JPH04234184A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH04234184A JPH04234184A JP41693590A JP41693590A JPH04234184A JP H04234184 A JPH04234184 A JP H04234184A JP 41693590 A JP41693590 A JP 41693590A JP 41693590 A JP41693590 A JP 41693590A JP H04234184 A JPH04234184 A JP H04234184A
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- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 38
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- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
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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
【0001】
【産業上の利用分野】InP基板上のInX Ga1−
X As、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。
X As、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 P1−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 Photoni
cs Technology Letters、v
ol.2、NO.5、310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 P1−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 Photoni
cs Technology Letters、v
ol.2、NO.5、310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 P0.35
6 ガイド層24、層厚7nmのIn0.53Ga0.
47As量子井戸層25と層厚20nmのIn0.7
Ga0.3 As0.644 P0.356 バリア層
26を交互に積層した多重量子井戸活性層と、In0.
7 Ga0.3 As0.644 P0.356 ガイ
ド層27、p型InPクラッド層28、p型In0.5
3Ga0.47Asキャップ層29、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 P0.35
6 ガイド層24、層厚7nmのIn0.53Ga0.
47As量子井戸層25と層厚20nmのIn0.7
Ga0.3 As0.644 P0.356 バリア層
26を交互に積層した多重量子井戸活性層と、In0.
7 Ga0.3 As0.644 P0.356 ガイ
ド層27、p型InPクラッド層28、p型In0.5
3Ga0.47Asキャップ層29、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、
Journal of Electronic
Materials、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 、177
meV 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、
Journal of Electronic
Materials、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 、177
meV となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】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150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3
1とバリア層26、ガイド層24、27との伝導帯での
エネルギー差ΔEcは図6、図7のバンド構造ではそれ
ぞれ86meV 、100meV 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InP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I
nP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ΔEvはより大きく、37
0meV 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に注入されず、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、ホールの拡張長が小さいことも原因となっている。
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150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3
1とバリア層26、ガイド層24、27との伝導帯での
エネルギー差ΔEcは図6、図7のバンド構造ではそれ
ぞれ86meV 、100meV 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InP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I
nP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ΔEvはより大きく、37
0meV 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に注入されず、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、ホールの拡張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2つの課題は、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。更
に、特に図7のバンド構造のレーザにおいて解決すべき
第3の課題としては、歪量子井戸層31における結晶歪
が多重量子井戸とする事によってレーザ結晶に蓄積され
、周期数の大きい多重量子井戸において許容歪の限界を
越え、歪量子井戸層の発光特性が劣化することである。 したがって、歪多重量子井戸半導体レーザでは、良好な
発振特性を得るための、歪量子井戸層の歪量、歪多重量
子井戸の周期に制限がある。
た2種類のバンド構造のレーザに共通の問題である。更
に、特に図7のバンド構造のレーザにおいて解決すべき
第3の課題としては、歪量子井戸層31における結晶歪
が多重量子井戸とする事によってレーザ結晶に蓄積され
、周期数の大きい多重量子井戸において許容歪の限界を
越え、歪量子井戸層の発光特性が劣化することである。 したがって、歪多重量子井戸半導体レーザでは、良好な
発振特性を得るための、歪量子井戸層の歪量、歪多重量
子井戸の周期に制限がある。
【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、InX Ga1−X A
sまたはInX Ga1−X AsY P1−Y 量子
井戸層とInZ Ga1−Z AsU P1−U 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、
かつ前記バリア層の格子定数が前記基板の格子定数より
も小さくかつ前記バリア層のバンドギャップが前記量子
井戸層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする
。更に、第1、第2、第3の課題を解決するための請求
項2の半導体レーザは、請求項1の半導体レーザにおい
て、前記活性層を形成する前記InX Ga1−XAs
またはInX Ga1−X AsY P1−Y 量子井
戸層の格子定数が、前記基板の格子定数よりも大きいこ
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、InX Ga1−X A
sまたはInX Ga1−X AsY P1−Y 量子
井戸層とInZ Ga1−Z AsU P1−U 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、
かつ前記バリア層の格子定数が前記基板の格子定数より
も小さくかつ前記バリア層のバンドギャップが前記量子
井戸層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする
。更に、第1、第2、第3の課題を解決するための請求
項2の半導体レーザは、請求項1の半導体レーザにおい
て、前記活性層を形成する前記InX Ga1−XAs
またはInX Ga1−X AsY P1−Y 量子井
戸層の格子定数が、前記基板の格子定数よりも大きいこ
とを特徴とする。
【0010】
【作用】請求項1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の大きく
かつ量子井戸層よりもバンドギャップの大きいInZ
Ga1−Z AsU P1−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。InZ Ga1−Z AsU P1−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200me
V 以上でかつΔEvが100meV 程度となるよう
にする事ができる。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
ィは従来実施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。請求項2の半導体レーザにおいては、請求項
1の効果に加えて、量子井戸を圧縮歪の歪量子井戸とす
るため、量子井戸の圧縮歪量とバリア層の引っ張り歪量
を同程度とすることにより量子井戸1周期あたりの歪を
相殺でき、多くの周期の多重量子井戸においても歪が蓄
積することなく、歪多重量子井戸活性層の発光特性を良
好に保つことができる。
井戸のバリア層に、InP基板よりも格子定数の大きく
かつ量子井戸層よりもバンドギャップの大きいInZ
Ga1−Z AsU P1−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。InZ Ga1−Z AsU P1−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200me
V 以上でかつΔEvが100meV 程度となるよう
にする事ができる。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
ィは従来実施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。請求項2の半導体レーザにおいては、請求項
1の効果に加えて、量子井戸を圧縮歪の歪量子井戸とす
るため、量子井戸の圧縮歪量とバリア層の引っ張り歪量
を同程度とすることにより量子井戸1周期あたりの歪を
相殺でき、多くの周期の多重量子井戸においても歪が蓄
積することなく、歪多重量子井戸活性層の発光特性を良
好に保つことができる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の半導体レーザの請求項1、2
に共通の層構造の一例を示す断面図、図2は請求項1の
発明の実施例である半導体レーザのバンド構造図、図3
はInP上に形成したInX Ga1−X As0.6
44 P0.356 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は請求項2の発
明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、請求項1の半導体レーザの実施例に
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InPクラッド層3、層
厚10nmのIn0.56Ga0.44As0.644
P0.356 バリア層4、層厚7nmのIn0.5
3Ga0.47As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
.53Ga0.47As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In0.56
Ga0.44As0.644 P0.356 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。
に共通の層構造の一例を示す断面図、図2は請求項1の
発明の実施例である半導体レーザのバンド構造図、図3
はInP上に形成したInX Ga1−X As0.6
44 P0.356 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は請求項2の発
明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、請求項1の半導体レーザの実施例に
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InPクラッド層3、層
厚10nmのIn0.56Ga0.44As0.644
P0.356 バリア層4、層厚7nmのIn0.5
3Ga0.47As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
.53Ga0.47As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In0.56
Ga0.44As0.644 P0.356 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 G
a1−X As0.644 P0.356 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I
nP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In0.56Ga0.44As0.644 P0
.356 を用いれば伝導帯端のエネルギー差ΔEc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、Δ
Ecを大きくして、かつΔEvを小さく抑えることが可
能となる。
a1−X As0.644 P0.356 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I
nP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In0.56Ga0.44As0.644 P0
.356 を用いれば伝導帯端のエネルギー差ΔEc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、Δ
Ec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】請求項2の発明の実施例である半導体レー
ザでは、請求項1の発明の実施例における半導体層のう
ち、量子井戸層5を3.5nmの層厚のIn0.7 G
a0.3 As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請求項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
ヘ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ΔEc、実行的なΔEvはそれ
ぞれ269meV 、136meV となっており、請
求項1の実施例に比較してΔEc、ΔEvともに大きく
なっているが、ΔEcの増加に比較してΔEvの増加が
小さく、ΔEcを大きく、かつΔEvを小さく抑える効
果がこの場合も同様である。
ザでは、請求項1の発明の実施例における半導体層のう
ち、量子井戸層5を3.5nmの層厚のIn0.7 G
a0.3 As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請求項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
ヘ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ΔEc、実行的なΔEvはそれ
ぞれ269meV 、136meV となっており、請
求項1の実施例に比較してΔEc、ΔEvともに大きく
なっているが、ΔEcの増加に比較してΔEvの増加が
小さく、ΔEcを大きく、かつΔEvを小さく抑える効
果がこの場合も同様である。
【0015】請求項1の半導体レーザの実施例において
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In0.5
6Ga0.44As0.644 P0.356 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。この場合量子井戸とバリア層の間のΔEc
が182meV で実効的なΔEvが91meV とな
り、ΔEcを大きく、かつΔEv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じ程度のライトホ
ールバンドとなるので、バリア層内でのホールのモビリ
ティは従来実施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ΔEv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
。請求項2の半導体レーザの実施例においては、請求項
1の実施例における効果に加えて量子井戸を圧縮歪の歪
量子井戸とするため、量子井戸の圧縮歪量とバリア層の
引っ張り歪量を同程度とすることにより量子井戸1周期
あたりの歪を相殺でき、多くの周期の多重量子井戸にお
いても歪が蓄積することなく、多重量子井戸活性層の発
光特性を良好に保つことができる。したがって歪多重量
子井戸の周期を10周期以上の大きい周期にしてレーザ
利得の飽和レベルを高くする事ができる。
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In0.5
6Ga0.44As0.644 P0.356 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。この場合量子井戸とバリア層の間のΔEc
が182meV で実効的なΔEvが91meV とな
り、ΔEcを大きく、かつΔEv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じ程度のライトホ
ールバンドとなるので、バリア層内でのホールのモビリ
ティは従来実施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ΔEv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
。請求項2の半導体レーザの実施例においては、請求項
1の実施例における効果に加えて量子井戸を圧縮歪の歪
量子井戸とするため、量子井戸の圧縮歪量とバリア層の
引っ張り歪量を同程度とすることにより量子井戸1周期
あたりの歪を相殺でき、多くの周期の多重量子井戸にお
いても歪が蓄積することなく、多重量子井戸活性層の発
光特性を良好に保つことができる。したがって歪多重量
子井戸の周期を10周期以上の大きい周期にしてレーザ
利得の飽和レベルを高くする事ができる。
【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】本発明の実施例1,2の半導体レーザの層構造
を示す断面図。
を示す断面図。
【図2】請求項1に記載した発明の実施例(実施例1)
の半導体レーザのバンド構造図。
の半導体レーザのバンド構造図。
【図3】本発明の実施例1におけるInP上に形成した
InX Ga1−X As0.644 P0.356
層のバンド端エネルギーの組成X依存性を示す特性図。
InX Ga1−X As0.644 P0.356
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】請求項2に記載した発明の実施例(実施例2)
の半導体レーザのバンド構造図。
の半導体レーザのバンド構造図。
【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 In
0.56Ga0.44As0.644 P0.356
バリア層5,25 In0.53Ga0.47A
s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10,18,3
0,33 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 In0.7 Ga0.3
As歪量子井戸層24,27 In0.7 Ga
0.3 As0.644P0.356 ガイド層
0.56Ga0.44As0.644 P0.356
バリア層5,25 In0.53Ga0.47A
s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10,18,3
0,33 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 In0.7 Ga0.3
As歪量子井戸層24,27 In0.7 Ga
0.3 As0.644P0.356 ガイド層
Claims (2)
- 【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、InX Ga1−X AsまたはInX Ga
1−X AsY P1−Y 量子井戸層とInZ Ga
1−Z AsU P1−U 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、かつ前記バリア層の格
子定数が前記基板の格子定数よりも小さくかつ前記バリ
ア層のバンドギャップが前記量子井戸層のバンドギャッ
プよりも大きいことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項2】 前記活性層を形成する前記InX G
a1−X AsまたはInX Ga1−X AsY P
1−Y 量子井戸層の格子定数が、前記基板の格子定数
よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP41693590A JP3145718B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP41693590A JP3145718B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04234184A true JPH04234184A (ja) | 1992-08-21 |
JP3145718B2 JP3145718B2 (ja) | 2001-03-12 |
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) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04373190A (ja) * | 1991-06-24 | 1992-12-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 歪量子井戸半導体レーザおよびその製造方法 |
JPH05175601A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-13 | Fujikura Ltd | 多重量子井戸半導体レーザ |
JPH06224516A (ja) * | 1993-01-28 | 1994-08-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 歪多重量子井戸半導体レーザ |
JPH06342959A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 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 |
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 |
US5671242A (en) * | 1994-09-02 | 1997-09-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Strained quantum well structure |
US5694410A (en) * | 1996-03-01 | 1997-12-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
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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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04373190A (ja) * | 1991-06-24 | 1992-12-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 歪量子井戸半導体レーザおよびその製造方法 |
JPH05175601A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-13 | Fujikura Ltd | 多重量子井戸半導体レーザ |
JPH06224516A (ja) * | 1993-01-28 | 1994-08-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 歪多重量子井戸半導体レーザ |
JPH06342959A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 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 |
US5671242A (en) * | 1994-09-02 | 1997-09-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Strained quantum well structure |
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 |
US5694410A (en) * | 1996-03-01 | 1997-12-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
JP2007165798A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3145718B2 (ja) | 2001-03-12 |
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Legal Events
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