JP3128788B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関するも
のであり、特に0.9〜1.1μm帯半導体レーザに関
するものである。
のであり、特に0.9〜1.1μm帯半導体レーザに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】0.9〜1.1μm帯半導体レーザは、
GaAs系短波長レーザおよびInP系長波長レーザの
間の波長域を補うレーザとして期待されている。特に、
発振波長0.98μmの半導体レーザは将来の光通信を
担うキーテクノロジーとして期待の高まっているEr3+
添加ファイバ光増幅器の励起用光源として実用化が待た
れている。このような0.9〜1.1μm帯半導体レー
ザとして、光閉込め層でGaAs、量子井戸層でGaI
nAsを使用するGaAs/GaInAsヘテロ接合に
より構成される歪量子井戸活性層を有するものが従来か
ら考えられている。
GaAs系短波長レーザおよびInP系長波長レーザの
間の波長域を補うレーザとして期待されている。特に、
発振波長0.98μmの半導体レーザは将来の光通信を
担うキーテクノロジーとして期待の高まっているEr3+
添加ファイバ光増幅器の励起用光源として実用化が待た
れている。このような0.9〜1.1μm帯半導体レー
ザとして、光閉込め層でGaAs、量子井戸層でGaI
nAsを使用するGaAs/GaInAsヘテロ接合に
より構成される歪量子井戸活性層を有するものが従来か
ら考えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この材料系の場合、量
子井戸層と光閉込め層間の実効的なバンドギャップ差
が、例えば0.98μmレーザにおいては150meV
程度しかなく、活性層での正孔と電子の再結合を行わせ
るのに十分なほど大きくはない。
子井戸層と光閉込め層間の実効的なバンドギャップ差
が、例えば0.98μmレーザにおいては150meV
程度しかなく、活性層での正孔と電子の再結合を行わせ
るのに十分なほど大きくはない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、G
aAsを基板材料とし、光導波層がGaInAs量子井
戸層を有する活性層と、この活性層を上下から挟む光閉
込め層とからなり、光閉込め層が燐を含みバンドギャッ
プがGaAsよりも大きい化合物半導体材料、例えば
(Aly Ga1-y )Z In1-Z P(0≦y<1)で形成
されているものである。
は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、G
aAsを基板材料とし、光導波層がGaInAs量子井
戸層を有する活性層と、この活性層を上下から挟む光閉
込め層とからなり、光閉込め層が燐を含みバンドギャッ
プがGaAsよりも大きい化合物半導体材料、例えば
(Aly Ga1-y )Z In1-Z P(0≦y<1)で形成
されているものである。
【0005】
【作用】量子井戸層にGa1-X InX As、光閉込め層
に(Aly Ga1-y )Z In1-Z P(0≦y<1)を材
料に用いた場合、光閉込め層と量子井戸層間の実効的な
バンドギャップ差は、0.98μmレーザを例にとると
最低でもy=0、z=0.51のときの材料であるGa
0.51In0.49P(1.85eV)とGa1-x Inx As
(1.265eV)の差585meVとなり、従来のG
aAs/GaInAs材料系のバンドギャップ差(〜1
50meV)と比較し、非常に大きくなる。
に(Aly Ga1-y )Z In1-Z P(0≦y<1)を材
料に用いた場合、光閉込め層と量子井戸層間の実効的な
バンドギャップ差は、0.98μmレーザを例にとると
最低でもy=0、z=0.51のときの材料であるGa
0.51In0.49P(1.85eV)とGa1-x Inx As
(1.265eV)の差585meVとなり、従来のG
aAs/GaInAs材料系のバンドギャップ差(〜1
50meV)と比較し、非常に大きくなる。
【0006】
【実施例】図1は本発明の実施例に関するものであり、
いわゆる単一量子井戸構造の半導体レーザを説明するた
めの図である。
いわゆる単一量子井戸構造の半導体レーザを説明するた
めの図である。
【0007】同図(a)は、レーザの出射面断面構造を
示し、同図(b)は、エネルギーバンド差を示す。同図
(a)に示される様に、SiドープGaAs基板1上に
SiドープGaAsバッファ層2、Seドープ(Al
0.5 Ga0.5 )In0.5 P n型クラッド層3、ノンド
ープGa0.5 In0.5 P光閉込め層4、ノンドープGa
0.75In0.25As量子井戸層6、ノンドープGa0.5 I
n0.5 P光閉込め層7、Znドープ(Al0.5 G
a0.5 )0.5 In0.5 P P型クラッド層8、Znドー
プGaAsコンタクト層9がエピタキシャル成長により
順次形成されている。さらに、GaAs基板1下および
ZnドープGaAsコンタクト層9上にそれぞれ電極1
0,11が形成された構造となっている。この実施例に
おいては光閉込め層4,7の材料としてGaAsではな
く、(AlyGa1-y )Z In1-Z P(0≦y<1)で
y=0、z=0.5のときの材料Ga0.5 In0.5 Pが
使用されている。この場合、前述のようにGaAs/G
aInAs材料系を使用したときはバンドギャップ差が
最高でも約150meVであるのに対し、Ga0.5 In
0.5 Pを使用するときは量子井戸層と光閉込め層のバン
ドギャップ差は約585meVと非常に大きくでき、キ
ャリアの効果的な再結合ができる。
示し、同図(b)は、エネルギーバンド差を示す。同図
(a)に示される様に、SiドープGaAs基板1上に
SiドープGaAsバッファ層2、Seドープ(Al
0.5 Ga0.5 )In0.5 P n型クラッド層3、ノンド
ープGa0.5 In0.5 P光閉込め層4、ノンドープGa
0.75In0.25As量子井戸層6、ノンドープGa0.5 I
n0.5 P光閉込め層7、Znドープ(Al0.5 G
a0.5 )0.5 In0.5 P P型クラッド層8、Znドー
プGaAsコンタクト層9がエピタキシャル成長により
順次形成されている。さらに、GaAs基板1下および
ZnドープGaAsコンタクト層9上にそれぞれ電極1
0,11が形成された構造となっている。この実施例に
おいては光閉込め層4,7の材料としてGaAsではな
く、(AlyGa1-y )Z In1-Z P(0≦y<1)で
y=0、z=0.5のときの材料Ga0.5 In0.5 Pが
使用されている。この場合、前述のようにGaAs/G
aInAs材料系を使用したときはバンドギャップ差が
最高でも約150meVであるのに対し、Ga0.5 In
0.5 Pを使用するときは量子井戸層と光閉込め層のバン
ドギャップ差は約585meVと非常に大きくでき、キ
ャリアの効果的な再結合ができる。
【0008】なお、このときのGaInAsとGaAs
の格子不整は約1.5%であるが、GaInAs量子井
戸層の厚さが60オングストロームと弾性限界内で歪む
よう十分に薄くしてあるため、GaAs/GaInAs
界面では転位等による結晶欠陥は生じずに良好な結晶性
が保たれている。
の格子不整は約1.5%であるが、GaInAs量子井
戸層の厚さが60オングストロームと弾性限界内で歪む
よう十分に薄くしてあるため、GaAs/GaInAs
界面では転位等による結晶欠陥は生じずに良好な結晶性
が保たれている。
【0009】図2は、本実施例に係る、いわゆる多重量
子井戸構造の半導体レーザを説明するための図である。
同図(a)は、レーザの出射面断面構造を示し、同図
(b)は光導波層のバンドギャップ差を示し、同図
(c)は量子井戸層と障壁層の格子定数を示す図であ
る。この半導体レーザは、例えば、SiドープGaAs
基板1上にSiドープGaAsバッファ層2、Seドー
プ(Al0.7Ga0.3 )0.5 In0.5 P n型クラッド
層3、ノンドープ(Al0.2 Ga0.8 )0.5 In0.5 P
光閉込め層4、ノンドープGa0.75In0.25As量子井
戸層6a、ノンドープGa0.61In0.39P障壁層5a、
ノンドープGa0.75In0.25As量子井戸層6b、ノン
ドープGa0.61In0.39P障壁層5b、ノンドープGa
0.75In0.25As量子井戸層6c、ノンドープGa0.61
In0.39P障壁層5c、ノンドープGa0.75In0.25A
s量子井戸層6d、ノンドープ(Al0.2 Ga0.8 )
0.5 In0.5 P光閉込め層7、Znドープ(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P P型クラッド層
8、ZnドープGaAsコンタクト層9がエピタキシャ
ル成長により順次形成され、さらに、SiドープGaA
s基板1下およびZnドープGaAS コンタクト層9上
にそれぞれ電極10,11が形成されている。
子井戸構造の半導体レーザを説明するための図である。
同図(a)は、レーザの出射面断面構造を示し、同図
(b)は光導波層のバンドギャップ差を示し、同図
(c)は量子井戸層と障壁層の格子定数を示す図であ
る。この半導体レーザは、例えば、SiドープGaAs
基板1上にSiドープGaAsバッファ層2、Seドー
プ(Al0.7Ga0.3 )0.5 In0.5 P n型クラッド
層3、ノンドープ(Al0.2 Ga0.8 )0.5 In0.5 P
光閉込め層4、ノンドープGa0.75In0.25As量子井
戸層6a、ノンドープGa0.61In0.39P障壁層5a、
ノンドープGa0.75In0.25As量子井戸層6b、ノン
ドープGa0.61In0.39P障壁層5b、ノンドープGa
0.75In0.25As量子井戸層6c、ノンドープGa0.61
In0.39P障壁層5c、ノンドープGa0.75In0.25A
s量子井戸層6d、ノンドープ(Al0.2 Ga0.8 )
0.5 In0.5 P光閉込め層7、Znドープ(Al
0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P P型クラッド層
8、ZnドープGaAsコンタクト層9がエピタキシャ
ル成長により順次形成され、さらに、SiドープGaA
s基板1下およびZnドープGaAS コンタクト層9上
にそれぞれ電極10,11が形成されている。
【0010】このように光閉込め層4,7は(Aly G
a1-y)Z In1-Z P(0≦y<1)でy=0.2、z
=0.5のときの材料である(Al0.2 Ga0.8 )0.5
In0.5 Pが使用され、量子井戸層はGaInAsで形
成されている。本実施例のAlGaInP/GaInA
sの材料系の場合も、図1に示された実施例のGaIn
P/GaInAsとほぼ同様のエネルギーギャップ差を
有し、従来のGaAs/GaInAsの材料系を用いた
場合と比較すると、光閉込め層と量子井戸層間のエネル
ギーギャップ差は非常に大きい。
a1-y)Z In1-Z P(0≦y<1)でy=0.2、z
=0.5のときの材料である(Al0.2 Ga0.8 )0.5
In0.5 Pが使用され、量子井戸層はGaInAsで形
成されている。本実施例のAlGaInP/GaInA
sの材料系の場合も、図1に示された実施例のGaIn
P/GaInAsとほぼ同様のエネルギーギャップ差を
有し、従来のGaAs/GaInAsの材料系を用いた
場合と比較すると、光閉込め層と量子井戸層間のエネル
ギーギャップ差は非常に大きい。
【0011】光閉込め層と量子井戸層の組み合わせは、
本実施例の(AlyGa1-y )z In1-z P/Ga1-x
Inx Asだけでなく、Aly Ga1-yPz As1-z /
Ga1-x Inx As、Aly In1-y Pz As1-z /G
a1-x Inx As、Gay In1-y Pz As1-z /Ga
1-x Inx As等のように、光閉込め層に燐を含む他の
化合物半導体材料を用いたものでも実現できる。
本実施例の(AlyGa1-y )z In1-z P/Ga1-x
Inx Asだけでなく、Aly Ga1-yPz As1-z /
Ga1-x Inx As、Aly In1-y Pz As1-z /G
a1-x Inx As、Gay In1-y Pz As1-z /Ga
1-x Inx As等のように、光閉込め層に燐を含む他の
化合物半導体材料を用いたものでも実現できる。
【0012】また、本実施例の活性層は、図2(c)に
示される通り、障壁層5a〜5cを形成するGaInP
の格子定数が基板材料であるGaAsの格子定数よりも
小さく、量子井戸層6a〜6dを形成するGaInAs
の格子定数がGaAsの格子定数より大きい。この格子
定数の関係により、GaInAs量子井戸層には圧縮応
力、GaInP障壁層には引張応力が加わる。本実施例
に係る半導体レーザは、このように構成されているの
で、活性層全体としては量子井戸層の圧縮応力と障壁層
の引張応力が相殺し、活性層の平均格子定数はGaAs
の格子定数に10-3以下の格子不整となるだけである。
したがって、単一量子井戸構造の活性層の場合に比較し
て実効的な活性層厚を厚くすることができ、利得の増大
化を図ることができる。
示される通り、障壁層5a〜5cを形成するGaInP
の格子定数が基板材料であるGaAsの格子定数よりも
小さく、量子井戸層6a〜6dを形成するGaInAs
の格子定数がGaAsの格子定数より大きい。この格子
定数の関係により、GaInAs量子井戸層には圧縮応
力、GaInP障壁層には引張応力が加わる。本実施例
に係る半導体レーザは、このように構成されているの
で、活性層全体としては量子井戸層の圧縮応力と障壁層
の引張応力が相殺し、活性層の平均格子定数はGaAs
の格子定数に10-3以下の格子不整となるだけである。
したがって、単一量子井戸構造の活性層の場合に比較し
て実効的な活性層厚を厚くすることができ、利得の増大
化を図ることができる。
【0013】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、多重量子井
戸構造および単一量子井戸構造の半導体レーザの光閉込
め層の材料に、例えば(Aly Ga1-y )Z In1-Z P
(0≦y<1)のような燐を含みバンドギャップがGa
Asよりも大きい化合物半導体、量子井戸層の材料とし
てGaInAsを使用することにより、量子井戸層と光
閉込め層間のバンドギャップ差を従来よりも非常に大き
くすることができる。したがって、閾値電流の低減、高
温での動作特性の改善がはかれるので、半導体レーザの
高効率化および高出力化が実現できる。また、多重量子
井戸層の半導体レーザでは、障壁層の材料に格子定数が
小さいものを使用しているので、量子井戸層の圧縮応力
を障壁層の引張応力で相殺でき、活性層全体の厚さは転
位を生じる臨界膜厚の制約を受けることなく自由に設計
できる。
戸構造および単一量子井戸構造の半導体レーザの光閉込
め層の材料に、例えば(Aly Ga1-y )Z In1-Z P
(0≦y<1)のような燐を含みバンドギャップがGa
Asよりも大きい化合物半導体、量子井戸層の材料とし
てGaInAsを使用することにより、量子井戸層と光
閉込め層間のバンドギャップ差を従来よりも非常に大き
くすることができる。したがって、閾値電流の低減、高
温での動作特性の改善がはかれるので、半導体レーザの
高効率化および高出力化が実現できる。また、多重量子
井戸層の半導体レーザでは、障壁層の材料に格子定数が
小さいものを使用しているので、量子井戸層の圧縮応力
を障壁層の引張応力で相殺でき、活性層全体の厚さは転
位を生じる臨界膜厚の制約を受けることなく自由に設計
できる。
【図1】本実施例の多重量子井戸構造の半導体レーザを
説明するための図。
説明するための図。
【図2】本実施例の単一量子井戸構造の半導体レーザを
説明するための図。
説明するための図。
1…GaAs基板 4,7…光閉込め層 5a,5b,5c…障壁層 6,6a,6b,6c,6d…量子井戸層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 JICSTファイル(JOIS)
Claims (3)
- 【請求項1】 GaAs基板上に形成される半導体レー
ザにおいて、 光導波層がクラッド層によって上下から挟まれており、 前記光導波層がGaInAs量子井戸層を有する活性層
と、この活性層を上下から挟む光閉じ込め層とからな
り、 前記光閉じ込め層が燐を含みバンドギャップが前記Ga
As基板および前記クラッド層よりも大きく、前記活性
層よりも小さい化合物半導体材料で形成されており、 前記光閉込め層の化合物半導体材料が(AlyGa1-y)
ZIn1-zP(0≦y<1)であることを特徴とする半導
体レーザ。 - 【請求項2】 活性層が複数のGaInAs量子井戸層
と、これを隔てる障壁層とからなり、この障壁層を形成
する材料の格子定数がGaAsの格子定数よりも小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。 - 【請求項3】 GaAs基板上に形成される半導体レー
ザにおいて、 光導波層がクラッド層によって上下から挟まれており、 前記光導波層がGaInAs量子井戸層を有する活性層
と、この活性層を上下から挟む光閉じ込め層とからな
り、 前記光閉じ込め層が燐を含みバンドギャップが前記Ga
As基板および前記クラッド層よりも大きく、前記活性
層よりも小さい化合物半導体材料で形成されており、 前記活性層が複数のGaInAs量子井戸層と、これを
隔てる障壁層とからなり、この障壁層を形成する材料の
格子定数がGaAsの格子定数よりも小さいことを特徴
とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16179491A JP3128788B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16179491A JP3128788B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0513884A JPH0513884A (ja) | 1993-01-22 |
JP3128788B2 true JP3128788B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=15742041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16179491A Expired - Fee Related JP3128788B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3128788B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6603784B1 (en) * | 1998-12-21 | 2003-08-05 | Honeywell International Inc. | Mechanical stabilization of lattice mismatched quantum wells |
US6614821B1 (en) | 1999-08-04 | 2003-09-02 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
JP2001068790A (ja) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Canon Inc | 半導体レーザ構造 |
JP2007129270A (ja) * | 2007-02-09 | 2007-05-24 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
JP2012109436A (ja) * | 2010-11-18 | 2012-06-07 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード |
JP2012119585A (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-21 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置 |
JP6101303B2 (ja) * | 2015-04-30 | 2017-03-22 | 昭和電工株式会社 | 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置 |
-
1991
- 1991-07-02 JP JP16179491A patent/JP3128788B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0513884A (ja) | 1993-01-22 |
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