JPS6225484A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS6225484A JPS6225484A JP60164002A JP16400285A JPS6225484A JP S6225484 A JPS6225484 A JP S6225484A JP 60164002 A JP60164002 A JP 60164002A JP 16400285 A JP16400285 A JP 16400285A JP S6225484 A JPS6225484 A JP S6225484A
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- Japan
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- active
- semiconductor laser
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、特に高速変調が可能な量子井戸型の半導体レ
ーザ素子に関するものである。
ーザ素子に関するものである。
半導体レーザ素子の高速変調は、上記半導体レーザ素子
の変調における周波数限界に比例する。
の変調における周波数限界に比例する。
したがって半導体レーザ素子の高速化をはかるためには
、上記半導体レーザ素子の直接変調における周波数限界
をできるだけ高くする必要がある。
、上記半導体レーザ素子の直接変調における周波数限界
をできるだけ高くする必要がある。
通常、半導体レーザの直接変調における周波数限界は〜
５ ＧＨｚ程度であるか、最近活性層の厚さが結晶内の
電子波束の大きさより小さい、いわゆる量子井戸型レー
ザ素子にすると、周波数限界が高くなると理論的に予測
されている（Ｙ、ＡＲＡＫＡＷＡ他ニアブライビニアブ
ライドス・レターズ、４５゜９５０ （１９８４） ’
）。一方従来の半導体レーザ素子においても、活性層に
不純物を高濃度にドープすると、周波数限界が高くなる
ということが実験的に確かめられている（ Ｃ，Ｂ、
ＳＵ他コニアブライドフィジックス・レターズ、 ４６
．３４４ （１９８５） ）。
５ ＧＨｚ程度であるか、最近活性層の厚さが結晶内の
電子波束の大きさより小さい、いわゆる量子井戸型レー
ザ素子にすると、周波数限界が高くなると理論的に予測
されている（Ｙ、ＡＲＡＫＡＷＡ他ニアブライビニアブ
ライドス・レターズ、４５゜９５０ （１９８４） ’
）。一方従来の半導体レーザ素子においても、活性層に
不純物を高濃度にドープすると、周波数限界が高くなる
ということが実験的に確かめられている（ Ｃ，Ｂ、
ＳＵ他コニアブライドフィジックス・レターズ、 ４６
．３４４ （１９８５） ）。
しかしながらいずれの場合も、他に特別の工夫をしない
限り、上記直接変調の周波数限界は１０ＧＨｚ付近であ
る。
限り、上記直接変調の周波数限界は１０ＧＨｚ付近であ
る。
本発明は、周波数限界が１０ＧＨｚをこえる直接変調が
行える高速の半導体レーザ素子を得ることを目的とする
。
行える高速の半導体レーザ素子を得ることを目的とする
。
半導体レーザの直接変調の周波数限界を決めているのは
、はぼ緩和振動周数ｆｒである。緩和振動周波数ｆｒは
光と電子の変動における位相のずれから生じるものであ
るが、上記ｆｒを大きくするために有力な方法として、
キャリア密度の増加Δｎに対する利得の増加Δｇの比Δ
ｇ／Δｎ、すなわち微分利得を大きくする方法が考えら
れる。半導体レーザ素子の活性層を薄くして結晶内の自
由電子の波束の大きさより小さくしたいわゆる量子井戸
型レーザ素子では、微分利得が大きくなることが上記Ｙ
、 ＡＲＡＫＡＷＡ他の文献に報告されている。一方、
従来の半導体レーザ素子の活性層内に不純物を高濃度に
ドープするとｆｒが増加することが上記Ｃ９Ｂ、ＳＵら
によって報告されているが、これも高濃度の不純物によ
って微分利得が増加するためであると考えられる。
、はぼ緩和振動周数ｆｒである。緩和振動周波数ｆｒは
光と電子の変動における位相のずれから生じるものであ
るが、上記ｆｒを大きくするために有力な方法として、
キャリア密度の増加Δｎに対する利得の増加Δｇの比Δ
ｇ／Δｎ、すなわち微分利得を大きくする方法が考えら
れる。半導体レーザ素子の活性層を薄くして結晶内の自
由電子の波束の大きさより小さくしたいわゆる量子井戸
型レーザ素子では、微分利得が大きくなることが上記Ｙ
、 ＡＲＡＫＡＷＡ他の文献に報告されている。一方、
従来の半導体レーザ素子の活性層内に不純物を高濃度に
ドープするとｆｒが増加することが上記Ｃ９Ｂ、ＳＵら
によって報告されているが、これも高濃度の不純物によ
って微分利得が増加するためであると考えられる。
発明者らは、量子井戸型レーザ素子など活性層の厚さが
結晶内自由電子の波束の大きさより小さいレーザ素子の
ｆｒを、さらに高くして変調の高速−化をするためには
、従来アンドープであった活性層もしくは量子井戸型レ
ーザのように活性層か２以上の活性層からなる場合には
、それらの活性層または活性層間のバリア層に不純物を
導入すればよいこと、および、その不純物濃度について
は、レーザ発振時に活性層に注入されるキャリア密度よ
り高濃度に不純物を導入する必要があることを見出した
。なおこの際、不純物のタイプとしてドナーを導入する
と、電子の２次元性が失われて微分利得が小さくなりや
すいので、アクセプタの方がより効果があることが判っ
た。またバリア層を中間に挾んで薄い活性層を複数個設
けた多重量子井戸型レーザ素子においては、バリア層に
ドープした不純物により発生したキャリアは活性層にト
ラップされる。この場合は不純物ドープにより形成され
るパントチイルによって電子や正孔の２次元性が失われ
ることがなく、微分利得が低下しないので、変調のより
高速化をはかれることが判った。すなわち、本発明によ
る半導体レーザ素子は、活性層の厚さが結晶内自由電子
の波束の大きさより小さい半導体レーザ素子において、
上記活性層、あるいは２層以上の活性層を有するときは
活性層の厚さより大きなバンドギャップのバリア層に、
上記活性層に注入するキャリア密度より大きな密度の不
純物をドープしたものであることにより、量子井戸型レ
ーザ素子のｆｒを高くして周波数限界を大きくし、変調
の高速化をはかったものである。
結晶内自由電子の波束の大きさより小さいレーザ素子の
ｆｒを、さらに高くして変調の高速−化をするためには
、従来アンドープであった活性層もしくは量子井戸型レ
ーザのように活性層か２以上の活性層からなる場合には
、それらの活性層または活性層間のバリア層に不純物を
導入すればよいこと、および、その不純物濃度について
は、レーザ発振時に活性層に注入されるキャリア密度よ
り高濃度に不純物を導入する必要があることを見出した
。なおこの際、不純物のタイプとしてドナーを導入する
と、電子の２次元性が失われて微分利得が小さくなりや
すいので、アクセプタの方がより効果があることが判っ
た。またバリア層を中間に挾んで薄い活性層を複数個設
けた多重量子井戸型レーザ素子においては、バリア層に
ドープした不純物により発生したキャリアは活性層にト
ラップされる。この場合は不純物ドープにより形成され
るパントチイルによって電子や正孔の２次元性が失われ
ることがなく、微分利得が低下しないので、変調のより
高速化をはかれることが判った。すなわち、本発明によ
る半導体レーザ素子は、活性層の厚さが結晶内自由電子
の波束の大きさより小さい半導体レーザ素子において、
上記活性層、あるいは２層以上の活性層を有するときは
活性層の厚さより大きなバンドギャップのバリア層に、
上記活性層に注入するキャリア密度より大きな密度の不
純物をドープしたものであることにより、量子井戸型レ
ーザ素子のｆｒを高くして周波数限界を大きくし、変調
の高速化をはかったものである。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。
第１図は本発明による半導体レーザ素子の一実施１例を
示す断面図、第２図は量子井戸構造のエネルギーバンド
を示す図、第３図は緩和振動周波数ｆｒの実験結果を示
す図である。第１図において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に
有機金属気相成長法によりｎ型Ｇａ１−ｘＡｌ！ｘＡＳ
クラッド層（ｘ＝０．４５）２を成長させ、その上に多
重量子井戸構造を成長させる。多重量子井戸層は、ｎ型
Ｇａ、−ｙＡｌ！ｙＡｓ活性層＜ｙ＝０−０．２．厚さ
３〜１５ｒ１ｍ）３と、アンドープＧａ ＋−ｚ Ａｔ
２Ａｓ バリア層（ｚ＞ｙ、厚さ３〜２０１ｍ）４とを
交互に２〜１０層成長させたものである。つぎ−にｎ型
Ｇａ１−ｘＡｅｘＡＳ層５およびｎ型ＧａＡｓ層６を成
長させ、ｐ側電極Ｃｒ−Ａｕ７およびｎ側電極ＡｕＧｅ
Ｎｉ−Ａｕｇを蒸着して素子に切離した。ここで上記活
性層３に少なくともＩ Ｘ １０１８Ｌ：ｒｎ−３以上
のｐ型不純物をドープすると微分利得が大きくなり、従
来の１０ＧＨｚから２０ＧＨ２に周波数限界が高くなっ
た。ドープする不純物の濃度はＩ Ｘ １０１９ｃｍ−
３をこえると格子欠陥が太き（なるので、不純物濃度は
１×１０１′Ｂｃｍ−３台に留めた方がよい。またＺｎ
をドープすると拡散による無秩序化が生じ、量子井戸構
造が消失することもあるので、望ましくはＭｇ。
示す断面図、第２図は量子井戸構造のエネルギーバンド
を示す図、第３図は緩和振動周波数ｆｒの実験結果を示
す図である。第１図において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に
有機金属気相成長法によりｎ型Ｇａ１−ｘＡｌ！ｘＡＳ
クラッド層（ｘ＝０．４５）２を成長させ、その上に多
重量子井戸構造を成長させる。多重量子井戸層は、ｎ型
Ｇａ、−ｙＡｌ！ｙＡｓ活性層＜ｙ＝０−０．２．厚さ
３〜１５ｒ１ｍ）３と、アンドープＧａ ＋−ｚ Ａｔ
２Ａｓ バリア層（ｚ＞ｙ、厚さ３〜２０１ｍ）４とを
交互に２〜１０層成長させたものである。つぎ−にｎ型
Ｇａ１−ｘＡｅｘＡＳ層５およびｎ型ＧａＡｓ層６を成
長させ、ｐ側電極Ｃｒ−Ａｕ７およびｎ側電極ＡｕＧｅ
Ｎｉ−Ａｕｇを蒸着して素子に切離した。ここで上記活
性層３に少なくともＩ Ｘ １０１８Ｌ：ｒｎ−３以上
のｐ型不純物をドープすると微分利得が大きくなり、従
来の１０ＧＨｚから２０ＧＨ２に周波数限界が高くなっ
た。ドープする不純物の濃度はＩ Ｘ １０１９ｃｍ−
３をこえると格子欠陥が太き（なるので、不純物濃度は
１×１０１′Ｂｃｍ−３台に留めた方がよい。またＺｎ
をドープすると拡散による無秩序化が生じ、量子井戸構
造が消失することもあるので、望ましくはＭｇ。
Ｂｅなどを用いた方が効果は大きい。
本発明の他の実施例を、同じく第１図を用いて説明する
。ｎ型Ｇａ Ａｓ基板１上にｎ型Ｇａ ｌ−ｘ Ａ／ｘ
Ａｓクラッド層２を有機金属気相成長法によって成長さ
せる。本実施例では上記クラッド層２の上に形成する多
重量子井戸構造は、アンドープＧａ Ｉ−ｙ Ａｔ、
Ａｓ活性層（ｙ＝ Ｏ−０，２，厚さ３〜１５ｎｍ）３
と、ｐ型Ｇａ１１Ｎ２ＡＳバリア層（ｚ＞ｙ、厚さ３〜
２０ｎｍ）４とを交互に２〜１０層成長させている。
。ｎ型Ｇａ Ａｓ基板１上にｎ型Ｇａ ｌ−ｘ Ａ／ｘ
Ａｓクラッド層２を有機金属気相成長法によって成長さ
せる。本実施例では上記クラッド層２の上に形成する多
重量子井戸構造は、アンドープＧａ Ｉ−ｙ Ａｔ、
Ａｓ活性層（ｙ＝ Ｏ−０，２，厚さ３〜１５ｎｍ）３
と、ｐ型Ｇａ１１Ｎ２ＡＳバリア層（ｚ＞ｙ、厚さ３〜
２０ｎｍ）４とを交互に２〜１０層成長させている。
ここで上記バリア層４にｌＸ１０ｃｍ 以上のｐ型不
純物をドープすると、生じた正孔はほとんど活１生層３
にトラップされる。このときのエネルギーバンド図を第
２図に示す。図示のように活性層３には高密度の正孔９
が存在することになり、上記実施例と同じく微分利得が
大きくなり、周波数限界が高くなる。バリア層４に３×
１０１８ｃ７Ｉ＋−３のＭｇをドープしたときの緩和振
動周波数の実験結果を第３図に示す。第３図は横軸に端
面破壊限界光出力Ｐｃで正規化した光出力Ｐの２乗根を
、縦軸に緩和振動周波数ｆｒを示しているが、破線で示
した従来の量子井戸型レーザ素子のデータ１０に較べて
、本実施例では実線１１に示すように２０ Ｇ Ｈｚ以
上に周波数限界が向上した。
純物をドープすると、生じた正孔はほとんど活１生層３
にトラップされる。このときのエネルギーバンド図を第
２図に示す。図示のように活性層３には高密度の正孔９
が存在することになり、上記実施例と同じく微分利得が
大きくなり、周波数限界が高くなる。バリア層４に３×
１０１８ｃ７Ｉ＋−３のＭｇをドープしたときの緩和振
動周波数の実験結果を第３図に示す。第３図は横軸に端
面破壊限界光出力Ｐｃで正規化した光出力Ｐの２乗根を
、縦軸に緩和振動周波数ｆｒを示しているが、破線で示
した従来の量子井戸型レーザ素子のデータ１０に較べて
、本実施例では実線１１に示すように２０ Ｇ Ｈｚ以
上に周波数限界が向上した。
本実施例では活性層３に直接不純物をドープしていない
ので、不純物ドープによるバンドテールが形成されるこ
となく、量子井戸型構造において電子、正孔の２次元性
は損われない。このため量子井戸構造による微分利得が
低下せず、直接変調の高速化がより可能になる。ｐ型不
純物としては−前記実施例と同じ（Ｍｇ、 Ｂｅなどが
有効である。
ので、不純物ドープによるバンドテールが形成されるこ
となく、量子井戸型構造において電子、正孔の２次元性
は損われない。このため量子井戸構造による微分利得が
低下せず、直接変調の高速化がより可能になる。ｐ型不
純物としては−前記実施例と同じ（Ｍｇ、 Ｂｅなどが
有効である。
また上記実施例の場合にはｐ型不純物だけでなく、ｎ型
不純物Ｓｉ、 Ｔｅ、 Ｓｅなどでも効果がある。さら
に上記各実施例において、バリア層をＩｎＰ、活性層を
ＩｎＧａＡｓＰにして、同様の不純物をドープす。
不純物Ｓｉ、 Ｔｅ、 Ｓｅなどでも効果がある。さら
に上記各実施例において、バリア層をＩｎＰ、活性層を
ＩｎＧａＡｓＰにして、同様の不純物をドープす。
れば、いずれも同様の効果を得ることができる。
また、両実施例とも選択ドーピングを行ったが、活性層
、バリア層とも一様にドーピングしてもよい。
、バリア層とも一様にドーピングしてもよい。
上記のように本発明による半導体レーザ素子は、活性層
の厚さが結晶内自由電子の波束の大きさより小さい半導
体レーザ素子において、上記活性層、あるいは２層以上
の活性層を有するときは活性層の厚さより大きなバンド
ギャップのバリア層に、上記活性層に注入するキャリア
密度より大きな密度の不純物をドープしたことによって
、量子井戸型レーザ素子のｆｒを高くして周波数限界が
２０ＧＨｚ以上、すなわち１０ ＧＨｚをはるかにこえ
る直接変調が可能であり、半導体レーザ素子の大幅な高
速化をはかることができる。
の厚さが結晶内自由電子の波束の大きさより小さい半導
体レーザ素子において、上記活性層、あるいは２層以上
の活性層を有するときは活性層の厚さより大きなバンド
ギャップのバリア層に、上記活性層に注入するキャリア
密度より大きな密度の不純物をドープしたことによって
、量子井戸型レーザ素子のｆｒを高くして周波数限界が
２０ＧＨｚ以上、すなわち１０ ＧＨｚをはるかにこえ
る直接変調が可能であり、半導体レーザ素子の大幅な高
速化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による半導体レーザ素子の一実施例を示
す断面図、第２図は量子井戸構造のエネルギーバンドを
示す図、第３図は緩和振動周波数ｆｒの実験結果を示す
図である。 ３・・・活性層 ４・・・バリア層
す断面図、第２図は量子井戸構造のエネルギーバンドを
示す図、第３図は緩和振動周波数ｆｒの実験結果を示す
図である。 ３・・・活性層 ４・・・バリア層
Claims (1)
- 活性層の厚さが結晶内自由電子の波束の大きさより小さ
い半導体レーザ素子において、上記活性層、あるいは上
記活性層が２層以上の活性層からなるときは、上記活性
層またはこれら活性層間にあって該活性層より大きなバ
ンドギャップを有するバリア層に、上記活性層に注入す
るキャリア密度より大きな密度の不純物をドープしたも
のであることを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60164002A JPH0712103B2 (ja) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | 半導体レ−ザ素子 |
| CA000514074A CA1279394C (en) | 1985-07-26 | 1986-07-17 | Multiple quantum well type semiconductor laser |
| US06/888,073 US4881238A (en) | 1985-07-26 | 1986-07-22 | Semiconductor laser having quantum well active region doped with impurities |
| KR1019860005978A KR900000021B1 (ko) | 1985-07-26 | 1986-07-23 | 반도체 레이저 |
| EP86110329A EP0210616B1 (en) | 1985-07-26 | 1986-07-24 | Semiconductor laser |
| DE8686110329T DE3674959D1 (de) | 1985-07-26 | 1986-07-24 | Halbleiterlaser. |
| CN86105580A CN1006835B (zh) | 1985-07-26 | 1986-07-25 | 半导体激光器 |
| US07/041,410 US4881235A (en) | 1985-07-26 | 1987-04-23 | Semiconductor laser having a multiple quantum well structure doped with impurities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60164002A JPH0712103B2 (ja) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6225484A true JPS6225484A (ja) | 1987-02-03 |
| JPH0712103B2 JPH0712103B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=15784889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60164002A Expired - Lifetime JPH0712103B2 (ja) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0712103B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01292874A (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
| US5213322A (en) * | 1989-01-13 | 1993-05-25 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Original transfer apparatus |
| US5292113A (en) * | 1991-09-30 | 1994-03-08 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Automatic document feeder |
| USRE37832E1 (en) | 1995-09-04 | 2002-09-10 | Makita Corporation | Electromotive chain saw |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58216489A (ja) * | 1982-06-10 | 1983-12-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子井戸型半導体レ−ザ |
-
1985
- 1985-07-26 JP JP60164002A patent/JPH0712103B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58216489A (ja) * | 1982-06-10 | 1983-12-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子井戸型半導体レ−ザ |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01292874A (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
| US5213322A (en) * | 1989-01-13 | 1993-05-25 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Original transfer apparatus |
| US5292113A (en) * | 1991-09-30 | 1994-03-08 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Automatic document feeder |
| USRE37832E1 (en) | 1995-09-04 | 2002-09-10 | Makita Corporation | Electromotive chain saw |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0712103B2 (ja) | 1995-02-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |