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−Info
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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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- JP
- Japan
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- layer
- quantum well
- well structure
- multiple quantum
- type
- Prior art date
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
- H01S5/34313—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 with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
-
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- 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
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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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
/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。
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。
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。
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
。
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。
。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。
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。
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)。
/ 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
。
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 。
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。
=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
。
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
。
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
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17074483A JPS6062176A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 多重量子井戸構造半導体レ−ザ− |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17074483A JPS6062176A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 多重量子井戸構造半導体レ−ザ− |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6062176A true JPS6062176A (ja) | 1985-04-10 |
JPH0467354B2 JPH0467354B2 (ja) | 1992-10-28 |
Family
ID=15910579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17074483A Granted JPS6062176A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 多重量子井戸構造半導体レ−ザ− |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6062176A (ja) |
Cited By (2)
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 |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP17074483A patent/JPS6062176A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
J.APPL.PHYS=1976 * |
Cited By (2)
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0467354B2 (ja) | 1992-10-28 |
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