JPH10294530A - 多重量子井戸型半導体発光素子 - Google Patents
多重量子井戸型半導体発光素子Info
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- JPH10294530A JPH10294530A JP21223097A JP21223097A JPH10294530A JP H10294530 A JPH10294530 A JP H10294530A JP 21223097 A JP21223097 A JP 21223097A JP 21223097 A JP21223097 A JP 21223097A JP H10294530 A JPH10294530 A JP H10294530A
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Abstract
光装置を提供する。 【解決手段】 n型GaAs基板1上にn型GaAsバ
ッファ層2とn型AlGaInPクラッド層3とGaI
nP/AlGaInPMQW構造の活性層4とp型Al
GaInPクラッド層5とp型GaInP層6とp型G
aAsキャップ層7とを順次成長させ、p型AlGaI
nPクラッド層5とp型GaInP層6およびp型Ga
Asキャップ層7をメサ構造にし、n型GaAs電流ブ
ロック層8をメサ構造の両側に成長させて積層する。活
性層4はn型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラ
ッド層3とp型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pク
ラッド層5と50Å厚の(Al0.35Ga0.65)0.5 In
0.5 Pバリア層と40Å厚の中央に位置するGa0.52I
n0.48P量子井戸層と、46Å厚のクラッド層寄りのG
a0.52In0.48P量子井戸層からなっている。
Description
し、更に詳しくは3個以上の井戸を持つ多重量子井戸構
造(Multi Quantum Well:MQW)
の半導体レーザに用いて好適なものである。
活性層部を量子井戸(QuantumWell:QW)
構造にすることは極めて有効である。階段状の状態密度
関数のために光学利得スペクトルの半値幅が狭くなり、
従って最大利得値が増大するため、しきい値電流が低く
なると共に、電子のエネルギー分布が温度変動を受けに
くくなることから温度特性が向上(T0 が大きくなる)
する。また、レーザ発振波長の短波長化、異方性利得、
発振スペクトルの安定性、導波路としての低損失性等の
効果も得られる。
性改善を起こすべく量子井戸構造の設計が綿密に行われ
ている。例えば量子井戸における最低のミニバンドと次
のミニバンドの間のエネルギー差を大きくするため、障
壁層を厚くしたり、障壁層を高くして井戸間の結合を弱
くしているが、弱くした場合はキャリアの注入が均一に
できず、更に発振波長に合った設計をする必要があっ
た。
できうるかぎり均一に作製することが肝要であり、井戸
の膜厚や組成比、障壁層の厚さや組成比は1つの発光素
子の中では同一に成長させてきた。
構造(Single Quantum Well:SQ
W)や2個のQWからなる量子井戸構造では問題はない
が、3個以上のQWからなる量子井戸構造では、中央に
位置する量子井戸と端部に位置する量子井戸ではキャリ
アや光の閉じ込めが異なり、発光特性が不均一となる原
因であることが成長膜の評価で示されている。
量子井戸構造を有する半導体発光素子において、量子井
戸の位置によるキャリアや光の閉じ込めの差異により、
発光の不均一性が生じることを防止する。
みなされたものであって、化合物半導体基板上に、少な
くとも第1導電型の第1のクラッド層と、前記第1のク
ラッド層上に設けられた活性層部と、前記活性層部上に
設けられた第2導電型の第2のクラッド層からなる半導
体発光素子において、活性層部が3個以上の量子井戸を
有する際に、中央の1個以上の量子井戸とクラッド層に
隣接する両端の2個の量子井戸の厚さ、または量子井戸
のエネルギーギャップが異なる半導体発光素子を構成す
る。
第1導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド
層上に設けられた光ガイド層と、前記光ガイド層上に設
けられた活性層部と、前記活性層部上に設けられた光ガ
イド層と、前記光ガイド層上に設けられた第2導電型の
第2のクラッド層からなる半導体発光素子において、活
性層部が3個以上の量子井戸を有する際に、中央の1個
以上の量子井戸と光ガイド層に隣接する両端の2個の量
子井戸の厚さ、または量子井戸のエネルギーギャップが
異なる半導体発光素子を構成する。
第1導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド
層上に設けられた活性層部と、前記活性層部上に設けら
れた第2導電型の第2のクラッド層からなる半導体発光
素子において、活性層部が3個以上の障壁を有する際
に、中央の1個以上の障壁とクラッド層に隣接する両端
の2個の障壁の厚さ、または障壁のエネルギーギャップ
が異なる半導体発光素子を構成する。
第1導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド
層上に設けられた光ガイド層と、前記光ガイド層上に設
けられた活性層部と、前記活性層部上に設けられた光ガ
イド層と、前記光ガイド層上に設けられた第2導電型の
第2のクラッド層からなる半導体発光素子において、活
性層部が3個以上の障壁を有する際に、中央の1個以上
の障壁と光ガイド層に隣接する両端の2個の障壁の厚
さ、または障壁のエネルギーギャップが異なる半導体発
光素子を構成して、上記課題を解決する。
位置する量子井戸層とクラッド層に隣接した両端の量子
井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に一
致し、均一な発光特性が得られる。
1ないし図14を参照して説明する。図1〜図6は本発
明の課題を解決する手段について説明するための図で、
図1は単一量子井戸のPL(フォトルミネッセンス)ピ
ークを示し、図2は2個の量子井戸のPLピークを示
し、図3は3個以上の量子井戸のPLピークを示し、図
4は3個の量子井戸の厚さを変化させて成長させた構造
のPLピークを示し、図5は3個の量子井戸の厚さを変
化させて成長させた他の構造のPLピークを示してい
る。また、図6は本発明に係わるAlGaInP系半導
体レーザの一例の概略断面図である。更に図7〜図14
はそれぞれ第1〜第8の実施形態例であるAlGaIn
P系半導体レーザの活性層部の構造を示す概略断面図で
ある。
II−VI族化合物半導体を用いたZnCdSeを発光
層とするZnCdSe、ZnSSe、ZnMgSSeか
らなる量子井戸構造と、III−V族化合物半導体を用
いたInGaPを発光層とするInGaP、AlGaI
nPからなる量子井戸構造を成長してPLにて光学的特
性を評価した。
定の結果得られたPLピークは図1に示すように左右対
称であった。また、2個の量子井戸を持つ構造でも、測
定の結果得られたPLピークは図2に示すように左右対
称であった。しかしながら、3個あるいはそれ以上の量
子井戸を有する構造では、PLピークは図3に示すよう
に短波長側に裾をもつ形状であった。
を中央部に位置する量子井戸よりも2モノレイヤーだけ
厚い層と、2モノレイヤーだけ薄い層の2種類の量子井
戸構造を作製し、各々のPLピークを測定した。その結
果、2モノレイヤーだけ厚い層のものでは図4に示すよ
うに左右対称であったが、一方、2モノレイヤーだけ薄
い層のものでは図5に示すように短波長側の裾が大きな
値となった。
PL発光強度をとったPLピークにおいて、短波長側の
裾は量子井戸の端部の構造に関係していることが分か
る。従ってこの現象を利用してPL発光特性の優れた半
値幅の小さいPLピークが得られる量子井戸の設計を行
うことができる。つぎに、この観点に基づいて作製した
AlGaInP系半導体レーザの実施形態について説明
する。
合物半導体レーザの断面図であって、この構造は有機金
属気相成長法(MOCVD)により作製される。この例
ではn型GaAs基板1上に0.3μm厚のn型GaA
sバッファ層2と、1μm厚のn型AlGaInPクラ
ッド層3と、GaInP/AlGaInPMQW構造の
活性層4と、1μm厚のp型AlGaInPクラッド層
5と、0.1μm厚のp型GaInP層6と、0.3μ
m厚のp型GaAsキャップ層7とを順次成長させる。
とp型GaInP層6およびp型GaAsキャップ層7
を、例えばフォトリソグラフィを用いて選択的にエッチ
ングしてメサ構造を形成し、その後、n型GaAs電流
ブロック層8をメサ構造の両側に成長させて積層する。
ドーパントとしてはn型はSe、Siであり、p型はZ
nである。
ように、n型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラ
ッド層3と、p型(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P
クラッド層5と、50Å厚の(Al0.35Ga0.65)0.5
In0.5 Pバリア層10と、40Å厚の中央に位置する
Ga0.52In0.48P量子井戸層11と、46Å厚のクラ
ッド層寄りのGa0.52In0.48P量子井戸層12とから
なっている。尚、井戸の層数は5個である。
置する量子井戸層とクラッド層に隣接する位置にある量
子井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に
一致するため発光特性に優れた半導体レーザを実現する
ことができる。
活性層4は図8に示すように、n型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3と、p型(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層5と、300
Å厚のn型(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pガイド
層13と、300Å厚のp型(Al0.35Ga0.65)0.5
In0.5 Pガイド層14と、50Å厚の(Al0.35Ga
0.65)0.5 In0.5 Pバリア層15と、40Å厚の中央
に位置するGa0.52In0.48P量子井戸層16と、43
Å厚のクラッド層寄りのGa0.52In0.48P量子井戸層
17とからなっている。尚、井戸の層数は5個である。
置する量子井戸層とガイド層に隣接する位置にある量子
井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に一
致するため発光特性に優れた半導体レーザを実現するこ
とができる。
活性層4は図9に示すように、n型(Al0.7 G
a0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3と、p型(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層5と、50Å
厚の(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pバリア層18
と、40Å厚の中央に位置する(Al0.03Ga0.97)
0.52In0.48P量子井戸層19と、40Å厚のクラッド
層寄りのGa0.52In0.48P量子井戸層20とからなっ
ている。尚、井戸の層数は5個である。
置する量子井戸層とクラッド層に隣接する位置にある量
子井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に
一致するため発光特性に優れた半導体レーザを実現する
ことができる。
活性層4は図10に示すように、n型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3と、p型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層5と、300Å厚
のn型(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pガイド層1
3と、300Å厚のp型(Al0.35Ga0.65)0.5 In
0.5 Pガイド層14と、50Å厚の(Al0.35G
a0.65)0.5 In0.5 Pバリア層21と、40Å厚の中
央に位置する(Al0.03Ga0.97)0.52In0.48P量子
井戸層22と、40Å厚のクラッド層寄りのGa0.52I
n0.48P量子井戸層23とからなっている。尚、井戸の
層数は5個である。
置する量子井戸層とガイド層に隣接する位置にある量子
井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に一
致するため発光特性に優れた半導体レーザを実現するこ
とができる。
活性層4は図11に示すように、n型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3と、p型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層5と、80Å厚の
中央に位置する(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pバ
リア層24と、50Å厚のクラッド層に近い位置にある
(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pバリア層25と、
40Å厚のGa0.52In0.48P量子井戸層26とからな
っている。尚、井戸の層数は5個である。
置する量子井戸層とクラッド層に隣接する位置にある量
子井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に
一致するため発光特性に優れた半導体レーザを実現する
ことができる。
活性層4は図12に示すように、n型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3と、p型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層5と、300Å厚
のn型(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pガイド層1
3と、300Å厚のp型(Al0.35Ga0.65)0.5 In
0.5 Pガイド層14と、80Å厚の中央に位置する(A
l0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pバリア層27と、50
Å厚のクラッド層に近い位置にある(Al0.35G
a0.65)0.5 In0.5 Pバリア層28と、40Å厚のG
a0.52In0.48P量子井戸層29とからなっている。
尚、井戸の層数は5個である。
置する量子井戸層とガイド層に隣接する位置にある量子
井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に一
致するため発光特性に優れた半導体レーザを実現するこ
とができる。
活性層4は図13に示すように、n型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3と、p型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層5と、50Å厚の
中央に位置する(Al0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 Pバ
リア層30と、50Å厚のクラッド層に近い位置にある
(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pバリア層31と、
40Å厚のGa0.52In0.48P量子井戸層32とからな
っている。尚、井戸の層数は5個である。
置する量子井戸層とクラッド層に隣接する位置にある量
子井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に
一致するため発光特性に優れた半導体レーザを実現する
ことができる。
活性層4は図14に示すように、n型(Al0.7 Ga
0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層3と、p型(Al0.7
Ga0.3 )0.5 In0.5 Pクラッド層5と、300Å厚
のn型(Al0.35Ga0.65)0.5 In0.5 Pガイド層1
3と、300Å厚のp型(Al0.35Ga0.65)0.5 In
0.5 Pガイド層14と、50Å厚の中央に位置する(A
l0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 Pバリア層33と、50
Å厚のクラッド層に近い位置にある(Al0.35G
a0.65)0.5 In0.5 Pバリア層34と、40Å厚のG
a0.52In0.48P量子井戸層35とからなっている。
尚、井戸の層数は5個である。
置する量子井戸層とガイド層に隣接する位置にある量子
井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めが厳密に一
致するため発光特性に優れた半導体レーザを実現するこ
とができる。
明したが、本発明はこれらの実施形態例に限定されるも
のでなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形、組
み合わせが可能であることはいうまでもない。例えば、
III−V族化合物半導体であるAlGaInP系半導
体レーザをMOCVDで成長したが、II−VI族化合
物半導体であるZnSe系半導体レーザを分子線エピタ
キシャル(MBE)で成長することも可能である。ま
た、本発明を発光ダイオードに適用することも可能であ
る。
によれば3個以上の井戸を持つ多重量子井戸構造を有す
る半導体レーザにおいて、中央の1個以上の量子井戸層
とクラッド層に隣接した両端の2個の量子井戸層の厚さ
を同一にしないこと、または中央の1個以上の量子井戸
層とクラッド層に隣接した両端の2個の量子井戸層のエ
ネルギーギャップを同一にしないこと、または中央の1
個以上の障壁層とクラッド層に隣接した両端の2個の障
壁層のエネルギーギャップを同一にしないことにより、
中央に位置する量子井戸層とクラッド層に隣接した両端
の量子井戸層におけるキャリアおよび光の閉じ込めを厳
密に一致することができ、発光特性に優れた半導体発光
素子が実現できる。
図で、単一量子井戸のPLピークを示す略線図である。
図で、2個の量子井戸のPLピークを示す略線図であ
る。
図で、3個以上の量子井戸のPLピークを示す略線図で
ある。
図で、3個の量子井戸の厚さを変化させて成長させた構
造のPLピークを示す略線図である。
図で、3個の量子井戸の厚さを変化させて成長させた構
造のPLピークを示す略線図である。
ザの一例の概略断面図である。
GaInP系半導体レーザの活性層部の構造を示す概略
断面図である。
GaInP系半導体レーザの活性層部の構造を示す概略
断面図である。
GaInP系半導体レーザの活性層部の構造を示す概略
断面図である。
lGaInP系半導体レーザの活性層部の構造を示す概
略断面図である。
lGaInP系半導体レーザの活性層部の構造を示す概
略断面図である。
lGaInP系半導体レーザの活性層部の構造を示す概
略断面図である。
lGaInP系半導体レーザの活性層部の構造を示す概
略断面図である。
lGaInP系半導体レーザの活性層部の構造を示す概
略断面図である。
3…n型AlGaInPクラッド層、4…活性層、5…
p型AlGaInPクラッド層、6…p型GaInP
層、7…p型GaAsキャップ層、8…n型GaAs電
流ブロック層、10,15,18,21,24,25,
27,28,30,31,33,34…AlGaInP
バリア層、11,12,16,17,20,23,2
6,29,32,35…GaInP量子井戸層、13…
n型AlGaInPガイド層、14…p型AlGaIn
Pガイド層、19,22…AlGaInP量子井戸層
Claims (8)
- 【請求項1】 化合物半導体基板上に、少なくとも第1
導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上
に設けられた活性層部と、前記活性層部上に設けられた
第2導電型の第2のクラッド層からなる半導体発光素子
において、 活性層部が3個以上の量子井戸を有する際に、中央の1
個以上の量子井戸とクラッド層に隣接する両端の2個の
量子井戸の厚さが異なることを特徴とする多重量子井戸
型半導体発光素子。 - 【請求項2】 化合物半導体基板上に、少なくとも第1
導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上
に設けられた光ガイド層と、前記光ガイド層上に設けら
れた活性層部と、前記活性層部上に設けられた光ガイド
層と、前記光ガイド層上に設けられた第2導電型の第2
のクラッド層からなる半導体発光素子において、 活性層部が3個以上の量子井戸を有する際に、中央の1
個以上の量子井戸と光ガイド層に隣接する両端の2個の
量子井戸の厚さが異なることを特徴とする多重量子井戸
型半導体発光素子。 - 【請求項3】 化合物半導体基板上に、少なくとも第1
導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上
に設けられた活性層部と、前記活性層部上に設けられた
第2導電型の第2のクラッド層からなる半導体発光素子
において、 活性層部が3個以上の量子井戸を有する際に、中央の1
個以上の量子井戸とクラッド層に隣接する両端の2個の
量子井戸のエネルギーギャップが異なることを特徴とす
る多重量子井戸型半導体発光素子。 - 【請求項4】 化合物半導体基板上に、少なくとも第1
導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上
に設けられた光ガイド層と、前記光ガイド層上に設けら
れた活性層部と、前記活性層部上に設けられた光ガイド
層と、前記光ガイド層上に設けられた第2導電型の第2
のクラッド層からなる半導体発光素子において、 活性層部が3個以上の量子井戸を有する際に、中央の1
個以上の量子井戸と光ガイド層に隣接する両端の2個の
量子井戸のエネルギーギャップが異なることを特徴とす
る多重量子井戸型半導体発光素子。 - 【請求項5】 化合物半導体基板上に、少なくとも第1
導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上
に設けられた活性層部と、前記活性層部上に設けられた
第2導電型の第2のクラッド層からなる半導体発光素子
において、 活性層部が3個以上の障壁を有する際に、中央の1個以
上の障壁とクラッド層に隣接する両端の2個の障壁の厚
さが異なることを特徴とする多重量子井戸型半導体発光
素子。 - 【請求項6】 化合物半導体基板上に、少なくとも第1
導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上
に設けられた光ガイド層と、前記光ガイド層上に設けら
れた活性層部と、前記活性層部上に設けられた光ガイド
層と、前記光ガイド層上に設けられた第2導電型の第2
のクラッド層からなる半導体発光素子において、 活性層部が3個以上の障壁を有する際に、中央の1個以
上の障壁と光ガイド層に隣接する両端の2個の障壁の厚
さが異なることを特徴とする多重量子井戸型半導体発光
素子。 - 【請求項7】 化合物半導体基板上に、少なくとも第1
導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上
に設けられた活性層部と、前記活性層部上に設けられた
第2導電型の第2のクラッド層からなる半導体発光素子
において、 活性層部が3個以上の障壁を有する際に、中央の1個以
上の障壁とクラッド層に隣接する両端の2個の障壁のエ
ネルギーギャップが異なることを特徴とする多重量子井
戸型半導体発光素子。 - 【請求項8】 化合物半導体基板上に、少なくとも第1
導電型の第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上
に設けられた光ガイド層と、前記光ガイド層上に設けら
れた活性層部と、前記活性層部上に設けられた光ガイド
層と、前記光ガイド層上に設けられた第2導電型の第2
のクラッド層からなる半導体発光素子において、 活性層部が3個以上の障壁を有する際に、中央の1個以
上の障壁と光ガイド層に隣接する両端の2個の障壁のエ
ネルギーギャップが異なることを特徴とする多重量子井
戸型半導体発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21223097A JP4069479B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-08-06 | 多重量子井戸型半導体発光素子 |
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---|---|---|---|
JP3527497 | 1997-02-19 | ||
JP9-35274 | 1997-02-19 | ||
JP21223097A JP4069479B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-08-06 | 多重量子井戸型半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10294530A true JPH10294530A (ja) | 1998-11-04 |
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Family
ID=26374226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21223097A Expired - Lifetime JP4069479B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-08-06 | 多重量子井戸型半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4069479B2 (ja) |
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