JP3145718B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP3145718B2 JP3145718B2 JP41693590A JP41693590A JP3145718B2 JP 3145718 B2 JP3145718 B2 JP 3145718B2 JP 41693590 A JP41693590 A JP 41693590A JP 41693590 A JP41693590 A JP 41693590A JP 3145718 B2 JP3145718 B2 JP 3145718B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】InP基板上のInX Ga1-X A
s、InX Ga1-X AsY P1-Y 系材料の多層膜を用い
た半導体レーザは、光ファイバー通信用の光源として極
めて重要である。本発明は、このような半導体レーザに
関するものである。
s、InX Ga1-X AsY P1-Y 系材料の多層膜を用い
た半導体レーザは、光ファイバー通信用の光源として極
めて重要である。本発明は、このような半導体レーザに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバーの損失が小さい1.3μm
から1.6μmの波長で発振する、InP基板に格子整
合したInX Ga1-X As、InX Ga1-X AsY P
1-Y 系の長波長帯半導体レーザは、実際の光ファイバ通
信システムに用いられているが、近来、レーザ特性の向
上の為に量子井戸構造を活性層に用いる検討が多くの研
究機関で行われている(例えば、M.Kitamura
ほか、IEEE Photonics Technol
ogy Letters、vol.2、NO.5、31
0から311頁(1990年))。図5は、従来例の量
子井戸活性層長波長半導体レーザの層構造を示す断面
図、図6は図5のレーザにおける結晶のバンド構造図、
図7は別の従来例のレーザにおける結晶のバンド構造図
である。
から1.6μmの波長で発振する、InP基板に格子整
合したInX Ga1-X As、InX Ga1-X AsY P
1-Y 系の長波長帯半導体レーザは、実際の光ファイバ通
信システムに用いられているが、近来、レーザ特性の向
上の為に量子井戸構造を活性層に用いる検討が多くの研
究機関で行われている(例えば、M.Kitamura
ほか、IEEE Photonics Technol
ogy Letters、vol.2、NO.5、31
0から311頁(1990年))。図5は、従来例の量
子井戸活性層長波長半導体レーザの層構造を示す断面
図、図6は図5のレーザにおける結晶のバンド構造図、
図7は別の従来例のレーザにおける結晶のバンド構造図
である。
【0003】図5において、半導体レーザは、n電極2
1、n型InP基板22、n型InPクラッド層23、
In0.7 Ga0.3 As0.644 P0.356 ガイド層24、層
厚7nmのIn0.53Ga0.47As量子井戸層25と層厚2
0nmのIn0.7 Ga0.3 As0.644 P0.356 バリア層2
6を交互に積層した多重量子井戸活性層と、In0.7 G
a0.3 As0.644 P0.356 ガイド層27、p型InPク
ラッド層28、p型In0.53Ga0.47Asキャップ層2
9、p電極30とから構成されている。これらの半導体
層は全てn型InP基板22に格子整合している。ここ
では、量子井戸数は4とした。
1、n型InP基板22、n型InPクラッド層23、
In0.7 Ga0.3 As0.644 P0.356 ガイド層24、層
厚7nmのIn0.53Ga0.47As量子井戸層25と層厚2
0nmのIn0.7 Ga0.3 As0.644 P0.356 バリア層2
6を交互に積層した多重量子井戸活性層と、In0.7 G
a0.3 As0.644 P0.356 ガイド層27、p型InPク
ラッド層28、p型In0.53Ga0.47Asキャップ層2
9、p電極30とから構成されている。これらの半導体
層は全てn型InP基板22に格子整合している。ここ
では、量子井戸数は4とした。
【0004】図6は、この半導体レーザの多重量子井戸
活性層周辺での伝導帯端29、価電子帯端30のエネル
ギーを層厚方向に示している。全ての半導体層はInP
基板22に格子整合しているので、価電子帯端30はヘ
ビーホールバンドとライトホールバンドが縮退してい
る。この層構造の場合、量子井戸層25とバリヤ層26
との、伝導帯端29でのエネルギー差が86meV 、価電
子帯端でのエネルギー差が130meV となっている。こ
のような構造の多重量子井戸半導体レーザは、光ファイ
バの損失の低い1.55μm の波長で発振し、従来のバ
ルク活性層の半導体レーザよりも低閾値で発振し、より
高い温度での動作が可能になった。
活性層周辺での伝導帯端29、価電子帯端30のエネル
ギーを層厚方向に示している。全ての半導体層はInP
基板22に格子整合しているので、価電子帯端30はヘ
ビーホールバンドとライトホールバンドが縮退してい
る。この層構造の場合、量子井戸層25とバリヤ層26
との、伝導帯端29でのエネルギー差が86meV 、価電
子帯端でのエネルギー差が130meV となっている。こ
のような構造の多重量子井戸半導体レーザは、光ファイ
バの損失の低い1.55μm の波長で発振し、従来のバ
ルク活性層の半導体レーザよりも低閾値で発振し、より
高い温度での動作が可能になった。
【0005】更に、最近では量子井戸層を、InP基板
よりも大きい格子定数を持つInX Ga1-X As(X>
0.53)として、量子井戸層に圧縮歪がかかるように
する歪多重量子井戸半導体レーザが盛んに研究開発され
ている(例えば、J.N.Tothillほか、Jou
rnal of Electronic Materi
als、vol.19、No.6、515から519頁
(1990年))。図7はこの従来の歪多重量子井戸半
導体レーザのバンド構造図である。量子井戸層25が歪
量子井戸層31に代わっている以外は図5の半導体レー
ザと同じ層構造である。歪量子井戸層31は3.5nmの
In0.7 Ga0.3 As層であり、1%程度の圧縮歪がか
かっている。発振波長は約1.53μm である。歪量子
井戸層31において価電子帯端33は圧縮歪によって縮
退が解け、ヘビーホールバンド端がエネルギー的に高
く、ライトホールバンド端34が低くなる。すなわち、
ヘビーホールが価電子帯端となる。また、量子井戸界面
方向のヘビーホールの有効質量はこの歪によって軽くな
る。したがって、歪量子井戸層31の価電子帯端での有
効質量状態密度が減少して伝導帯端での有効質量状態密
度に近づく。この結果、レーザ発振に必要なキャリア密
度が減少して、発振閾電流値が低くなる。実際、歪多重
量子井戸半導体レーザにおいて、通常の多重量子井戸半
導体レーザよりも低い発振閾値が得られている。このレ
ーザでは、量子井戸層とバリア層のΔEc、ΔEvはそ
れぞれ173meV 、177meV となる。
よりも大きい格子定数を持つInX Ga1-X As(X>
0.53)として、量子井戸層に圧縮歪がかかるように
する歪多重量子井戸半導体レーザが盛んに研究開発され
ている(例えば、J.N.Tothillほか、Jou
rnal of Electronic Materi
als、vol.19、No.6、515から519頁
(1990年))。図7はこの従来の歪多重量子井戸半
導体レーザのバンド構造図である。量子井戸層25が歪
量子井戸層31に代わっている以外は図5の半導体レー
ザと同じ層構造である。歪量子井戸層31は3.5nmの
In0.7 Ga0.3 As層であり、1%程度の圧縮歪がか
かっている。発振波長は約1.53μm である。歪量子
井戸層31において価電子帯端33は圧縮歪によって縮
退が解け、ヘビーホールバンド端がエネルギー的に高
く、ライトホールバンド端34が低くなる。すなわち、
ヘビーホールが価電子帯端となる。また、量子井戸界面
方向のヘビーホールの有効質量はこの歪によって軽くな
る。したがって、歪量子井戸層31の価電子帯端での有
効質量状態密度が減少して伝導帯端での有効質量状態密
度に近づく。この結果、レーザ発振に必要なキャリア密
度が減少して、発振閾電流値が低くなる。実際、歪多重
量子井戸半導体レーザにおいて、通常の多重量子井戸半
導体レーザよりも低い発振閾値が得られている。このレ
ーザでは、量子井戸層とバリア層のΔEc、ΔEvはそ
れぞれ173meV 、177meV となる。
【0006】第1の課題としては、半導体レーザの温度
特性の向上があげられる。上に述べた従来の半導体レー
ザでは、発振閾値の特性温度が60から80Kであり、
GaAs/AlGaAs系の半導体レーザの特性温度1
50から200Kに比較して非常に低い。その大きな原
因の一つに、伝導帯における量子井戸層からバリア層、
ガイド層への電子のオーバーフローが大きいことがあ
る。ヘビーホールの有効質量は電子の有効質量に比べて
10倍程度大きいので、ホールのオーバーフローは問題
にならない。量子井戸層25または31とバリア層2
6、ガイド層24、27との伝導帯でのエネルギー差Δ
Ecは図6、図7のバンド構造ではそれぞれ86meV、
173meVであり、GaAs/AlGaAs系のばあい
の250から300meV程度に比較して非常に小さい。
これを大きくするには、バリア層、ガイド層の組成をI
nPに近づけることがもっとも簡単である。例えば、バ
リア層、ガイド層をすべてInPにした場合、ΔEcは
240meV程度となるが、価電子帯でのエネルギー差Δ
Evはより大きく、370meV程度となるため、ホール
が多重量子井戸のp側の数周期内にトラップされてしま
い、ホールが均一に量子井戸全領域にわたって均一員注
入されず、半導体レーザの閾値が上昇するという問題が
生じる。これはヘビーホールの有効質量が大きく、モビ
リティが小さいため、ホールの拡散長が小さいことも原
因となっている。
特性の向上があげられる。上に述べた従来の半導体レー
ザでは、発振閾値の特性温度が60から80Kであり、
GaAs/AlGaAs系の半導体レーザの特性温度1
50から200Kに比較して非常に低い。その大きな原
因の一つに、伝導帯における量子井戸層からバリア層、
ガイド層への電子のオーバーフローが大きいことがあ
る。ヘビーホールの有効質量は電子の有効質量に比べて
10倍程度大きいので、ホールのオーバーフローは問題
にならない。量子井戸層25または31とバリア層2
6、ガイド層24、27との伝導帯でのエネルギー差Δ
Ecは図6、図7のバンド構造ではそれぞれ86meV、
173meVであり、GaAs/AlGaAs系のばあい
の250から300meV程度に比較して非常に小さい。
これを大きくするには、バリア層、ガイド層の組成をI
nPに近づけることがもっとも簡単である。例えば、バ
リア層、ガイド層をすべてInPにした場合、ΔEcは
240meV程度となるが、価電子帯でのエネルギー差Δ
Evはより大きく、370meV程度となるため、ホール
が多重量子井戸のp側の数周期内にトラップされてしま
い、ホールが均一に量子井戸全領域にわたって均一員注
入されず、半導体レーザの閾値が上昇するという問題が
生じる。これはヘビーホールの有効質量が大きく、モビ
リティが小さいため、ホールの拡散長が小さいことも原
因となっている。
【0007】第2の課題としては、半導体レーザの高速
変調時の問題がある。半導体レーザの高速変調に関して
は多くの問題があるが、そのひとつにバリア層、ガイド
層から量子井戸層へのキャリアの注入の問題がある。ク
ラッド層から注入されたキャリアは量子井戸にトラップ
される前に、バリア層、ガイド層を移動するが、ヘビー
ホールは電子に比べて有効質量が大きく、モビリティが
小さいために、ホールの移動時間が量子井戸へのキャリ
アの注入時間を制限する。この問題は、10GHz 以上の
極めて高速のレーザ変調動作時に問題になってくるとい
われている。
変調時の問題がある。半導体レーザの高速変調に関して
は多くの問題があるが、そのひとつにバリア層、ガイド
層から量子井戸層へのキャリアの注入の問題がある。ク
ラッド層から注入されたキャリアは量子井戸にトラップ
される前に、バリア層、ガイド層を移動するが、ヘビー
ホールは電子に比べて有効質量が大きく、モビリティが
小さいために、ホールの移動時間が量子井戸へのキャリ
アの注入時間を制限する。この問題は、10GHz 以上の
極めて高速のレーザ変調動作時に問題になってくるとい
われている。
【0008】これら第1及び第2の課題は、図6及び図
7に挙げた2種類のバンド構造のレーザに共通の問題で
ある。
7に挙げた2種類のバンド構造のレーザに共通の問題で
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1、第2の課題を解決
するための請求項1の半導体レーザは、InP基板上に、
前記基板と格子整合するp型クラッド層およびn型クラ
ッド層で活性層を挟んでなる積層構造を有する半導体レ
ーザにおいて、前記活性層が、量子井戸層とバリア層と
からなる単一または複数の周期の多層膜であり、前記量
子井戸層はInGaAsまたはInGaAsP混晶から構成され、前
記量子井戸層の格子定数が前記基板の格子定数と等しく
該量子井戸層面内には歪がかかっておらず、前記バリア
層はInGaAsP混晶から構成され、前記バリア層の格子定
数が前記基板の格子定数よりも小さく該バリア層面内に
引張歪がかかっており、かつ前記量子井戸層の伝導帯端
と前記バリア層の伝導帯端とのエネルギー差が、前記量
子井戸層の価電子帯端と前記バリア層の価電子帯端との
エネルギー差よりも大きいことを特徴とする。
するための請求項1の半導体レーザは、InP基板上に、
前記基板と格子整合するp型クラッド層およびn型クラ
ッド層で活性層を挟んでなる積層構造を有する半導体レ
ーザにおいて、前記活性層が、量子井戸層とバリア層と
からなる単一または複数の周期の多層膜であり、前記量
子井戸層はInGaAsまたはInGaAsP混晶から構成され、前
記量子井戸層の格子定数が前記基板の格子定数と等しく
該量子井戸層面内には歪がかかっておらず、前記バリア
層はInGaAsP混晶から構成され、前記バリア層の格子定
数が前記基板の格子定数よりも小さく該バリア層面内に
引張歪がかかっており、かつ前記量子井戸層の伝導帯端
と前記バリア層の伝導帯端とのエネルギー差が、前記量
子井戸層の価電子帯端と前記バリア層の価電子帯端との
エネルギー差よりも大きいことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の半導体レーザにおいては、多重量子井
戸のバリア層に、InP基板よりも格子定数が小さくか
つ量子井戸層よりもバンドギャップが大きいIn Z Ga
1-Z As U P 1-U 層を用いることを特徴とする。この結
果、バリア層には引っ張り歪みが加わり、価電子帯端は
ライトホールバンド端がエネルギー的に高く、ヘビーホ
ールバンド端がエネルギー的に低くなるように***す
る。InZGa1-ZAsUP1-U層のバンドギャップ、引っ
張り歪量を適当に選ぶことにより、量子井戸とバリア層
の間のΔEcが200meV以上でかつΔEvが100meV
程度となるようにすることができる。更に、このときの
バリア層の価電子帯端は有効質量が伝導帯端と同じ程度
となるライトホールバンドとなるので、バリア層内での
ホールのモビリティは従来例の場合に比較して10倍近
く大きくなる。この結果、多重量子井戸への高速のキャ
リア注入が可能となる。
戸のバリア層に、InP基板よりも格子定数が小さくか
つ量子井戸層よりもバンドギャップが大きいIn Z Ga
1-Z As U P 1-U 層を用いることを特徴とする。この結
果、バリア層には引っ張り歪みが加わり、価電子帯端は
ライトホールバンド端がエネルギー的に高く、ヘビーホ
ールバンド端がエネルギー的に低くなるように***す
る。InZGa1-ZAsUP1-U層のバンドギャップ、引っ
張り歪量を適当に選ぶことにより、量子井戸とバリア層
の間のΔEcが200meV以上でかつΔEvが100meV
程度となるようにすることができる。更に、このときの
バリア層の価電子帯端は有効質量が伝導帯端と同じ程度
となるライトホールバンドとなるので、バリア層内での
ホールのモビリティは従来例の場合に比較して10倍近
く大きくなる。この結果、多重量子井戸への高速のキャ
リア注入が可能となる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の半導体レーザの層構造の一例
を示す断面図、図2は本発明の第1の実施例である半導
体レーザのバンド構造図、図3はInP基板上に形成さ
れたIn X Ga 1-X As 0.644 P 0.356 層のXを変化させた
ときの温度4Kでのバンドエネルギーの変化をInPの
価電子帯端のエネルギーを基準として計算した図、図4
は本発明の第2の実施例である半導体レーザのバンド構
造図、をそれぞれ示す。始めに、本発明の第1の実施例
である半導体レーザについて説明する。図1において、
半導体レーザは、n電極1、n型InP基板2、n型I
nPクラッド層3、層厚10nmのIn0.56Ga0.44A
s0.644P0.356バリア層4、層厚7nmのIn0.53Ga
0.47As量子井戸層5を交互に積層した多重量子井戸活
性層、p型InPクラッド層6、p型In0.53Ga0.47
Asキャップ層7、p電極8とから構成されている。こ
れらの半導体層のうちIn0.56Ga0.44As0.644P
0.356バリア層4には1%の引っ張り歪がかかっている
が、その他の層は全てn型InP基板2に格子整合して
いる。ここでは、量子井戸数は6とした。
を示す断面図、図2は本発明の第1の実施例である半導
体レーザのバンド構造図、図3はInP基板上に形成さ
れたIn X Ga 1-X As 0.644 P 0.356 層のXを変化させた
ときの温度4Kでのバンドエネルギーの変化をInPの
価電子帯端のエネルギーを基準として計算した図、図4
は本発明の第2の実施例である半導体レーザのバンド構
造図、をそれぞれ示す。始めに、本発明の第1の実施例
である半導体レーザについて説明する。図1において、
半導体レーザは、n電極1、n型InP基板2、n型I
nPクラッド層3、層厚10nmのIn0.56Ga0.44A
s0.644P0.356バリア層4、層厚7nmのIn0.53Ga
0.47As量子井戸層5を交互に積層した多重量子井戸活
性層、p型InPクラッド層6、p型In0.53Ga0.47
Asキャップ層7、p電極8とから構成されている。こ
れらの半導体層のうちIn0.56Ga0.44As0.644P
0.356バリア層4には1%の引っ張り歪がかかっている
が、その他の層は全てn型InP基板2に格子整合して
いる。ここでは、量子井戸数は6とした。
【0012】図2は、この半導体レーザの多重量子井戸
活性層周辺での伝導帯端9、価電子帯端10のエネルギ
ーを層厚方向に示している。バリア層4では、引っ張り
歪によってライトホールバンド端12がヘビーホールバ
ンド端11よりもエネルギー的に高くなっている。その
他の層では、歪がかかっていないのでライトホールバン
ド端12とヘビーホールバンド端11は重なっている。
この状況を説明するのが図3である。
活性層周辺での伝導帯端9、価電子帯端10のエネルギ
ーを層厚方向に示している。バリア層4では、引っ張り
歪によってライトホールバンド端12がヘビーホールバ
ンド端11よりもエネルギー的に高くなっている。その
他の層では、歪がかかっていないのでライトホールバン
ド端12とヘビーホールバンド端11は重なっている。
この状況を説明するのが図3である。
【0013】図3では、InP上に形成したInX Ga
1-X As0.644 P0.356 のXを変化させたときの温度4
Kでのバンドエネルギーの変化をInPの価電子帯端の
エネルギーを基準として計算したものを示しており、X
=0.7でInPに格子整合してヘビーホールバンド端
14とライトホールバンド端15がエネルギー的に重な
っている。X<0.7ではInPよりも格子定数が小さ
くなるので引っ張り歪がかかり、ヘビーホールバンド端
14とライトホールバンド端15が***し、ライトホー
ルバンド端15の方がエネルギー的に高くなることがわ
かる。伝導帯端13はXの減少に対して単調に増加す
る。量子井戸層5を形成するIn0.53Ga0.47の伝導帯
端、価電子帯端はそれぞれ1.182eV、0.37eVの
ところにあるので、バリア層にIn0.56Ga0.44As
0.644 P0.356 を用いれば伝導帯端のエネルギー差ΔE
cは182meV になり、量子井戸層の価電子帯端とバリ
ア層のライトホールバンド端とのエネルギー差、すなわ
ち実効的なΔEvは91meV となる。こうして、ΔEc
を大きくして、かつΔEvを小さく抑えることが可能と
なる。
1-X As0.644 P0.356 のXを変化させたときの温度4
Kでのバンドエネルギーの変化をInPの価電子帯端の
エネルギーを基準として計算したものを示しており、X
=0.7でInPに格子整合してヘビーホールバンド端
14とライトホールバンド端15がエネルギー的に重な
っている。X<0.7ではInPよりも格子定数が小さ
くなるので引っ張り歪がかかり、ヘビーホールバンド端
14とライトホールバンド端15が***し、ライトホー
ルバンド端15の方がエネルギー的に高くなることがわ
かる。伝導帯端13はXの減少に対して単調に増加す
る。量子井戸層5を形成するIn0.53Ga0.47の伝導帯
端、価電子帯端はそれぞれ1.182eV、0.37eVの
ところにあるので、バリア層にIn0.56Ga0.44As
0.644 P0.356 を用いれば伝導帯端のエネルギー差ΔE
cは182meV になり、量子井戸層の価電子帯端とバリ
ア層のライトホールバンド端とのエネルギー差、すなわ
ち実効的なΔEvは91meV となる。こうして、ΔEc
を大きくして、かつΔEvを小さく抑えることが可能と
なる。
【0014】本発明の第2の実施例の半導体レーザで
は、第1の実施例の半導体層のうち、量子井戸層5を
3.5nmの層厚のIn0.7Ga0.3As量子井戸層16
に置き変える。量子井戸層16には約1%の圧縮歪がか
かり、バリア層4には1%の引っ張り歪がかかってお
り、双方の歪が相殺する方向になっている。このときの
バンド構造を図4に示す。バリア層については第1の実
施例と同様であるが、この場合は量子井戸層16に圧縮
歪がかかっているのでへビーホールバンド端19とライ
トホールバンド端20が***し、ヘビーホールバンド端
がエネルギー的に高くなっている。このときの△Ec、
実効的な△Evはそれぞれ269meV、136meV
となっており、第1の実施例に比較して△Ec、△Ev
ともに大きくなっているが、△Ecの増加に比較して△
Evの増加が小さく、△Ecを大きく、かつ△Evを小
さく抑える効果がこの場合も同様である。
は、第1の実施例の半導体層のうち、量子井戸層5を
3.5nmの層厚のIn0.7Ga0.3As量子井戸層16
に置き変える。量子井戸層16には約1%の圧縮歪がか
かり、バリア層4には1%の引っ張り歪がかかってお
り、双方の歪が相殺する方向になっている。このときの
バンド構造を図4に示す。バリア層については第1の実
施例と同様であるが、この場合は量子井戸層16に圧縮
歪がかかっているのでへビーホールバンド端19とライ
トホールバンド端20が***し、ヘビーホールバンド端
がエネルギー的に高くなっている。このときの△Ec、
実効的な△Evはそれぞれ269meV、136meV
となっており、第1の実施例に比較して△Ec、△Ev
ともに大きくなっているが、△Ecの増加に比較して△
Evの増加が小さく、△Ecを大きく、かつ△Evを小
さく抑える効果がこの場合も同様である。
【0015】第1の実施例の半導体レーザにおいては、
多重量子井戸のバリア層に、引っ張り歪がかかりかつ量
子井戸層よりもバンドギャップの大きいIn0.56Ga
0.44As0.644P0.356層を用いることを特徴とする。こ
の結果、バリア層において価電子帯端はライトホールバ
ンド端がエネルギー的に高く、ヘビーホールバンド端が
エネルギー的に低くなるように***する。この場合量子
井戸層とバリア層の間の△Ecが182meVで実効的
な△Evが91meVとなり、△Ecを大きく、かつ△
Evを小さくすることが実現する。したがって、このよ
うな半導体レーザは発振閾値の温度特性が向上する。更
に、このときのバリア層の価電子帯端は有効質量が伝導
帯端と同し程度のライトホールバンドとなるので、バリ
ア層内でのホールのモビリティは従来例の場合に比較し
て10倍近く大きくなる。この結果と、実効的な△Ev
を低く抑える効果によって多重量子井戸への高速のキャ
リア注入が可能となる。
多重量子井戸のバリア層に、引っ張り歪がかかりかつ量
子井戸層よりもバンドギャップの大きいIn0.56Ga
0.44As0.644P0.356層を用いることを特徴とする。こ
の結果、バリア層において価電子帯端はライトホールバ
ンド端がエネルギー的に高く、ヘビーホールバンド端が
エネルギー的に低くなるように***する。この場合量子
井戸層とバリア層の間の△Ecが182meVで実効的
な△Evが91meVとなり、△Ecを大きく、かつ△
Evを小さくすることが実現する。したがって、このよ
うな半導体レーザは発振閾値の温度特性が向上する。更
に、このときのバリア層の価電子帯端は有効質量が伝導
帯端と同し程度のライトホールバンドとなるので、バリ
ア層内でのホールのモビリティは従来例の場合に比較し
て10倍近く大きくなる。この結果と、実効的な△Ev
を低く抑える効果によって多重量子井戸への高速のキャ
リア注入が可能となる。
【0016】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の実施に
より高温動作特性に優れ、かつ高速変調特性に優れた半
導体レーザを得ることができる。
より高温動作特性に優れ、かつ高速変調特性に優れた半
導体レーザを得ることができる。
【図1】本発明の半導体レーザの層構造を示す断面図。
【図2】本発明の第1の実施例の半導体レーザのバンド
構造図。
構造図。
【図3】本発明の第1の実施例におけるInP基板上に
形成されたInXGa1-XAs0.644P0.356層のバンド端
エネルギーの組成X依存性を示す特性図。
形成されたInXGa1-XAs0.644P0.356層のバンド端
エネルギーの組成X依存性を示す特性図。
【図4】本発明の第2の実施例の半導体レーザのバンド
構造図。
構造図。
【図5】従来例1,2の半導体レーザの層構造を示す断
面図。
面図。
【図6】従来例1の半導体レーザのバンド構造図。
【図7】従来例2の半導体レーザのバンド構造図。
1,21 n電極 2,22 n型InP基板 3,23 n型InPクラッド層 4 In0.56Ga0.44As0.644P0.356バリア層 5,25 In0.53Ga0.47As量子井戸層 6,28 p型InPクラッド層 7,29 p型In0.53Ga0.47Asキャップ層 8,30 p電極 9,17,29,32 伝導帯端 10,18,30,33 価電子帯端 11,19 ヘビーホールバンド端 12,20,34 ライトホールバンド端 16,31 In0.7Ga0.3As歪量子井戸層 24,27 In0.7Ga0.3As0.644P0.356ガイド層 26 In0.7Ga0.3As0.644P0.356バリア層
Claims (1)
- 【請求項1】 InP基板上に、前記基板と格子整合する
p型クラッド層およびn型クラッド層で活性層を挟んで
なる積層構造を有する半導体レーザにおいて、 前記活性層が、量子井戸層とバリア層とからなる単一ま
たは複数の周期の多層膜であり、前記量子井戸層はInGaAsまたはInGaAsP混晶から構成さ
れ 、前記量子井戸層の格子定数が前記基板の格子定数と
等しく該量子井戸層面内には歪がかかっておらず、前記バリア層はInGaAsP混晶から構成され、 前記バリア
層の格子定数が前記基板の格子定数よりも小さく該バリ
ア層面内に引張歪がかかっており、かつ前記量子井戸層の伝導帯端と前記バリア層の伝導帯
端とのエネルギー差が、前記量子井戸層の価電子帯端と
前記バリア層の価電子帯端とのエネルギー差よりも大き
い ことを特徴とする半導体レーザ。
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---|---|---|---|
JP41693590A JP3145718B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体レーザ |
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Family
ID=18525109
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP41693590A Expired - Fee Related JP3145718B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3145718B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
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JPH05175601A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-13 | Fujikura Ltd | 多重量子井戸半導体レーザ |
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JP2713144B2 (ja) * | 1993-03-12 | 1998-02-16 | 松下電器産業株式会社 | 多重量子井戸半導体レーザ及びそれを用いた光通信システム |
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JPH08102566A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Nec Corp | 量子井戸構造光半導体装置及びその製造方法 |
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JP2007165798A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子 |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP41693590A patent/JP3145718B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH04234184A (ja) | 1992-08-21 |
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