JPS63161690A - 量子井戸型半導体レ−ザ - Google Patents
量子井戸型半導体レ−ザInfo
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- JPS63161690A JPS63161690A JP31088686A JP31088686A JPS63161690A JP S63161690 A JPS63161690 A JP S63161690A JP 31088686 A JP31088686 A JP 31088686A JP 31088686 A JP31088686 A JP 31088686A JP S63161690 A JPS63161690 A JP S63161690A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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】
（産業上の利用分野）
本発明は量子井戸型半導体レーザに関するつ（従来の技
術） 半導体多層薄膜を活性層とする多重部子井戸型半導ｆ本
レーザ（ＭＱＷ−ＬＤ ； Ｍｕｌｉｐｌｅ Ｑｕａｎ
ｔｕｍ ＷｅｌｌＬａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ）は通常の
ダブルへテロ（ＤＨ）レーザと比べて低しきい値、高い
緩和振動周波数、狭いスペクトル線幅等すぐれた特性を
有しており、活発に研究開発が進められている。例えば
ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザの場合１００人前後の
ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）ウェル層、同程度の厚さのＩｎＰバ
リア層を多層（貴店したＭＱＷ構造を活性層として有し
ており、第２図（ａ）に示すように、ウェル層のポテン
シャルエネルギー分布の形状は矩形状となっている。
術） 半導体多層薄膜を活性層とする多重部子井戸型半導ｆ本
レーザ（ＭＱＷ−ＬＤ ； Ｍｕｌｉｐｌｅ Ｑｕａｎ
ｔｕｍ ＷｅｌｌＬａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ）は通常の
ダブルへテロ（ＤＨ）レーザと比べて低しきい値、高い
緩和振動周波数、狭いスペクトル線幅等すぐれた特性を
有しており、活発に研究開発が進められている。例えば
ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザの場合１００人前後の
ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）ウェル層、同程度の厚さのＩｎＰバ
リア層を多層（貴店したＭＱＷ構造を活性層として有し
ており、第２図（ａ）に示すように、ウェル層のポテン
シャルエネルギー分布の形状は矩形状となっている。
（従来技術の問題点）
１００人程度量薄膜半導体を実際に作製するにはＭＢＥ
やＭＯＶＰＥ法が採用されており、ヘテロ界面の急峻性
の点でも近年大きな進展がみられるようになってきた。
やＭＯＶＰＥ法が採用されており、ヘテロ界面の急峻性
の点でも近年大きな進展がみられるようになってきた。
しかしながら例えば１０層程度あるウェル層の膜厚をす
べての層にわたって完全に均一するということは現状の
成長技術ではかなり困難であり、数人オーダーの不均一
はさけがたい。量子井戸構造においては、例えば電子の
エネルギー差位を考えると、第２図＜ｂ）に示した状態
密度関数がバルクの場合には放物状であるものが図中Ａ
で示すような階段状の状態密度となる、電子の最低エネ
ルギー準位は図のように放物状状態密度関数の底から矩
形状の状態密度関数の最低次エネルギーレベルにシフト
する。通常の量子井戸構造によるバルク結晶と比べたエ
ネルギーシフト量は近似的に量子井戸層のウェル幅Ｌｚ
の２乗の逆数に比例し、例えば１００Ａウエルに対して
±５人の不均一があるとエネルギーシフト量にして約１
０％の不均一となりレーザ特性に悪影響を与えていた。
べての層にわたって完全に均一するということは現状の
成長技術ではかなり困難であり、数人オーダーの不均一
はさけがたい。量子井戸構造においては、例えば電子の
エネルギー差位を考えると、第２図＜ｂ）に示した状態
密度関数がバルクの場合には放物状であるものが図中Ａ
で示すような階段状の状態密度となる、電子の最低エネ
ルギー準位は図のように放物状状態密度関数の底から矩
形状の状態密度関数の最低次エネルギーレベルにシフト
する。通常の量子井戸構造によるバルク結晶と比べたエ
ネルギーシフト量は近似的に量子井戸層のウェル幅Ｌｚ
の２乗の逆数に比例し、例えば１００Ａウエルに対して
±５人の不均一があるとエネルギーシフト量にして約１
０％の不均一となりレーザ特性に悪影響を与えていた。
本発明の目的は結晶成長に起因するウェル層ｌバリア層
の厚さの不均一さがあっても特性があまり大きく劣化せ
ず、優れた性能を有する量子井戸型半導体レーザを提供
することにある。
の厚さの不均一さがあっても特性があまり大きく劣化せ
ず、優れた性能を有する量子井戸型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）
本発明はエネルギバンドギャップの異なる半導体薄膜を
交互に積層した量子井戸構造を活性層として有する量子
井戸型半導体レーザにおいて、前記活性層を構成する量
子井戸構造のバンドギャップの小さい方の層（ウェル層
）の積層方向のポテンシャルエネルギー分布形状が放物
線形状となっていることを特徴とした構成となっている
。
交互に積層した量子井戸構造を活性層として有する量子
井戸型半導体レーザにおいて、前記活性層を構成する量
子井戸構造のバンドギャップの小さい方の層（ウェル層
）の積層方向のポテンシャルエネルギー分布形状が放物
線形状となっていることを特徴とした構成となっている
。
（実施例〉
従来のＭＱＷ−ＬＤにおけるクラッド層５を含む活性層
付近の伝導帯でのエネルギーバンド図を第２図（ａ）に
示す。光フアイバ通信に用いられるＩｎＧａＡｓ（Ｐ）
系の半導体材料の例ではＩｎＰ基板上に２つのクラッド
層５でＭＱＷ活性層を挟んだ積層構造を形成する。ＭＱ
Ｗ活性層はＩｎＰバリア層１およびＩｎＧａＡｓウェル
層２から成る。ＩｎＰバリア層１が数十人と薄い場合に
は電子のエネルギーレベル３，４はウェル層２の数だけ
の異なるレベルを持ち、ミニバンドを形成するが、この
ミニバンドがバルクの伝導帯端がシフトするエネルギー
シフトする量は近似的にウェル幅Ｌｚの２乗の逆数に比
例する。これに対して本発明のＭＱＷ−ＬＤでは第１図
（ａ）に示す様にウェル層２が放物状のエネルギー分布
を有し、ウェル内の電子のエネルギーレベル３，４はほ
ぼ等間隔になることからエネルギーレベルはＬｚに逆比
例する。ここで例えば１ｏｏＡのウェルに対して±５人
ずれたときのエネルギーシフト量の相対的な値を考える
と第３図に示す結果となり、本発明の場合には第２図（
ａ）に示す様な矩形エネルギー分布を有する。従来型Ｍ
Ｑｗ−Ｌｎと比べてウェル幅のバラツキに対するエネル
ギーレベル３，４の変動の度合いが大幅に抑制されるこ
とがわかる。第１図（ｂ）、第２図（ｂ）にはいずれも
伝導帯における状態密度とエネルギーとの関係を示す。
付近の伝導帯でのエネルギーバンド図を第２図（ａ）に
示す。光フアイバ通信に用いられるＩｎＧａＡｓ（Ｐ）
系の半導体材料の例ではＩｎＰ基板上に２つのクラッド
層５でＭＱＷ活性層を挟んだ積層構造を形成する。ＭＱ
Ｗ活性層はＩｎＰバリア層１およびＩｎＧａＡｓウェル
層２から成る。ＩｎＰバリア層１が数十人と薄い場合に
は電子のエネルギーレベル３，４はウェル層２の数だけ
の異なるレベルを持ち、ミニバンドを形成するが、この
ミニバンドがバルクの伝導帯端がシフトするエネルギー
シフトする量は近似的にウェル幅Ｌｚの２乗の逆数に比
例する。これに対して本発明のＭＱＷ−ＬＤでは第１図
（ａ）に示す様にウェル層２が放物状のエネルギー分布
を有し、ウェル内の電子のエネルギーレベル３，４はほ
ぼ等間隔になることからエネルギーレベルはＬｚに逆比
例する。ここで例えば１ｏｏＡのウェルに対して±５人
ずれたときのエネルギーシフト量の相対的な値を考える
と第３図に示す結果となり、本発明の場合には第２図（
ａ）に示す様な矩形エネルギー分布を有する。従来型Ｍ
Ｑｗ−Ｌｎと比べてウェル幅のバラツキに対するエネル
ギーレベル３，４の変動の度合いが大幅に抑制されるこ
とがわかる。第１図（ｂ）、第２図（ｂ）にはいずれも
伝導帯における状態密度とエネルギーとの関係を示す。
バルク結晶では放物線状の状態密度関数となるが、ＭＱ
Ｗ構造の場合には従来型のものでも、本発明のよるもの
でも階段状となる。ウェル幅Ｌｚを変えた場合の状態密
度関数を破線、実線、一点鎖線で示すが、放物形状のバ
ンド溝道を有する場合の方がエネルギーシフト量の変動
が小さい。エネルギーシフト量の変動が大きい場合には
各ウェル層で異なったエネルギーレベルを有することに
より、量子サイズ効果を反映した所望のレーザ特性が得
られなくなってしまう。
Ｗ構造の場合には従来型のものでも、本発明のよるもの
でも階段状となる。ウェル幅Ｌｚを変えた場合の状態密
度関数を破線、実線、一点鎖線で示すが、放物形状のバ
ンド溝道を有する場合の方がエネルギーシフト量の変動
が小さい。エネルギーシフト量の変動が大きい場合には
各ウェル層で異なったエネルギーレベルを有することに
より、量子サイズ効果を反映した所望のレーザ特性が得
られなくなってしまう。
実際にＭＯＶＰＥ法を用いてこのような半導体レーザを
作製した。ｎ−ＩｎＰ基板上にｎ−ＩｎＰクラッド層、
ＭＱＷ活性層、ｐ−ＩｎＰクラッド層を順次積層した。
作製した。ｎ−ＩｎＰ基板上にｎ−ＩｎＰクラッド層、
ＭＱＷ活性層、ｐ−ＩｎＰクラッド層を順次積層した。
用いた原料はＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、 ＡｓＨ３，ＰＨ３
，ＤＥＺｎ。
，ＤＥＺｎ。
ＳｉＨ４であり、横型反応管を用い、６５０°Ｃ，７６
Ｔｏｒｒの条件で成長を行った。（ｎＧａＡｓ（Ｐ）の
ウェル贅は芥原料の流量をコンピュータコントロールし
て５Ｘ１０−４以内に格子整合するように、またエネル
ギー分布がほぼ放物形状となるように行った。具ｆ本的
にはＩｎ１−）（ＧａｘＡｓｙＰｌ−ｙ層がｙ ＝ ２
．２ｘとなるようにＩｎ、 Ｇａ、 Ａｓ、 Ｐのガス
原料の流量を調整しながら成長した。ウェル層２の幅は
２００人、ＩｎＰバリア層１は４０人の厚さとした。
Ｔｏｒｒの条件で成長を行った。（ｎＧａＡｓ（Ｐ）の
ウェル贅は芥原料の流量をコンピュータコントロールし
て５Ｘ１０−４以内に格子整合するように、またエネル
ギー分布がほぼ放物形状となるように行った。具ｆ本的
にはＩｎ１−）（ＧａｘＡｓｙＰｌ−ｙ層がｙ ＝ ２
．２ｘとなるようにＩｎ、 Ｇａ、 Ａｓ、 Ｐのガス
原料の流量を調整しながら成長した。ウェル層２の幅は
２００人、ＩｎＰバリア層１は４０人の厚さとした。
以上のように作製したＭＱＷ−ＬＤを５０μｍ幅の５ｉ
０２ストライプレーザに加工して評価したところ室温に
おけるしきい値電流密度６００Ａ／ｃｍ２程度の値を再
現性よく得ることができた。これまで従来タイプのＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰ ＭＱＷ−ＬＤにおいては最少１゜５
ｋＡ／ｃｍ２という値しか得られておらず本発明によっ
て特性が大幅に向上したＭＱＷ−ＬＤを得ることができ
た。
０２ストライプレーザに加工して評価したところ室温に
おけるしきい値電流密度６００Ａ／ｃｍ２程度の値を再
現性よく得ることができた。これまで従来タイプのＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰ ＭＱＷ−ＬＤにおいては最少１゜５
ｋＡ／ｃｍ２という値しか得られておらず本発明によっ
て特性が大幅に向上したＭＱＷ−ＬＤを得ることができ
た。
また上述のレーザを幅３μｍのリッジストライプレーザ
に加工したところ緩和振動周波数が従来のＭＱＷ−ＬＤ
と比べて５０％向上した。
に加工したところ緩和振動周波数が従来のＭＱＷ−ＬＤ
と比べて５０％向上した。
なお実施例においては多数のウェル層／バリア層を有す
るＭＱＷ−ＬＤを用いて説明したが、もちろんウェル層
がひとつのシングル量子井戸（ＳＱＷ）を用いてもさし
つかえない。用いる半導体材料もＩｎＰ、’ＩｎＧａＡ
ｓＰ系に限らず、ＧａＡｌＡｓ系等他の半導体材料を用
いて何らさしつかえない。
るＭＱＷ−ＬＤを用いて説明したが、もちろんウェル層
がひとつのシングル量子井戸（ＳＱＷ）を用いてもさし
つかえない。用いる半導体材料もＩｎＰ、’ＩｎＧａＡ
ｓＰ系に限らず、ＧａＡｌＡｓ系等他の半導体材料を用
いて何らさしつかえない。
（発明の効果）
本発明の特徴はウェル層が放物形状のエネルギー分布を
有する量子井戸構造をレーザの活性層に用いたことであ
る。これによって従来例のＱＷ−ＬＤと比べ、ウェル幅
のわずかなゆらぎに起因するエネルギーシフト量の変動
が大幅に抑制され、特性の優れた量子井戸型半導体レー
ザを得ることができた。
有する量子井戸構造をレーザの活性層に用いたことであ
る。これによって従来例のＱＷ−ＬＤと比べ、ウェル幅
のわずかなゆらぎに起因するエネルギーシフト量の変動
が大幅に抑制され、特性の優れた量子井戸型半導体レー
ザを得ることができた。
第１図（ａ）は本発明の一実施例であるＭＱＷ−ＬＤの
伝導帯におけるエネルギーバンド図、（ｂ）は状態密度
関数、第２図（ａ）は従来例のＭＱＷ−ＬＤのエネルギ
ーバンド図、（ｂ）は状態密度関数、第３図はウェル幅
が変動した場合の従来例と本発明とを比較したエネルギ
ーシフト量の値を示す。図中１はバリア層。 ２はウェル層、３は基底準位エネルギーレベル、４は第
２準位エネルギーレベル、５はクラッド層をそれぞれあ
られす。 代１人弁、ヤ、原 門 ゛ 第１図 （ａ）１ １大 態 家 度 第２図 状態密度
伝導帯におけるエネルギーバンド図、（ｂ）は状態密度
関数、第２図（ａ）は従来例のＭＱＷ−ＬＤのエネルギ
ーバンド図、（ｂ）は状態密度関数、第３図はウェル幅
が変動した場合の従来例と本発明とを比較したエネルギ
ーシフト量の値を示す。図中１はバリア層。 ２はウェル層、３は基底準位エネルギーレベル、４は第
２準位エネルギーレベル、５はクラッド層をそれぞれあ
られす。 代１人弁、ヤ、原 門 ゛ 第１図 （ａ）１ １大 態 家 度 第２図 状態密度
Claims (1)
- エネルギバンドギャップの異なる半導体薄膜を交互に積
層した量子井戸構造を活性層として有する量子井戸型半
導体レーザにおいて、前記活性層を構成する量子井戸構
造のバンドギャップの小さい方の層（ウェル層）の積層
方向のポテンシャルエネルギー分布形状が放物線形状と
なっていることを特徴とする量子井戸型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31088686A JPS63161690A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 量子井戸型半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31088686A JPS63161690A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 量子井戸型半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63161690A true JPS63161690A (ja) | 1988-07-05 |
Family
ID=18010564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31088686A Pending JPS63161690A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 量子井戸型半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63161690A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63220591A (ja) * | 1987-03-10 | 1988-09-13 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPH0245995A (ja) * | 1988-08-08 | 1990-02-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子井戸構造型半導体レーザー装置 |
| JPH06252512A (ja) * | 1990-03-13 | 1994-09-09 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体レーザを含む装置 |
-
1986
- 1986-12-25 JP JP31088686A patent/JPS63161690A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63220591A (ja) * | 1987-03-10 | 1988-09-13 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPH0245995A (ja) * | 1988-08-08 | 1990-02-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子井戸構造型半導体レーザー装置 |
| JPH06252512A (ja) * | 1990-03-13 | 1994-09-09 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体レーザを含む装置 |
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