と、第２光閉じ込め層としてｐ−ＩnＧaＰ（Ｇａ
＝０．３８、歪＝＋１％）からなる膜厚２０ｎｍの歪光
閉じ込め層２２とが形成されている。一方、下部クラッ
ド層１４と活性層１２との間には、バンドギャップ波長
が０．８μｍのｎ−ＩnＧaＡsＰからなる膜厚５０ｎｍ
の障壁層兼光閉じ込め層２４が形成されている。
【００１８】本実施例では、以上の構成により、第１光
閉じ込め層２０及び第２光閉じ込め層２２の格子定数が
活性層１２から上部クラッド層１６に向かって段階的に
減少している。これにより、半導体の格子定数とバンド
ギャップとの関係から、図１（ｂ）に示すように、上部
クラッド層１６から活性層１２に至る間の価電子帯エネ
ルギーレベルが、活性層１２から下部クラッド層１４に
至る間の価電子帯エネルギーレベルの変化（従来と同じ
大きさ）に比べて、段階的に変化しつつ減少している。
閉じ込め層２０及び第２光閉じ込め層２２の格子定数が
活性層１２から上部クラッド層１６に向かって段階的に
減少している。これにより、半導体の格子定数とバンド
ギャップとの関係から、図１（ｂ）に示すように、上部
クラッド層１６から活性層１２に至る間の価電子帯エネ
ルギーレベルが、活性層１２から下部クラッド層１４に
至る間の価電子帯エネルギーレベルの変化（従来と同じ
大きさ）に比べて、段階的に変化しつつ減少している。
【００１９】実施例１の積層構造を備える半導体レーザ
を評価するために、同じ積層構造を有する幅２μｍ、長
さ１ｍｍのリッジ構造型の試料半導体レーザを作製し、
順バイアス電圧と注入電流との関係を測定したところ、
注入電流が２００ｍＡの時、バイアス電圧は、２．１Ｖ
であった。一方、図４に示した従来の積層構造を有する
リッジ構造型の同じ寸法の半導体レーザを作製し、順バ
イアス電圧と注入電流との関係を測定したところ、注入
電流が２００ｍＡの時、バイアス電圧は、２．３Ｖであ
った。この結果から、実施例１の半導体レーザは、従来
の半導体レーザに比べて、２００ｍＡと言う高い出力の
動作点でのバイアス電圧が低いことが判る。
を評価するために、同じ積層構造を有する幅２μｍ、長
さ１ｍｍのリッジ構造型の試料半導体レーザを作製し、
順バイアス電圧と注入電流との関係を測定したところ、
注入電流が２００ｍＡの時、バイアス電圧は、２．１Ｖ
であった。一方、図４に示した従来の積層構造を有する
リッジ構造型の同じ寸法の半導体レーザを作製し、順バ
イアス電圧と注入電流との関係を測定したところ、注入
電流が２００ｍＡの時、バイアス電圧は、２．３Ｖであ
った。この結果から、実施例１の半導体レーザは、従来
の半導体レーザに比べて、２００ｍＡと言う高い出力の
動作点でのバイアス電圧が低いことが判る。
【００２０】実施例２ 本実施例は、組成、従って格子定数が段階的に変化して
いる、いわゆるステップＧＲＩＮ構造の光閉じ込め層を
有するリッジ構造型のＩnＧaＰ系半導体レーザの例であ
る。図２（ａ）は実施例２の層構造を示す図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）に示す層構造に対応した価電子帯
のエネルギーレベルを示す図である。本実施例の半導体
レーザ４０では、実施例１の半導体レーザ１０の層構造
の障壁層兼光閉じ込め層２０及び歪光閉じ込め層２２に
代えて、組成比率が相互に異なるｐ−ＧaＡsＰからなる
障壁層４２及び第１光閉じ込め層４４と、組成比率が相
互に異なるｐ−ＩnＧaＰからなる下層第２歪光閉じ込め
層４６及び下層第２歪光閉じ込め層４８とから構成され
ている。
いる、いわゆるステップＧＲＩＮ構造の光閉じ込め層を
有するリッジ構造型のＩnＧaＰ系半導体レーザの例であ
る。図２（ａ）は実施例２の層構造を示す図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）に示す層構造に対応した価電子帯
のエネルギーレベルを示す図である。本実施例の半導体
レーザ４０では、実施例１の半導体レーザ１０の層構造
の障壁層兼光閉じ込め層２０及び歪光閉じ込め層２２に
代えて、組成比率が相互に異なるｐ−ＧaＡsＰからなる
障壁層４２及び第１光閉じ込め層４４と、組成比率が相
互に異なるｐ−ＩnＧaＰからなる下層第２歪光閉じ込め
層４６及び下層第２歪光閉じ込め層４８とから構成され
ている。
【００２１】障壁層４２は、Ａｓ＝０．８５、歪＝−
０．５％の膜厚１０ｎｍのｐ−Ｇa Ａs Ｐ層であり、第
１歪光閉じ込め層４４は、Ａｓ＝０．７２、歪＝−１％
の膜厚２０ｎｍのｐ−Ｇa Ａs Ｐ層であって、それぞれ
異なるステップで成膜されている。また、下層第２歪光
閉じ込め層４６は、Ｇａ＝０．４５、歪＝＋０．５％の
膜厚１０ｎｍであり、上層第２歪光閉じ込め層４８は、
Ｇａ＝０．３８、歪＝＋１％の膜厚１０ｎｍのｐ−Ｉn
ＧaＰ層であって、それぞれ異なるステップで成膜され
ている。以上を除いて、その他の層構造は、実施例１の
層構造と同じである。
０．５％の膜厚１０ｎｍのｐ−Ｇa Ａs Ｐ層であり、第
１歪光閉じ込め層４４は、Ａｓ＝０．７２、歪＝−１％
の膜厚２０ｎｍのｐ−Ｇa Ａs Ｐ層であって、それぞれ
異なるステップで成膜されている。また、下層第２歪光
閉じ込め層４６は、Ｇａ＝０．４５、歪＝＋０．５％の
膜厚１０ｎｍであり、上層第２歪光閉じ込め層４８は、
Ｇａ＝０．３８、歪＝＋１％の膜厚１０ｎｍのｐ−Ｉn
ＧaＰ層であって、それぞれ異なるステップで成膜され
ている。以上を除いて、その他の層構造は、実施例１の
層構造と同じである。
【００２２】本実施例では、以上の構成により、第１光
閉じ込め層としてのＧa Ａs Ｐ層及び第２光閉じ込め層
としてのＩnＧaＡsＰ層の格子定数が活性層から上部ク
ラッド層に向かって減少している。これにより、半導体
の格子定数とバンドギャップとの関係から、図２（ｂ）
に示すように、上部クラッド層１６から活性層１２に至
る間の価電子帯エネルギーレベルが、実施例１より更に
段階的に小さく変化しつつ減少している。
閉じ込め層としてのＧa Ａs Ｐ層及び第２光閉じ込め層
としてのＩnＧaＡsＰ層の格子定数が活性層から上部ク
ラッド層に向かって減少している。これにより、半導体
の格子定数とバンドギャップとの関係から、図２（ｂ）
に示すように、上部クラッド層１６から活性層１２に至
る間の価電子帯エネルギーレベルが、実施例１より更に
段階的に小さく変化しつつ減少している。
【００２３】実施例２の半導体レーザを評価するため
に、実施例１と同様にして試料半導体レーザを作製し、
順バイアス電圧と注入電流との関係を測定したところ、
２００ｍＡの注入電流におけるバイアス電圧は、２．０
Ｖまで低下した。これは、格子定数が上部クラッド層１
６から活性層１２に向かって細かく段階的に減少するよ
うに第１光閉じ込め層及び第２光閉じ込め層が細分化さ
れていることにより、価電子帯エネルギーレベルの不連
続性が緩和されていることに因る。
に、実施例１と同様にして試料半導体レーザを作製し、
順バイアス電圧と注入電流との関係を測定したところ、
２００ｍＡの注入電流におけるバイアス電圧は、２．０
Ｖまで低下した。これは、格子定数が上部クラッド層１
６から活性層１２に向かって細かく段階的に減少するよ
うに第１光閉じ込め層及び第２光閉じ込め層が細分化さ
れていることにより、価電子帯エネルギーレベルの不連
続性が緩和されていることに因る。
【００２４】実施例３ 本実施例は、組成、従って格子定数が連続的に変化して
いる、いわゆるContinuous−ＧＲＩＮ構造の光閉じ込め
層を有するリッジ構造型のＩnＧaＰ系半導体レーザの例
である。図３（ａ）は実施例３の層構造を示す図であ
り、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す層構造に対応した価
電子帯のエネルギーレベルを示す図である。本実施例の
半導体レーザ５０では、活性層１２と上部クラッド層１
６との間に、活性層１２から上部クラッド層１６に向か
って、順次、障壁層５２と、第１光閉じ込め層として光
閉じ込め層５４と、第２光閉じ込め層として歪光閉じ込
め層５６とが形成されている。
いる、いわゆるContinuous−ＧＲＩＮ構造の光閉じ込め
層を有するリッジ構造型のＩnＧaＰ系半導体レーザの例
である。図３（ａ）は実施例３の層構造を示す図であ
り、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す層構造に対応した価
電子帯のエネルギーレベルを示す図である。本実施例の
半導体レーザ５０では、活性層１２と上部クラッド層１
６との間に、活性層１２から上部クラッド層１６に向か
って、順次、障壁層５２と、第１光閉じ込め層として光
閉じ込め層５４と、第２光閉じ込め層として歪光閉じ込
め層５６とが形成されている。
【００２５】障壁層５２はＡｓ＝０．８５、歪＝−０．
５％のｐ−ＧaＡsＰからなる膜厚１０ｎｍの半導体層で
あり、光閉じ込め層５４はＡｓ＝０．８５、歪＝−０．
５％の組成からＡｓ＝０．７２、歪−１．０％の組成ま
でＧa とＡｓの割合が連続的に変化しているｐ−ＧaＡs
Ｐからなる膜厚２０ｎｍの半導体層であり、歪光閉じ込
め層５６は、Ｇａ＝０．３８、歪＝＋１％からＧａ＝
０．５２、歪＝０％までＩnとＧaの割合が連続的に変化
しているｐ−ＩnＧaＰからなる膜厚２０ｎｍの半導体層
である。以上のことを除いてその他の層構造は、実施例
１の層構造と同じである。
５％のｐ−ＧaＡsＰからなる膜厚１０ｎｍの半導体層で
あり、光閉じ込め層５４はＡｓ＝０．８５、歪＝−０．
５％の組成からＡｓ＝０．７２、歪−１．０％の組成ま
でＧa とＡｓの割合が連続的に変化しているｐ−ＧaＡs
Ｐからなる膜厚２０ｎｍの半導体層であり、歪光閉じ込
め層５６は、Ｇａ＝０．３８、歪＝＋１％からＧａ＝
０．５２、歪＝０％までＩnとＧaの割合が連続的に変化
しているｐ−ＩnＧaＰからなる膜厚２０ｎｍの半導体層
である。以上のことを除いてその他の層構造は、実施例
１の層構造と同じである。
【００２６】本実施例では、以上の構成により、第１光
閉じ込め層及び第２光閉じ込め層の格子定数が活性層か
ら上部クラッド層に向かって連続的に減少している。こ
れにより、半導体の格子定数とバンドギャップとの関係
から、図３（ｂ）に示すように、上部クラッド層１６か
ら活性層１２に至る間の価電子帯エネルギーレベルが連
続的に減少し、価電子帯エネルギーレベルの不連続性が
解消している。
閉じ込め層及び第２光閉じ込め層の格子定数が活性層か
ら上部クラッド層に向かって連続的に減少している。こ
れにより、半導体の格子定数とバンドギャップとの関係
から、図３（ｂ）に示すように、上部クラッド層１６か
ら活性層１２に至る間の価電子帯エネルギーレベルが連
続的に減少し、価電子帯エネルギーレベルの不連続性が
解消している。
【００２７】実施例３の半導体レーザを評価するため
に、実施例１と同様にして試料半導体レーザを作製し、
順バイアス電圧と注入電流との関係を測定したところ、
２００ｍＡの注入電流におけるバイアス電圧は、１．８
Ｖまで低下した。これは、第１光閉じ込め層及び第２光
閉じ込め層の格子定数が上部クラッド層１６から活性層
１２に向かってそれぞれ連続的に減少していることによ
り、上部クラッド層１６と活性層１２との間の価電子帯
エネルギーレベルの不連続性が殆ど解消したことに因
る。
に、実施例１と同様にして試料半導体レーザを作製し、
順バイアス電圧と注入電流との関係を測定したところ、
２００ｍＡの注入電流におけるバイアス電圧は、１．８
Ｖまで低下した。これは、第１光閉じ込め層及び第２光
閉じ込め層の格子定数が上部クラッド層１６から活性層
１２に向かってそれぞれ連続的に減少していることによ
り、上部クラッド層１６と活性層１２との間の価電子帯
エネルギーレベルの不連続性が殆ど解消したことに因
る。
【００２８】実施例１から実施例３の評価結果から判る
ように、本発明に係る層構造を備えたＩnＧaＰ系半導体
レーザでは、２００ｍＡと言う高出力の動作点における
バイアス電圧が、従来のＩnＧaＰ系半導体レーザに比べ
て低下している。
ように、本発明に係る層構造を備えたＩnＧaＰ系半導体
レーザでは、２００ｍＡと言う高出力の動作点における
バイアス電圧が、従来のＩnＧaＰ系半導体レーザに比べ
て低下している。
【００２９】以上、実施例として、ＩnＧaＡs活性層を
備えた半導体レーザを例に取って説明したが、本発明は
活性層がＩnＧaＡsである必要はなく他の組成であって
もよい。また、実施例として活性層と上部クラッド層と
の間にＧaＡsＰ層とＩnＧaＰ層とからなる光閉じ込め層
を形成しているが、活性層と下部クラッド層との間に形
成してもよい。また、活性層と上部クラッド層との間及
び活性層と下部クラッド層との間の双方に形成するなら
ば、更に、効果が大きくなる。
備えた半導体レーザを例に取って説明したが、本発明は
活性層がＩnＧaＡsである必要はなく他の組成であって
もよい。また、実施例として活性層と上部クラッド層と
の間にＧaＡsＰ層とＩnＧaＰ層とからなる光閉じ込め層
を形成しているが、活性層と下部クラッド層との間に形
成してもよい。また、活性層と上部クラッド層との間及
び活性層と下部クラッド層との間の双方に形成するなら
ば、更に、効果が大きくなる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、下部クラッド層と活性
層との間及び活性層と上部クラッド層との間の少なくと
も一方の間に、活性層からクラッド層に向かって基板よ
りも格子定数の小さい混晶を形成する半導体からなる第
１の光閉じ込め層及び基板よりも格子定数の大きい混晶
を形成する半導体からなる第２の光閉じ込め層を積層す
ることにより、バイアス電圧を上昇させることなく、高
出力で高信頼性の半導体光素子、例えばＡｌフリーのＩ
nＧaＰ系半導体レーザを得ることができる。
層との間及び活性層と上部クラッド層との間の少なくと
も一方の間に、活性層からクラッド層に向かって基板よ
りも格子定数の小さい混晶を形成する半導体からなる第
１の光閉じ込め層及び基板よりも格子定数の大きい混晶
を形成する半導体からなる第２の光閉じ込め層を積層す
ることにより、バイアス電圧を上昇させることなく、高
出力で高信頼性の半導体光素子、例えばＡｌフリーのＩ
nＧaＰ系半導体レーザを得ることができる。
【図１】実施例１の半導体レーザの層構造を示す図であ
る。
る。
【図２】実施例２の半導体レーザの層構造を示す図であ
る。
る。
【図３】実施例３の半導体レーザの層構造を示す図であ
る。
る。
【図４】従来技術によるＩnＧaＰクラッドの半導体レー
ザの層構造を示す図である。
ザの層構造を示す図である。
【図５】ＧaＡs基板上のＩnＧaＡsＰ４元混晶の非混和
領域を示す図である。
領域を示す図である。
１０ 本発明に係る半導体レーザの実施例１ １２ 活性層 １４ 下部クラッド層 １６ 上部クラッド層 １８ 基板 ２０ 障壁層兼第１光閉じ込め層 ２２ 歪光閉じ込め層 ２４ 障壁層兼光閉じ込め層 ２６ コンタクト層 ２８ 上部電極 ３０ 下部電極 ４０ 本発明に係る半導体レーザの実施例２ ４２ 障壁層 ４４ 第１光閉じ込め層 ４６ 下層第２歪光閉じ込め層 ４８ 上層第２歪光閉じ込め層 ５０ 本発明に係る半導体レーザの実施例３ ５２ 障壁層 ５４ 第１光閉じ込め層 ５６ 歪光閉じ込め層 ６０ 従来のＩnＧaＰ系半導体レーザ ６２ 活性層 ６４、６６ 障壁層兼光閉じ込め層
Claims (4)
- 【請求項１】 活性層を上部クラッド層及び下部クラッ
ド層とで挟んだ層構造を半導体基板上に備えた半導体光
素子において、 下部クラッドと活性層との間及び活性層と上部クラッド
との間の少なくとも一方の間で、基板よりも格子定数の
小さい混晶構造の半導体からなる第１の光閉じ込め層及
び基板よりも格子定数の大きい混晶構造の半導体からな
る第２の光閉じ込め層が、活性層からクラッド層に向う
方向に順次形成されていることを特徴とする半導体光素
子。 - 【請求項２】 半導体基板がＧa Ａs で、上部クラッド
層及び下部クラッド層がＩnＧaＰでそれぞれ形成され、
かつ第１光閉じ込め層及び第２光閉じ込め層がそれぞれ
ＧaＡsＰ層及びＩnＧaＰ層で形成されていることを特徴
とする請求項１に記載の半導体光素子。 - 【請求項３】 第１光閉じ込め層として形成されたＧa
ＡsＰ層及び第２光閉じ込め層として形成されたＩnＧa
Ｐ層は、それぞれの格子定数が活性層からクラッド層に
向かうに従って逓減するように形成されていることを特
徴とした請求項２に記載の半導体光素子。 - 【請求項４】 ＧaＡsＰ層の格子定数及びＩnＧaＰ層の
格子定数が連続的に減少していることを特徴とする請求
項３に記載の半導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32505395A JPH09148682A (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32505395A JPH09148682A (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148682A true JPH09148682A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=18172630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32505395A Pending JPH09148682A (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09148682A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078602A (en) * | 1996-02-12 | 2000-06-20 | Nec Corporation | Separate confinement heterostructured semiconductor laser device having high speed characteristics |
| JP2001102686A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Denso Corp | 半導体レーザ |
| JP2005340717A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 化合物半導体エピタキシャル基板 |
| JP2008047684A (ja) * | 2006-08-15 | 2008-02-28 | Fujitsu Ltd | 半導体発光素子、その製造方法および半導体発光装置 |
| EP3916817A1 (en) * | 2016-02-09 | 2021-12-01 | Lumeova, Inc | Ultra-wideband, wireless optical high speed communication devices and systems |
-
1995
- 1995-11-20 JP JP32505395A patent/JPH09148682A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078602A (en) * | 1996-02-12 | 2000-06-20 | Nec Corporation | Separate confinement heterostructured semiconductor laser device having high speed characteristics |
| JP2001102686A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Denso Corp | 半導体レーザ |
| JP2005340717A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 化合物半導体エピタキシャル基板 |
| US8169004B2 (en) | 2004-05-31 | 2012-05-01 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Compound semiconductor epitaxial substrate and process for producing the same |
| JP2008047684A (ja) * | 2006-08-15 | 2008-02-28 | Fujitsu Ltd | 半導体発光素子、その製造方法および半導体発光装置 |
| EP3916817A1 (en) * | 2016-02-09 | 2021-12-01 | Lumeova, Inc | Ultra-wideband, wireless optical high speed communication devices and systems |
| US11233172B2 (en) | 2016-02-09 | 2022-01-25 | Lumeova, Inc. | Ultra-wideband, free space optical communication apparatus |
| US11923478B2 (en) | 2016-02-09 | 2024-03-05 | Lumeova, Inc. | Ultra-wideband, free space optical communication apparatus |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040513 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050404 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |