JPH0513884A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH0513884A
JPH0513884A JP3161794A JP16179491A JPH0513884A JP H0513884 A JPH0513884 A JP H0513884A JP 3161794 A JP3161794 A JP 3161794A JP 16179491 A JP16179491 A JP 16179491A JP H0513884 A JPH0513884 A JP H0513884A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 本発明の半導体レーザは、光導波層がGaI
nAs量子井戸層6a,6b,6c,6dとこれを隔て
る障壁層5a〜5c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4,7とからなり、光閉込め層
4,7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 In
1-Z P(0≦y<1)で形成されている。したがって、
従来のGaAs/GaInAs材料系と比較し、より大
きなバンドギャップ差を得ることができ、半導体レーザ
の高効率化および高出力化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
0.5 P光閉込め層7、Znドープ(Al0.5
0.5 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。
【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
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Ga0.75In0.25
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
1-yZ 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-yz As1-z
Ga1-x Inx As、Aly In1-y z As1-z /G
1-x Inx As、Gay In1-y z 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。
【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
(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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【符号の説明】
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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 前記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で形成されていることを特
    徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 光閉込め層の化合物半導体材料が(Al
    y Ga1-y Z In1-Z P(0≦y<1)であることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 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。
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