JPS6062176A - 多重量子井戸構造半導体レ−ザ− - Google Patents

多重量子井戸構造半導体レ−ザ−

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JPS6062176A
JPS6062176A JP17074483A JP17074483A JPS6062176A JP S6062176 A JPS6062176 A JP S6062176A JP 17074483 A JP17074483 A JP 17074483A JP 17074483 A JP17074483 A JP 17074483A JP S6062176 A JPS6062176 A JP S6062176A
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Mitsunori Sugimoto
杉本 満則
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NEC Corp
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    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure 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
    • H01S5/343Structure 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
    • H01S5/34313Structure 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 with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多重量子井戸構造半導体レーザーの改良に関
する。
従来の多重量子井戸構造半導体レーザーとしてAlGa
As/GaAs変型多重刑子井戸構造半導体レーザーが
ある。この主要部のエネルギーバンドダイヤグラムを第
1図に示す。図中、lはn型クラッド層(n−AI、、
、、Ga、、、As)、2は多重量子井戸構造、3はP
型クラッド層(P A l 、0.zG a 、、4 
As )、4はポテンシャルバリヤ一層(At d、2
− Ga 、?As )、5は量子井戸層(GaAs)
である。図で示される様に、この例では多重量子井戸構
造2は5つの量子井戸層5と4つのポテンシャルバリヤ
一層4からなっておシ、電子及び正孔は非常に薄い量子
井戸層5(〜100A)に閉じ込められることにょシ、
とびとびの量子化準位が発生する。この様な量子化効果
によって、多重量子井戸構造半導体レーザーはIKA/
、2を大きく下回る超低閾値に代表される高い性能を得
ている。
しかしながら、この様な構造の多重量子井戸構造半導体
1/−ザーにおいては、閾値電流密度を低減するには、
多重量子井戸構造2の厚さを薄くした方が望ましい。し
かしながら、あまシ薄くすると多重量子井戸構造への光
の閉じ込めが急くなり逆に閾値電流′#度が大きく万る
という相反する事実があった。この様な事情によって多
重量子井戸構造2はむやみに薄く出来ず、従って閾値電
流密度を従来よシもさらに低減することは困難であった
本発明の目的は、多重量子井戸構造の厚みを低減しても
光の閉じ込めが悪くならず、そのため閾値電流密度が従
来よりもさらに小さな多重量子井戸構造半導体レーザー
を提供することにある。
本発明の多重量子井戸構造半導体レーザーは、第1クラ
ッド層と、該第1クラッド層の上に形成され前記第1ク
ラッド層よりも小さな禁制帯幅Eg1を有する第1半導
体層と、該第1半導体層の上に形成された多重量子井戸
構造と、該多重量子井戸構造の上に形成されEg2(E
gz=Egs又はEg2−iEgt)の大きさの禁制帯
幅を有する第2半導体層と、該第2半導体層の上に形成
され前記Eg2よシも大きな禁制帯幅を有す、5第2ク
ラッド層を具備し、前記多重量子井戸構造内部に、前記
Egl及びEg2のいずれよりも/JXさな禁制帯幅を
有する少なくとも2つ以上の量子井戸層と該量子井戸層
の間にはさまれた前記量子井戸層よシも大きな禁制帯幅
を有するポテンシャルバリヤ一層を含む構成となってい
る。
本発明の第1の実施例として、A I G a A s
 /G a A s多重量子井戸構造半導体レーザーに
ついて説明負。第2図は、本実施例の多重量子井戸構造
半導体レーザーの主要部のエネルギーバンドダイヤグラ
ムである。図中、21はn型クラッド層(第1クラッド
層、n−Al XHGa1−Xn As。
xn≧0.25)、 22はn型ガイド層(第1半導体
層、ガイド層(第2半導体層、P−Alxg2 Qax
−xg2As、 Q、l≦xg2<xp、厚さ30〜1
00OA)、25はP型クラッド層(第2クラツドMP
−AlxpGal −xp As、 xp≧0.25)
、26は量子井戸層(層数nw≧2. At xw()
a 1−xwAs、ρ≦xw(xb、厚さく20OA)
、 2.7はポテンシャルバリヤ一層(層数= nw−
1、Al xb Ga 1−xb As 、 xb)x
w。
厚さく20OA)である。本実施侮においては、第1半
導体層であるガイド層22の禁制帯幅と第2半導体層で
あるガイド層24の禁制帯幅は同じとし、ポテンシャル
バリヤ一層の禁制帯幅より大きくしである。又、多重量
子構造23がn型ガイド層22とP型ガイド層24とに
はさまれている。このため、光に対するガイド層厚は、
多重量子井戸構造23の厚みよシも大きくすることか出
来、多重量子井戸構造23の厚みを薄くした場合にもn
型ガイドN22及びP型ガイド層24の厚みや組成等を
最適化することによシ、光の閉じ込めを良くすることが
出来る。この様に、本発明に係わる多重量子井戸構造半
導体レーザーにおいては、ガイド層を有するため、多重
量子井戸構造の厚さを非常に薄くしても光の閉じ込めが
悪くならず超低閾値電流密度を達成することが出来る。
次に製造方法について簡単に述べる。第3図は第1の実
施例の多重量子井戸構造半導体レーザーにおいて電極構
造を全面電極構造とした場合の断面図である。図中、3
1はn−GaAs基板、32はバッファ一層(n−Ga
As)、33はキャップ層(P−GaAs)、34はP
極、35はn電極である。
又、図中の21〜25は第2図の説明において述べた通
シである。製造工程のまず最初にn−GaAs基板31
上に、バッファ一層32.n型クラッド層21.n型ガ
イド層22.多重量子井戸構造23.P型ガイド層24
.P型クラッド層25.キャップ層33をエピタキシャ
ル成長する。結晶成長法はMHD法、MO−C!VD法
VPE法、LPE法等いずれの成長方法を用いても良い
。次にP電極34及びn電極35を形成してウェハープ
ロセスが完了する。次に、ウエノ%−から壁間等を用い
てペレットに切り出してグラム等に取付け、最後にリー
ド線を取付ける。
本実施例の製造方法においては全面電極構造の電流注入
構造において説明したが、これに限らずプレーナストラ
イプ構造、オキサイドストライプ構造、プロトン照射ス
トライプ構造、リッジ導波構造、埋め込み構造等の他の
電流注入構造においてもその活性領域に本発明が適用出
来ることは明らかである。又、本実施例においては材料
としてAI GaAs / GaAs系を用いだが、こ
れに限らずInGaAsP/ InP 、 InGaA
l As / InP。
InGaAIP/’GaAs、等の他の材料にも本発明
が適用出来ることは明らかである。
本発明の第2の実施例としてA I G a A s 
/ G a A s多重量子井戸構造半導体レーザーに
ついて説明する。第4図は本実施例の多重量子井戸構造
半導体レーザーの主要部のエネルギーバンドダイヤグラ
ムである。図中、21はn型りラッドJ脅(第1クラツ
ド層、 n−Alxn Ga、1−xn As、xn≧
0.25゜典型的にはxn”0.4) 22は第1半導
体層(Ajxg Ga 1−xg As、 0.1≦x
g(xn、Jti型的にはn−At 9z二Ga ii
+、p As I厚さ30〜100OA)。
23は多重量子井戸構造、24は第2半導体層(Alx
gGal−xg As 、典型的にはP−At y、j
Ga %j、1XAs 厚さ30〜100OA)、25
はP型りシッド層(第2クラツド層、 P −Al x
p Ga1−xpAs xp≧0.25.典型的にはx
p−0,4L26は量子井戸層(層数≧2. Alxw
 Ga1−xw As 。
(σ≦xw(xg、A視的はノンドープG a A s
 。
厚さ≦20OA、27はポテンシャルバリヤ一層(層数
=nw−1,Alxg Gal−xgAs Jk型的に
はノンドープAt H,2Ga (J、、fi As厚
さ≦20 OA)である。本実施例では、第1及び第2
半導体層とポテンシャルバリヤ一層の組成が同じために
禁制帯幅がこれらの層について全て同じ大きさとなる。
それ故、外側に位置する量子井戸N26a及び内側に位
置する量子井戸層26bの両方とも全て同じポテンシャ
ルバリヤー高さで囲まれることとなυ、これらの量子井
戸N260間での量子化準位の違いは発生しない。従っ
て、量子化準位の拡が9は従来のものよりも小さくなる
ことになυ、発光スペクトルが充分狭く低閾値が実現出
来た。又、本構造では、第1及び第2の半導体層がある
ため光導波層としての厚みを多重量子井戸層23よりも
大きくすることが出来る。そのため多重量子井戸構造2
3の厚みを薄くした場合にも、第1及び第2半導体眉の
厚みを最適化することにより光の閉じ込めを良くするこ
とが出来る。この様に本実施例の多重量子井戸構造半導
体レーザーにおいては多重量子井戸層の間での量子化準
位の拡がシが少なくかつ光の閉じ込めが良いため、従来
よシもさらに超低閾値電流密度を達成することが出来る
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のAlGaAs/GaAs 多重量子構造
半導体レーザーのエネルギーバンドダイヤグラムを示す
図である。第2図は本発明の第1の実施例のAlGaA
s/GaAs 多重量子井戸構造半導体レーザーのエネ
ルギーバンドダイヤグラムを示す図である。第3図は本
発明の第1の実施例のAI GaAs/GaAs 多重
量子井戸構造半導体レーザーの断面図である。第4図は
本発明の第2の実施例のエネルギーバンドダイヤグラム
を示す図である。 図中、1・・・・・・n型クラッド層、2・・・・・・
多重量子井戸構造、3・・・・・・P型クラッド層。 4・・・・・・ポテンシャルバリヤ一層、5・・・・・
・量子井戸層、21・・・・・・第1クラッド層(n型
クラッド層)、22・・・・・・第1半導体層、23・
・・・・・多重量子井戸構造、24・・・・・・第2半
導体層。 25・・・・−・第2クラッド層(P型クラッド層)。 26・・・・・・量子井戸層、27・・・・・・ポテン
シャルバリヤ一層、31・・・・・・n−GaAs基板
。 32・・・・・・バッファ一層、33・・・・・・キャ
ップ層。 34・・・・・・P電極、35−・・・・・n電極 で
ある。 オ 1 図 5 1 2 3 オ 2 図 6 オ 3 図 オ 4 図 9ら

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1クシツド層と、該第1クラッド層の上に形成され前
    記第1クラッド層よシも小さな禁制帯幅Figiを有す
    る第1半導体層と、該第1半導体層の上に形成された多
    重量子井戸構造と、該多重量子井戸構造の上に形成され
    、8g2 (Eg2−Eg、又はBgz八Eへt)の大きさの禁制
    帯幅を有する第2半導体層と、該第2半導体層の上に形
    成され前記Egzよシも大きな禁制帯幅を有する第2ク
    ラッド層とを具備し、前記多重量子井戸構造内部に、前
    記ggi及び8g2のいずれよりも小さな禁制帯幅を有
    する少なくとも2つ以上の量子井戸層と該量子井戸層の
    間にはさまれた前記量子井戸層よシも大きな禁制帯幅を
    有するポテンシャルバリヤ一層とを含むことを特徴とす
    る多重量子井戸構造半導体レーザー。
JP17074483A 1983-09-16 1983-09-16 多重量子井戸構造半導体レ−ザ− Granted JPS6062176A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60202980A (ja) * 1984-03-28 1985-10-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 量子井戸型半導体レ−ザ
US4823352A (en) * 1986-02-14 1989-04-18 Nec Corporation Semiconductor laser with a variable oscillation wavelength

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Title
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JPH0467354B2 (ja) 1992-10-28

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