JP2702964B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2702964B2 JP2702964B2 JP63121713A JP12171388A JP2702964B2 JP 2702964 B2 JP2702964 B2 JP 2702964B2 JP 63121713 A JP63121713 A JP 63121713A JP 12171388 A JP12171388 A JP 12171388A JP 2702964 B2 JP2702964 B2 JP 2702964B2
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- semiconductor laser
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- band
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、1.2〜1.6μｍ帯で発振する量子井戸型の半
導体レーザ素子に係り、特に変調帯域が広く、又はしき
い値の低い半導体レーザ素子に関する。
導体レーザ素子に係り、特に変調帯域が広く、又はしき
い値の低い半導体レーザ素子に関する。
従来、特開昭62−025484号公報に記載の如く、GaAlAs
/GaAs系の量子井戸型半導体レーザにおいて、活性層あ
るいは活性層の両側のバリア層、あるいはその双方に不
純物をドープすると、変調帯域が大幅に向上し、または
しきい電流値が低減することが知られていた。ところ
が、この材料系では石英系フアイパの損失が小さい波長
域の1.2〜1.6μｍ帯や可視領域である0.6〜0.7μｍ帯に
おける安定なレーザ発振は難かしい。
/GaAs系の量子井戸型半導体レーザにおいて、活性層あ
るいは活性層の両側のバリア層、あるいはその双方に不
純物をドープすると、変調帯域が大幅に向上し、または
しきい電流値が低減することが知られていた。ところ
が、この材料系では石英系フアイパの損失が小さい波長
域の1.2〜1.6μｍ帯や可視領域である0.6〜0.7μｍ帯に
おける安定なレーザ発振は難かしい。
一方1.2〜1.6μｍ帯における量子井戸型半導体レーザ
は、InGaAs/InP系などにより、実現されており、例えば
第10回半導体レーザ国際会議予稿集（1986年10月）の44
頁から45頁（10th.International Semiconductor Laser
Conference）などにより論じられている。
は、InGaAs/InP系などにより、実現されており、例えば
第10回半導体レーザ国際会議予稿集（1986年10月）の44
頁から45頁（10th.International Semiconductor Laser
Conference）などにより論じられている。
しかし、上記従来技術は、光通信に最適な1.2〜1.6μ
ｍ帯の発振波長を保つ量子井戸型半導体レーザにおいて
変調帯域の向上や、しきい電流値の低減がなされていな
かつた。
ｍ帯の発振波長を保つ量子井戸型半導体レーザにおいて
変調帯域の向上や、しきい電流値の低減がなされていな
かつた。
本発明の目的は、光通信用あるいは可視光用に変調帯
域の広い、あるいはしきい電流値の低い量子井戸型半導
体レーザを提供することにある。
域の広い、あるいはしきい電流値の低い量子井戸型半導
体レーザを提供することにある。
上記目的は、1.2〜1.6μｍ帯でレーザ発振を生ずる材
料により量子井戸構造を形成し、この活性層の両側に位
置するバリア層に不純物をドープすることにより達成さ
れる。材料としては、活性層にInGaAsが、バリア層にIn
GaAlAsが夫々適している。各々の組成は、望ましい発振
波長について、各層の厚みを考慮して決定される。
料により量子井戸構造を形成し、この活性層の両側に位
置するバリア層に不純物をドープすることにより達成さ
れる。材料としては、活性層にInGaAsが、バリア層にIn
GaAlAsが夫々適している。各々の組成は、望ましい発振
波長について、各層の厚みを考慮して決定される。
以上の材料により形成した量子井戸構造に対して、ｐ
型の不純物を注入されるキヤリア密度以上の密度でドー
プすると、過剰の正孔が活性層内に生じ、微分利得が向
上し、変調帯域が拡大される。このため、半導体レーザ
の高速変調が可能となる。一方ｎ型の不純物を注入され
るキヤリア密度以上の密度でドープすると、過剰の電子
が活性層内に生じ、誘導吸収が低減されるので、しきい
電流値が低減される。このため低電流動作が可能とな
る。
型の不純物を注入されるキヤリア密度以上の密度でドー
プすると、過剰の正孔が活性層内に生じ、微分利得が向
上し、変調帯域が拡大される。このため、半導体レーザ
の高速変調が可能となる。一方ｎ型の不純物を注入され
るキヤリア密度以上の密度でドープすると、過剰の電子
が活性層内に生じ、誘導吸収が低減されるので、しきい
電流値が低減される。このため低電流動作が可能とな
る。
以上のように、本発明によれば、発振波長1.2〜1.6μ
ｍにおいて、半導体レーザの大幅な性能向上が達成され
る。通常レーザ発振に必要な注入キヤリア密度は５×10
17cm-3〜２×1018cm-3なので、ドープする不純物の密度
は１×1018cm-3以上が良く、望ましくは４×1018cm-3以
上が良い。
ｍにおいて、半導体レーザの大幅な性能向上が達成され
る。通常レーザ発振に必要な注入キヤリア密度は５×10
17cm-3〜２×1018cm-3なので、ドープする不純物の密度
は１×1018cm-3以上が良く、望ましくは４×1018cm-3以
上が良い。
また、1.2〜1.6μｍの長波長帯では、オージエ効果
や、価電子帯間吸収により、キヤビテイ中に多数のキヤ
リアを注入しないと発振しない。このため注入された電
子がエネルギ的に拡がつて、微分利得が低下し易い。し
かし、本発明の構成により、井戸層内に多数の正孔が存
在すると、わずかの電子によつて発振するで、井戸層内
の電子のエネルギが拡がりを小さくすることができ、微
分利得が大幅に向上する。この効果は、0.8μｍ帯のGaA
lAs系より大きい。そして、微分利得が大きくなると、
緩和振動周波数が大きくなり高速化がはかれる。
や、価電子帯間吸収により、キヤビテイ中に多数のキヤ
リアを注入しないと発振しない。このため注入された電
子がエネルギ的に拡がつて、微分利得が低下し易い。し
かし、本発明の構成により、井戸層内に多数の正孔が存
在すると、わずかの電子によつて発振するで、井戸層内
の電子のエネルギが拡がりを小さくすることができ、微
分利得が大幅に向上する。この効果は、0.8μｍ帯のGaA
lAs系より大きい。そして、微分利得が大きくなると、
緩和振動周波数が大きくなり高速化がはかれる。
また長波長帯では、端面破壊の光出力レベルがGaAlAs
系に比べ１桁以上大きい。光出力が大きいと緩和振動周
波数が大きくなるので非常に高い緩和振動周波数が得ら
れる。
系に比べ１桁以上大きい。光出力が大きいと緩和振動周
波数が大きくなるので非常に高い緩和振動周波数が得ら
れる。
以下、本発明の第１の実施例を第１図により説明す
る。ｎ型InP基板１（厚み100μｍ）の上に分子線成長法
により、ｎ型InAlAsクラツド層２（厚み３μm,Al組成0.
45）を成長した後、アンドープInGaAs活性層３（厚み10
0Å,Ga組成0.45）,p型InGaAlAsバリア層４（厚み100Å,
Ga組成0.20,Al組成0.25,Beドープ）を交互に成長する。
この後ｐ型InAlAsクラツド層５（厚み２μm,Al組成0.4
5）,p型InGaAsキヤツプ層６（厚み0.5μm,Ga組成0.45）
を成長する。次にｐ側電極7,n側電極８を蒸着により形
成し、素子に切り離す。この素子において、バリア層４
にドープした不純物密度を２×1019cm-3にしたところ、
高速の変調限界を決めている緩和振動周波数が、30GHz
以上に達し、従来の不純物をドープしない量子井戸型レ
ーザに比べ２倍以上の値が得られた。
る。ｎ型InP基板１（厚み100μｍ）の上に分子線成長法
により、ｎ型InAlAsクラツド層２（厚み３μm,Al組成0.
45）を成長した後、アンドープInGaAs活性層３（厚み10
0Å,Ga組成0.45）,p型InGaAlAsバリア層４（厚み100Å,
Ga組成0.20,Al組成0.25,Beドープ）を交互に成長する。
この後ｐ型InAlAsクラツド層５（厚み２μm,Al組成0.4
5）,p型InGaAsキヤツプ層６（厚み0.5μm,Ga組成0.45）
を成長する。次にｐ側電極7,n側電極８を蒸着により形
成し、素子に切り離す。この素子において、バリア層４
にドープした不純物密度を２×1019cm-3にしたところ、
高速の変調限界を決めている緩和振動周波数が、30GHz
以上に達し、従来の不純物をドープしない量子井戸型レ
ーザに比べ２倍以上の値が得られた。
レーザ発振波長は1.55μｍであつた。
本発明の第２の実施例を第２図を用いて説明する。第
１の実施例と同様な多層成長を行なつた後、素子中央部
分をメサ状に残し、化学食刻によつて、領域９を除去す
る。この後領域９を半絶縁性InP、あるいはポリイミ
ド、あるいはプロトン、ボロンなどのイオン打込みによ
り絶縁化したInPにより埋込む。この後、絶縁膜10を被
着し、ｐ側電極7,n側電極８を蒸着し素子に切り離す。
この素子では、領域９により、メサ部分に光分布が閉込
められ、しかも領域９の容量が小さいので、高速変調の
周波数限界が向上する。変調強度が3dB低下するまでの
周波数帯域として35GHz以上の値が得られた。
１の実施例と同様な多層成長を行なつた後、素子中央部
分をメサ状に残し、化学食刻によつて、領域９を除去す
る。この後領域９を半絶縁性InP、あるいはポリイミ
ド、あるいはプロトン、ボロンなどのイオン打込みによ
り絶縁化したInPにより埋込む。この後、絶縁膜10を被
着し、ｐ側電極7,n側電極８を蒸着し素子に切り離す。
この素子では、領域９により、メサ部分に光分布が閉込
められ、しかも領域９の容量が小さいので、高速変調の
周波数限界が向上する。変調強度が3dB低下するまでの
周波数帯域として35GHz以上の値が得られた。
以上、ｐ型不純物をバリア層にドープした場合につい
て述べたが、活性層にドープしても、またはバリア層の
一部にドープしても同様の結果が得られた。また、以上
の説明ではドープする不純物をｐ型にして、高速変調限
界を調べたが、逆にドープする不純物をTe,Se,Siなどの
ｎ型にして、しきい電流密度を調べたところ、1/2以下
の低減がはかれた。
て述べたが、活性層にドープしても、またはバリア層の
一部にドープしても同様の結果が得られた。また、以上
の説明ではドープする不純物をｐ型にして、高速変調限
界を調べたが、逆にドープする不純物をTe,Se,Siなどの
ｎ型にして、しきい電流密度を調べたところ、1/2以下
の低減がはかれた。
本発明によれば、量子井戸型レーザにおいて、1.2〜
1.6μｍ帯の波長でレーザ発振し、高速変調限界を高
く、あるいはしきい電流値を低くできる。高速変調限界
については、従来の量子井戸型レーザに比べ２倍以上、
しきい電流値については1/2以下の値が得られる。
1.6μｍ帯の波長でレーザ発振し、高速変調限界を高
く、あるいはしきい電流値を低くできる。高速変調限界
については、従来の量子井戸型レーザに比べ２倍以上、
しきい電流値については1/2以下の値が得られる。
第１図は本発明の第１実施例の量子井戸型半導体レーザ
の横断面図、第２図は本発明の第２実施例の埋込型半導
体レーザの横断面図である。 １……基板、２……クラツド層、３……活性層、４……
バリア層、５……クラツド層、６……キヤツプ層、８…
…電極、９……埋込領域。
の横断面図、第２図は本発明の第２実施例の埋込型半導
体レーザの横断面図である。 １……基板、２……クラツド層、３……活性層、４……
バリア層、５……クラツド層、６……キヤツプ層、８…
…電極、９……埋込領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−190992（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−229990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−25484（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−94787（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−241884（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−205586（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】結晶内自由電子の波束より小さい厚さの活
性層と該活性層の両側に形成された半導体層を含む量子
井戸構造の発光領域を有し、 上記半導体層には１×1018cm-3以上の不純物が導入さ
れ、 上記活性層はInGaAsからなり且つ該半導体層はInGaAlAs
からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121713A JP2702964B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121713A JP2702964B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01292874A JPH01292874A (ja) | 1989-11-27 |
| JP2702964B2 true JP2702964B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=14818038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63121713A Expired - Lifetime JP2702964B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2702964B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001022545A1 (fr) | 1999-09-22 | 2001-03-29 | Mitsubishi Chemical Corporation | Element lumineux et module d'element lumineux |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6094787A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-05-27 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JPH0712103B2 (ja) * | 1985-07-26 | 1995-02-08 | 株式会社日立製作所 | 半導体レ−ザ素子 |
| JPH01205586A (ja) * | 1988-02-12 | 1989-08-17 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 量子井戸構造を有する半導体レーザ |
| JPH01241884A (ja) * | 1988-03-24 | 1989-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多重量子井戸半導体レーザ |
-
1988
- 1988-05-20 JP JP63121713A patent/JP2702964B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01292874A (ja) | 1989-11-27 |
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