JPS6115385A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPS6115385A
JPS6115385A JP13677784A JP13677784A JPS6115385A JP S6115385 A JPS6115385 A JP S6115385A JP 13677784 A JP13677784 A JP 13677784A JP 13677784 A JP13677784 A JP 13677784A JP S6115385 A JPS6115385 A JP S6115385A
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JP
Japan
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layer
forbidden band
semiconductor
band width
barrier layer
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Pending
Application number
JP13677784A
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English (en)
Inventor
Mitsunori Sugimoto
杉本 満則
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6115385A publication Critical patent/JPS6115385A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • 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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • 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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers

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  • Optics & Photonics (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光通信ないしは情報処理装置等で利用される
半導体レーザの改良に関スル。
〈従来技術とその問題点〉 [1−V族化合物半導体を材料とする半導体レーザは、
光通信用の光源や光デイスクメモリーへの書き込み、読
み出し用の光源として広く応用されている。又、この様
な半導体レーザと電子デバイスをいっしょに実装した電
気−光ICも、現在盛んに研究開発が行なわれている。
この電気−光ICに半導体レーザを実装するためには、
現在よりもさらに動作電流を小さくすることが必要とな
っている。このため動作電流が小さな、すなわち発振閾
値電流の小さな半導体レーザが必要となっている。
低発像閾値電流の半導体レーザの構造として、従来量子
効果を利用した量子井戸構造の半導体レーザが知られて
いる。代表例としてエレクトロニクス・レターズ(El
ectron、 Lett、 )第18巻。
1982年、1095〜1097ページ記載のシングル
・カフタムウェル・セパレート・コノファイメント・ヘ
テロストラフチャー(SQW−8CH)レーザがある。
しかし、この5QW−8CH構造半導体レーザにおいて
は、低い発振閾値電流が得られるが、単一量子井戸層か
らガイド層へのキャリアの漏れが生じやすく、このため
発振閾値電流の温度特性が悪いという欠点が見られた。
本発明の目的は、上述の欠点を除去し、低閾値で発振し
、かつ発振閾値電流6の温度特性が良好な半導体レーザ
を提供することにある。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明の半導体レーザは、第1導電型で禁制帯幅Ec1
 の半導体からなる第1クラッド層と、この第一1クラ
ッド層の上に形成さ几禁制帯幅E31の半導体からなる
第1ガイド層と、この第1ガイド層の上に形成さ扛禁制
帯幅Ebl  の半導体からなる第1バリヤ層と、この
第1バリヤ層の上に形成され禁制帯幅Ewの半導体から
なる量子井戸層と、この量子井戸層の上に形成場れ禁制
帯幅Eg220半導体からなる第2バリヤ層と、この第
2バリヤ層の上に形成され禁制帯幅E22の半導体から
なる第2ガイド層と、この第2ガイド層の上に形成され
第2導電型で禁制帯幅Ee2の半導体からなる第2クラ
ッド層を具備し、前記禁制帯幅はE。
< E gl <Ec i r Ev < Eg22<
 Ec2 + Eg2□<Eht+EIr2〈Eb2の
関係を有し、前記第1導電型及び第2導電型の多数キャ
リアがそれぞれ前記第1バリヤ層及び第2バリヤ層を容
易にトンネル効果によって通過出来ることを特徴とする
構成となっている。
〈実施例〉 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の一実施例の半導体レニザの断面図であ
る。半導体基板(n −GaAs ) 8上に第1クラ
ッド層(n  AlzQIGal−、XclAs 、 
0.2≦Xcm典型的にはXclり0.4 ) ’1’
 、第1ガイド層(A7 Xg、 Q a + y、g
IA S tX g 1 < ” c □、厚さく0.
5μm、典型的にはX、1kO,2,厚g=0.1μm
)2、第1バリヤ層(Alx、1.Qa、 xbt A
s 、 XB、〉Xg□、厚さく50A典型的にはX、
1= 1.厚さ;−xoA)3.量子井戸層(AIXW
Ga□−xWAs、厚さ≦30OA、典型的にはx、=
o、厚さ≦20OA)4.第2バリヤ層(klXb2G
 a□−Xb2A S + X b2> Xg 2 +
厚さく100A、典型的にはXb□=l、X、、□=1
OA)5.第2ガイド層(AI!X1゜G31−X、A
s 、X、(Xe2.厚さく0.5μm、典型的にはx
1□箋0.2.厚さζ0.1μm)6゜第2クラッド層
(1)−A/Xe2G3、Xe2 As 、 0.2≦
Xe2+典型的にはXcz=0.4) 7 、キャップ
層(p’ −GaAs ) 9 、5i02膜10およ
びp型電極11を形成し、反対側の半導体基板8上にn
型電極12を設けた構造を有している。なお、13は電
流通路を示している。
次に本実施例に示す半導体レーザの製作方法について説
明する。まず最初に半導体基板8上に第1クラツド層l
、第1ガイド層2.第1バリア層3、量子井戸層4.第
2バリヤ層5.第2ガイド層6.第2クラツド層7.キ
ャップJ949をIIm次結晶成長管行なう。このとき
、第1バリヤ層3及び第2バリヤ層5はそれぞ−rL電
子及び正孔が容易にトンネル効果によって通過出来る様
な厚さにしておいて、電子及び正孔の量子井戸層4への
注入が円滑に行なわf’Lる様にしておく必要がある。
結晶成長方法は分子線エピタキシー(MBJ法によって
行なったが、他の例えば有機金属化芋気相堆fi (M
O−CVD ) 法、液相x ヒタ* ’/ −(LP
E)法等の方法によっても良い。次に5i02膜lOを
形成し、ホトエツチング法によってストライプ状の電流
通路13を形成する。次にp型電極11゜n型電極12
ft形成する。最後eこ臂開を用いてクエハーからベレ
ットに切り出してヒート7/りにマウントし電極ワイヤ
をボンティングする。
以上の実施例においては、ストライプ構造が酸化膜スト
ライプ構造のものについて説明したがこれに限らず他の
構造、例えばプレーナストライプ構造、リッンウェイプ
ガイド構造、埋め込み構造等ららゆるストライブ構造の
半導体レーザについて本発明が適用出来ることは明らか
である。また本実施例Vこおいては材簀としてAJGa
As / Ga As系材料を用いたが、これに限らず
InGaAsP/InP 、 InGaAsPs / 
InP系材料等の他の材料を用いても本発明が適用出来
ることは明らかである。
第2図は、第1図に示した本発明の一実施例によって得
られる半導体レーザの主要部のエネルギーバンド図を示
している。第1クラッド層lの禁制帯幅をEc1 、第
1ガイド層2の禁制帯幅tEg2、。
第1バリヤ層3の禁制帯幅をEg2□、計壬子井戸層4
禁制帯幅をE W I 第2バリヤ層5の禁制帯幅をE
g22.第2ガイド層6の禁制帯幅を”g2.  第。
クラッド層7の禁制帯幅をEe2としたとき、これら禁
制帯幅間にはEw<Eg2t<Eg2t 、 Ew<E
B<Ee21Eg2t<Ebt + Egz<Ebzの
関係がある。
上記のようなエネルギー関係を有する本発明の半導体レ
ーザにおいては、量子井戸層4と第1ガイド層2との間
に禁制帯幅の大きな第1バリヤ層3がおるために量子井
戸層4に注入されたキャリアが第1ガイド層2に漏れに
くい構造となっている。又、第2ガイド層6へのキャリ
ア漏れについても同様に第2バリヤ層5があるだめに生
じにくくなっている。このため、本実施例の半導体レー
ザにおいては、温度上昇に伴う量子井戸層4からのキャ
リア漏れが低く抑えられる。
又、本実施例の半導体レーザにおいては、量子井戸層4
が禁制帯幅の広い第1バリヤ層及び第2バリヤ層で囲ま
nているため、これらのバリヤ層が無い場合に比べて量
子井戸層4における電子及び正孔の基底状態のエネルギ
ーと第2準位のエネルギーの差を大きくすることができ
る。一般に、この種の量子井戸構造半導体レーザにおい
ては、電子及び正孔の基底準位間の遷移エネルギーに応
じた波長で発振するため第2準位及びそれ以上の高次準
位にたまるキャリアは無効なキャリアとなっている。従
って温度上昇に伴い第2準位及びそれ以上の高次準位に
たまるキャリアが増大すると、発振するためにさらにキ
ャリアを注入する必要が生じ、発振閾値電流の温度特性
を支配する原因の一つとなっている。しかしながら本実
施例の半導体レーザにおいては、電子及び正孔の基底準
位と第2準位のエネルギー差が太きいため第2準位及び
それ以上の高次準位にたまるキャリアを非常に少なくす
ることが出来る。このため温度上昇に伴い基底準位から
第2草位及びそれ以上の高次準位に移るキャリアを低く
抑えることができる。
〈発明の効果〉 以上述べた様に、本発明によれば、発振に必要なキャリ
アが温度上昇に伴って外部に漏れたり、高次の準位に移
る現象を低く抑えることができるために、発振閾値電流
の温度特性が良く、かつ量子効果によって低発振閾値の
半導体レーザが得られる。
【図面の簡単な説明】
第り図は本発明の一実施例の半導体レーザの断面図、第
2図は第1図に示した半導体レーザの主要部のエネルギ
ーバンド図である。 図中、1・・・・・・第1クラッド層、2・・・・・・
第1ガイド層、3・・・・・・第1バリヤ層、4・・・
・・・量子井戸層、5、・・・・・・第2バリヤ層、6
・・・・・・第2ガイド層、7・・・・・・第2クラッ
ド層、8・・・・・・半導体基板、9・・・・・・キャ
ンプ層、10・・・・・・8i0□膜、11・・・・・
・p型電極、12・・・・・・n型電極、13・・・・
・・電流通路である。 半を回 41子#A 茅2侶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1導電型で禁制帯幅E_c_1の半導体からなる第1
    クラッド層と、この第1クラッド層の上に形成され禁制
    帯幅E_g_1の半導体からなる第1のガイド層と、こ
    の第1ガイド層の上に形成され禁制帯幅E_b_1の半
    導体からなる第1バリヤ層と、この第1バリヤ層の上に
    形成され禁制帯幅E_wの半導体からなる量子井戸層と
    、この量子井戸層の上に形成され禁制帯幅E_b_2の
    半導体からなる第2バリヤ層と、この第2バリヤ層の上
    に形成され禁制帯幅E_g_2の半導体からなる第2ガ
    イド層と、この第2ガイド層の上に形成され第2導電型
    で禁制帯幅E_c_2の半導体からなる第2クラッド層
    を具備し、前記禁制帯幅間にE_w<E_g_1<E_
    c_1、E_w<E_g_2<E_c_2、E_g_1
    <E_b_1、E_g_2<E_b_2の関係を有し、
    かつ前記第1バリヤ層は第1導電型の多数キャリアが容
    易にトンネル効果によって通過できる程度の厚さを有し
    、前記第2バリヤ層は第2導電型の多数キャリアが容易
    にトンネル効果によって通過できる程度の厚さを有する
    ことを特徴とする半導体レーザ。
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