JPH11112079A - 応力補償型半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 所期の応力補償性能を有する活性層を、再現
性良く安定して構成できる半導体レーザを提供する。 【解決手段】 井戸層36,38と障壁層35,37,
39との平均歪量favと、井戸層36,38の膜厚と障
壁層35,37,39の膜厚との合計寸法ttota l との
間に、次の関係が成立するようにした。 【数1】 【数2】 【数3】 n :井戸層の層数,fw:井戸層の歪量,tw:井戸
層の膜厚,m :障壁層の層数,fb :障壁層の歪量,
tb :障壁層の膜厚,ν :ポアッソン比,b0 :完全
転移のバーガーズベクトルの大きさ bp :部分転位のバーガーズベクトルの大きさ,rc :
転位のハーフループの半径
性良く安定して構成できる半導体レーザを提供する。 【解決手段】 井戸層36,38と障壁層35,37,
39との平均歪量favと、井戸層36,38の膜厚と障
壁層35,37,39の膜厚との合計寸法ttota l との
間に、次の関係が成立するようにした。 【数1】 【数2】 【数3】 n :井戸層の層数,fw:井戸層の歪量,tw:井戸
層の膜厚,m :障壁層の層数,fb :障壁層の歪量,
tb :障壁層の膜厚,ν :ポアッソン比,b0 :完全
転移のバーガーズベクトルの大きさ bp :部分転位のバーガーズベクトルの大きさ,rc :
転位のハーフループの半径
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザに
関するものである。詳しくは、活性層が応力補償型の多
重量子井戸構造を有する半導体レーザに関するものであ
る。
関するものである。詳しくは、活性層が応力補償型の多
重量子井戸構造を有する半導体レーザに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、活性層が応力補償型の多重量
子井戸構造を有する半導体レーザが提供されている。こ
のタイプの半導体レーザは、たとえば図3に示すような
構造である(Applied Physics Letter, volume 62, No.
14 (1993), p.1644 )。
子井戸構造を有する半導体レーザが提供されている。こ
のタイプの半導体レーザは、たとえば図3に示すような
構造である(Applied Physics Letter, volume 62, No.
14 (1993), p.1644 )。
【0003】図3を参照して、この半導体レーザ1は、
0.98μm〜1.02μm帯のものであって、2層以
上の井戸層を有する活性層を備えている。各井戸層は、
障壁層と隣接して交互に積層されている。0.98μm
〜1.02μm帯の半導体レーザでは、井戸層の半導体
結晶の格子定数が基板の半導体結晶の格子定数よりも大
きくなければならないが、このように格子定数間に整合
性がない場合は、結晶間に生じる応力により欠陥が生じ
易くなる。このため、障壁層の半導体結晶の格子定数を
基板の半導体結晶の格子定数よりも小さくすることによ
り、結晶間に生じる応力を相殺している。
0.98μm〜1.02μm帯のものであって、2層以
上の井戸層を有する活性層を備えている。各井戸層は、
障壁層と隣接して交互に積層されている。0.98μm
〜1.02μm帯の半導体レーザでは、井戸層の半導体
結晶の格子定数が基板の半導体結晶の格子定数よりも大
きくなければならないが、このように格子定数間に整合
性がない場合は、結晶間に生じる応力により欠陥が生じ
易くなる。このため、障壁層の半導体結晶の格子定数を
基板の半導体結晶の格子定数よりも小さくすることによ
り、結晶間に生じる応力を相殺している。
【0004】具体的に説明すると、図3に示す半導体レ
ーザ1は、n−GaAs基板2上に、n−GaInP下
クラッド層3,アンドープGaInAsP第1光閉込層
4,活性層15,アンドープGaInAsP第2光閉込
層12,p−GaInP上クラッド層13,p−GaA
sコンタクト層14を順次積層することにより構成され
ている。活性層15は、アンドープGaAsP第1障壁
層5,アンドープInGaAs第1井戸層6,アンドー
プGaAsP第2障壁層7,アンドープInGaAs第
2井戸層8,アンドープGaAsP第3障壁層9,アン
ドープInGaAs第3井戸層10,アンドープGaA
sP第4障壁層11を順次積層することにより構成され
ている。
ーザ1は、n−GaAs基板2上に、n−GaInP下
クラッド層3,アンドープGaInAsP第1光閉込層
4,活性層15,アンドープGaInAsP第2光閉込
層12,p−GaInP上クラッド層13,p−GaA
sコンタクト層14を順次積層することにより構成され
ている。活性層15は、アンドープGaAsP第1障壁
層5,アンドープInGaAs第1井戸層6,アンドー
プGaAsP第2障壁層7,アンドープInGaAs第
2井戸層8,アンドープGaAsP第3障壁層9,アン
ドープInGaAs第3井戸層10,アンドープGaA
sP第4障壁層11を順次積層することにより構成され
ている。
【0005】ここで、Inは、GaAsに対してその格
子定数を大きくする作用があり、Pは、GaAsに対し
てその格子定数を小さくする作用がある。そして、この
性質を利用して、InGaAsからなる井戸層の格子定
数をGaAsからなる基板2の格子定数よりも大きく
し、また、GaAsPからなる障壁層の格子定数をGa
Asからなる基板2の格子定数よりも小さくしている。
このようにして、半導体結晶間に生じる応力を相殺し、
所要の応力補償性能を有する活性層15を構成してい
る。
子定数を大きくする作用があり、Pは、GaAsに対し
てその格子定数を小さくする作用がある。そして、この
性質を利用して、InGaAsからなる井戸層の格子定
数をGaAsからなる基板2の格子定数よりも大きく
し、また、GaAsPからなる障壁層の格子定数をGa
Asからなる基板2の格子定数よりも小さくしている。
このようにして、半導体結晶間に生じる応力を相殺し、
所要の応力補償性能を有する活性層15を構成してい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、基板2上に各半導体層を積層する際には、たとえば
MOCVD法等が採用されるが、反応炉中に供給する結
晶成長用のガスの切換えを行う際に、次のような問題が
ある。
に、基板2上に各半導体層を積層する際には、たとえば
MOCVD法等が採用されるが、反応炉中に供給する結
晶成長用のガスの切換えを行う際に、次のような問題が
ある。
【0007】すなわち、InGaAsからなる井戸層
6,8,10とGaAsPからなる障壁層5,7,9,
11とを交互に積層する際に、これら各層を構成するた
めの材料ガスの切換えが必要であるが、特に、As用材
料ガス(AH3 )とP用材料ガス(PH3 )との急峻な
切換えが困難であるという問題がある。
6,8,10とGaAsPからなる障壁層5,7,9,
11とを交互に積層する際に、これら各層を構成するた
めの材料ガスの切換えが必要であるが、特に、As用材
料ガス(AH3 )とP用材料ガス(PH3 )との急峻な
切換えが困難であるという問題がある。
【0008】詳しく説明すると、井戸層6,8,10は
InGaAsからなり、障壁層5,7,9,11はGa
AsPからなるが、これら半導体層のAsの組成割合が
異なっている。また、障壁層5,7,9,11はPを含
むが、井戸層はPを含んでいない。このため、井戸層
6,8,10と障壁層5,7,9,11とを交互に積層
する際には、AsH3 ガスの供給量の切換えおよびPH
3 ガスの供給/停止の切換えが必要になる。
InGaAsからなり、障壁層5,7,9,11はGa
AsPからなるが、これら半導体層のAsの組成割合が
異なっている。また、障壁層5,7,9,11はPを含
むが、井戸層はPを含んでいない。このため、井戸層
6,8,10と障壁層5,7,9,11とを交互に積層
する際には、AsH3 ガスの供給量の切換えおよびPH
3 ガスの供給/停止の切換えが必要になる。
【0009】その一方、AsH3 ガスやPH3 ガスに代
表されるV族ガスは、反応炉の中に残留しやすく、ガス
の確実な切換えが容易でないという性質がある。しか
も、これらガスの切換えを確実に行えないと、井戸層
6,8,10および障壁層5,7,9,11の所要の格
子定数を実現することができなくなり、その結果、所期
の応力補償性能を有する活性層15を構成することがで
きなくなる。つまり、従来では、上述した活性層15を
安定して形成することが困難であるという問題があっ
た。
表されるV族ガスは、反応炉の中に残留しやすく、ガス
の確実な切換えが容易でないという性質がある。しか
も、これらガスの切換えを確実に行えないと、井戸層
6,8,10および障壁層5,7,9,11の所要の格
子定数を実現することができなくなり、その結果、所期
の応力補償性能を有する活性層15を構成することがで
きなくなる。つまり、従来では、上述した活性層15を
安定して形成することが困難であるという問題があっ
た。
【0010】そこで、本発明は、所期の応力補償性能を
有する活性層を安定して構成することができる半導体レ
ーザを提供することを目的とするものである。
有する活性層を安定して構成することができる半導体レ
ーザを提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明(請求項1)に係
る応力補償型半導体レーザは、半導体基板と、半導体基
板上に形成されたクラッド層と、クラッド層上に形成さ
れ、複数の井戸層および障壁層を備えた多重量子井戸構
造の活性層を有する0.98〜1.02μm帯の応力補
償型半導体レーザにおいて、井戸層の層数,歪量,膜厚
を、それぞれ、n,fw,twとし、障壁層の層数,歪
量,膜厚を、それぞれ、m,fb ,tbとした場合に、
井戸層と障壁層との平均歪量favと、井戸層の膜厚と障
壁層の膜厚との合計寸法ttotal との間に、次の関係が
成立することを特徴とするものである。
る応力補償型半導体レーザは、半導体基板と、半導体基
板上に形成されたクラッド層と、クラッド層上に形成さ
れ、複数の井戸層および障壁層を備えた多重量子井戸構
造の活性層を有する0.98〜1.02μm帯の応力補
償型半導体レーザにおいて、井戸層の層数,歪量,膜厚
を、それぞれ、n,fw,twとし、障壁層の層数,歪
量,膜厚を、それぞれ、m,fb ,tbとした場合に、
井戸層と障壁層との平均歪量favと、井戸層の膜厚と障
壁層の膜厚との合計寸法ttotal との間に、次の関係が
成立することを特徴とするものである。
【0012】
【数4】
【0013】
【数5】
【0014】
【数6】
【0015】ν :ポアッソン比 b0 :完全転位のバーガーズベクトルの大きさ bp :部分転位のバーガーズベクトルの大きさ rc :転位のハーフループの半径 この構成によれば、次の作用を奏する。
【0016】
【数7】
【0017】に示す関係を、縦軸に井戸層の膜厚と障壁
層の膜厚との合計寸法ttotal をとり、横軸に井戸層と
障壁層との平均歪量favをとってグラフ化すると、図2
に示す直線Lとなる。そして、たとえば、InGaAs
により井戸層を構成すると共にGaAsPにより障壁層
を構成し、これら井戸層および障壁層の層数,歪量,膜
厚の条件を変えて種々のサンプルを製作し、フォトルミ
ネッセンス法によって欠陥(ダークライン)が生じてい
るかどうかを検査した。図2に示す白プロットおよび黒
プロットは、当該検査の結果を示している。ここで、白
プロットは、欠陥が発見されなかったものであり、黒プ
ロットは、欠陥が発見されたものである。図2に示すよ
うに、
層の膜厚との合計寸法ttotal をとり、横軸に井戸層と
障壁層との平均歪量favをとってグラフ化すると、図2
に示す直線Lとなる。そして、たとえば、InGaAs
により井戸層を構成すると共にGaAsPにより障壁層
を構成し、これら井戸層および障壁層の層数,歪量,膜
厚の条件を変えて種々のサンプルを製作し、フォトルミ
ネッセンス法によって欠陥(ダークライン)が生じてい
るかどうかを検査した。図2に示す白プロットおよび黒
プロットは、当該検査の結果を示している。ここで、白
プロットは、欠陥が発見されなかったものであり、黒プ
ロットは、欠陥が発見されたものである。図2に示すよ
うに、
【0018】
【数8】
【0019】を満足する領域、すなわち直線Lの左側に
おいては、活性層に欠陥が生じていない。つまり、上記
3つの関係式を満足するように活性層を形成することに
よって、活性層に欠陥の生じない半導体レーザを製作す
ることができる。また、
おいては、活性層に欠陥が生じていない。つまり、上記
3つの関係式を満足するように活性層を形成することに
よって、活性層に欠陥の生じない半導体レーザを製作す
ることができる。また、
【0020】
【数9】
【0021】を満足するように活性層を形成すること
は、すなわち、井戸層と障壁層との平均歪量を正にとる
ことである。言い換えると、たとえばGaAsからなる
基板に対してInGaAs井戸層は圧縮歪みが生じ、G
aAsP障壁層は引張歪みが生じるのであるが、全体と
しての平均歪量を正にとるということは、GaAsP障
壁層の歪み量を小さくすること、つまり、AsH3 ガス
およびPH3 ガスの切換え量の方を少なくすることを意
味する。従って、井戸層と障壁層とを交互に積層形成す
る際に、V族ガスの切換えが容易になり、井戸層および
障壁層の所要の格子定数を安定して実現することができ
る。その結果、所期の応力補償性能を有する活性層を安
定して構成することができる。
は、すなわち、井戸層と障壁層との平均歪量を正にとる
ことである。言い換えると、たとえばGaAsからなる
基板に対してInGaAs井戸層は圧縮歪みが生じ、G
aAsP障壁層は引張歪みが生じるのであるが、全体と
しての平均歪量を正にとるということは、GaAsP障
壁層の歪み量を小さくすること、つまり、AsH3 ガス
およびPH3 ガスの切換え量の方を少なくすることを意
味する。従って、井戸層と障壁層とを交互に積層形成す
る際に、V族ガスの切換えが容易になり、井戸層および
障壁層の所要の格子定数を安定して実現することができ
る。その結果、所期の応力補償性能を有する活性層を安
定して構成することができる。
【0022】また、本発明(請求項2)に係る応力補償
型半導体レーザは、請求項1記載の応力補償型半導体レ
ーザにおいて、井戸層をInGaAsにより構成し、障
壁層をGaAsPにより構成したことを特徴とするもの
である。
型半導体レーザは、請求項1記載の応力補償型半導体レ
ーザにおいて、井戸層をInGaAsにより構成し、障
壁層をGaAsPにより構成したことを特徴とするもの
である。
【0023】この構成によれば、請求項1に係る発明と
同様の作用を奏する。特に、本請求項に係る発明では、
一般的に使用されるInGaAsにより井戸層を構成
し、GaAsPにより障壁層を構成したので、特別の結
晶成長用の装置を必要とせず、従来と同様の結晶成長装
置を使用して活性層を形成することができる。
同様の作用を奏する。特に、本請求項に係る発明では、
一般的に使用されるInGaAsにより井戸層を構成
し、GaAsPにより障壁層を構成したので、特別の結
晶成長用の装置を必要とせず、従来と同様の結晶成長装
置を使用して活性層を形成することができる。
【0024】しかも、障壁層をGaAsPにより構成す
ることにより、一層安定して活性層を形成することがで
きるという利点がある。
ることにより、一層安定して活性層を形成することがで
きるという利点がある。
【0025】詳しく説明すると、障壁層として、たとえ
ばInGaAsPを採用することもできる。しかしなが
ら、障壁層を構成する要素にInを含めた場合には、格
子定数を大きくするというInの性質から、これを相殺
するために、障壁層を構成する要素にPを多く含ませる
必要が生じる。このため、障壁層の構成要素であるPガ
スの切換え量を多くせざるを得ず、結果としてV族ガス
の正確な切換えを実現しにくくなるという不都合が生じ
る。これに対して、本請求項に係る発明では、障壁層を
GaAsPにより構成したので、上記不都合が生じず、
安定した活性層の形成を実現することができる。
ばInGaAsPを採用することもできる。しかしなが
ら、障壁層を構成する要素にInを含めた場合には、格
子定数を大きくするというInの性質から、これを相殺
するために、障壁層を構成する要素にPを多く含ませる
必要が生じる。このため、障壁層の構成要素であるPガ
スの切換え量を多くせざるを得ず、結果としてV族ガス
の正確な切換えを実現しにくくなるという不都合が生じ
る。これに対して、本請求項に係る発明では、障壁層を
GaAsPにより構成したので、上記不都合が生じず、
安定した活性層の形成を実現することができる。
【0026】さらに、本発明(請求項3)に係る応力補
償型半導体レーザは、請求項1または2記載の応力補償
型半導体レーザにおいて、クラッド層をAlGaAsに
より構成したことを特徴とするものである。
償型半導体レーザは、請求項1または2記載の応力補償
型半導体レーザにおいて、クラッド層をAlGaAsに
より構成したことを特徴とするものである。
【0027】この構成によれば、請求項1または2に係
る発明と同様の作用を奏する。加えて、本請求項に係る
発明では、クラッド層をAlGaAsにより構成するこ
とにより、なお一層安定して活性層を形成することがで
きるという利点がある。
る発明と同様の作用を奏する。加えて、本請求項に係る
発明では、クラッド層をAlGaAsにより構成するこ
とにより、なお一層安定して活性層を形成することがで
きるという利点がある。
【0028】詳しく説明すると、クラッド層として、た
とえばInGaPを採用することもできる。しかしなが
ら、クラッド層をInGaPにより構成すると、井戸層
の形成の際にPガスの切換え量を大きくしなければなら
なくなる。このため、結果としてV族ガスの正確な切換
えを実現しにくくなるという不都合が生じる。これに対
して、本請求項に係る発明では、クラッド層をAlGa
Asにより構成したので、活性層の形成の際にPガスの
少量の切換えのみを行えば良く、上記不都合が生じな
い。従って、安定した活性層の形成を実現することがで
きる。
とえばInGaPを採用することもできる。しかしなが
ら、クラッド層をInGaPにより構成すると、井戸層
の形成の際にPガスの切換え量を大きくしなければなら
なくなる。このため、結果としてV族ガスの正確な切換
えを実現しにくくなるという不都合が生じる。これに対
して、本請求項に係る発明では、クラッド層をAlGa
Asにより構成したので、活性層の形成の際にPガスの
少量の切換えのみを行えば良く、上記不都合が生じな
い。従って、安定した活性層の形成を実現することがで
きる。
【0029】また、本発明(請求項4)に係る応力補償
型半導体レーザは、請求項1ないし3のいずれかに記載
の応力補償型半導体レーザにおいて、歪の方向は、圧縮
歪みの方向が正の方向であるとした場合、井戸層の層数
を、2ないし4とし、井戸層の歪量を、0.008ない
し0.015とし、井戸層の膜厚を、0.005μmな
いし0.02μmとし、かつ障壁層の層数を、3ないし
5とし、障壁層の歪量を、−0.01ないし0とし、障
壁層の膜厚を、0.005μmないし0.03μmとし
たことを特徴とするものである。
型半導体レーザは、請求項1ないし3のいずれかに記載
の応力補償型半導体レーザにおいて、歪の方向は、圧縮
歪みの方向が正の方向であるとした場合、井戸層の層数
を、2ないし4とし、井戸層の歪量を、0.008ない
し0.015とし、井戸層の膜厚を、0.005μmな
いし0.02μmとし、かつ障壁層の層数を、3ないし
5とし、障壁層の歪量を、−0.01ないし0とし、障
壁層の膜厚を、0.005μmないし0.03μmとし
たことを特徴とするものである。
【0030】この構成によれば、請求項1ないし3のい
ずれかに係る発明と同様の作用を奏する。加えて、各層
について上記条件を設定することにより、半導体レーザ
のしきい値電流特性や温度特性を良好に保つことができ
る。
ずれかに係る発明と同様の作用を奏する。加えて、各層
について上記条件を設定することにより、半導体レーザ
のしきい値電流特性や温度特性を良好に保つことができ
る。
【0031】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る半導体
レーザの主要部を模式的に示す断面図である。
て説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る半導体
レーザの主要部を模式的に示す断面図である。
【0032】この半導体レーザ30は、0.98〜1.
02μm帯の応力補償型のものであって、二層の井戸層
36,38およびこれと交互に積層された3層の障壁層
35,37,39を備えた多重量子井戸構造の活性層3
1を有している。
02μm帯の応力補償型のものであって、二層の井戸層
36,38およびこれと交互に積層された3層の障壁層
35,37,39を備えた多重量子井戸構造の活性層3
1を有している。
【0033】半導体レーザ30の構造について説明する
と、半導体レーザ30は、n−GaAs基板32上に、
n−Al0.3 Ga0.7 As下クラッド層33,アンドー
プAl0.2 Ga0.8 As第1光閉込層34,アンドープ
GaAs0.9 P0.1 第1障壁層35,アンドープIn
0.18Ga0.82As第1井戸層36,アンドープGaAs
0.9 P0.1 第2障壁層37,アンドープIn0.18Ga
0.82As第2井戸層38,アンドープGaAs0.9 P
0.1 第3障壁層39,アンドープAl0.2 Ga0.8 As
第2光閉込層40,p−Al0.3 Ga0.7 As上クラッ
ド層41,p−GaAsコンタクト層42を順次積層す
ることにより構成されている。
と、半導体レーザ30は、n−GaAs基板32上に、
n−Al0.3 Ga0.7 As下クラッド層33,アンドー
プAl0.2 Ga0.8 As第1光閉込層34,アンドープ
GaAs0.9 P0.1 第1障壁層35,アンドープIn
0.18Ga0.82As第1井戸層36,アンドープGaAs
0.9 P0.1 第2障壁層37,アンドープIn0.18Ga
0.82As第2井戸層38,アンドープGaAs0.9 P
0.1 第3障壁層39,アンドープAl0.2 Ga0.8 As
第2光閉込層40,p−Al0.3 Ga0.7 As上クラッ
ド層41,p−GaAsコンタクト層42を順次積層す
ることにより構成されている。
【0034】各層の膜厚は、n−Al0.3 Ga0.7 As
下クラッド層33が1.6μm、アンドープAl0.2 G
a0.8 As第1,第2光閉込層34,40が0.02μ
m、アンドープGaAs0.9 P0.1 第1,第2,第3障
壁層35,37,39が0.01μm、アンドープIn
0.18Ga0.82As第1,第2井戸層36,38が0.0
08μm、p−Al0.3 Ga0.7 As上クラッド層41
が1.6μm、p−GaAsコンタクト層42が0.2
μmである。
下クラッド層33が1.6μm、アンドープAl0.2 G
a0.8 As第1,第2光閉込層34,40が0.02μ
m、アンドープGaAs0.9 P0.1 第1,第2,第3障
壁層35,37,39が0.01μm、アンドープIn
0.18Ga0.82As第1,第2井戸層36,38が0.0
08μm、p−Al0.3 Ga0.7 As上クラッド層41
が1.6μm、p−GaAsコンタクト層42が0.2
μmである。
【0035】また、アンドープGaAs0.9 P0.1 第
1,第2,第3障壁層35,37,39およびアンドー
プIn0.18Ga0.82As第1,第2井戸層36,38の
歪量は、それぞれ、−0.4%および+1.3%に設定
されている。ここで、正の符号は、圧縮歪みであること
を意味し、負の符号は、引張歪みであることを意味して
いる。
1,第2,第3障壁層35,37,39およびアンドー
プIn0.18Ga0.82As第1,第2井戸層36,38の
歪量は、それぞれ、−0.4%および+1.3%に設定
されている。ここで、正の符号は、圧縮歪みであること
を意味し、負の符号は、引張歪みであることを意味して
いる。
【0036】また、井戸層36,38と障壁層35,3
7,39との膜厚の合計ttotal は、0.046μmで
あることから、平均歪量favは、
7,39との膜厚の合計ttotal は、0.046μmで
あることから、平均歪量favは、
【0037】
【数10】
【0038】により求めることができる。ここで、nは
井戸層36,38の層数であり、本実施の形態では2で
ある。また、fw は井戸層36,38の歪量であり、本
実施の形態では、+1.3%である。さらに、tw は井
戸層36,38の膜厚であり、本実施の形態では、0.
008である。一方、mは障壁層35,37,39の層
数であり、本実施の形態では3である。また、fb は障
壁層35,37,39の歪量であり、本実施の形態で
は、−0.4%である。さらに、tb は障壁層35,3
7,39の膜厚であり、本実施の形態では、0.01で
ある。以上の数値を代入して上記式の演算を実行する
と、平均歪量favは、+0.2%となる。また、このこ
とは、
井戸層36,38の層数であり、本実施の形態では2で
ある。また、fw は井戸層36,38の歪量であり、本
実施の形態では、+1.3%である。さらに、tw は井
戸層36,38の膜厚であり、本実施の形態では、0.
008である。一方、mは障壁層35,37,39の層
数であり、本実施の形態では3である。また、fb は障
壁層35,37,39の歪量であり、本実施の形態で
は、−0.4%である。さらに、tb は障壁層35,3
7,39の膜厚であり、本実施の形態では、0.01で
ある。以上の数値を代入して上記式の演算を実行する
と、平均歪量favは、+0.2%となる。また、このこ
とは、
【0039】
【数11】
【0040】を満たしている。本実施の形態の特徴とす
るところは、単一の半導体薄膜層について、その膜厚と
歪量との間に成り立つMaree の式を、上記多層の半導体
層からなる活性層31について適用することにより、活
性層31を積層形成する際に、各井戸層36,38およ
び障壁層35,37,39の所要の格子定数を実現し、
所期の応力補償性能を安定して発揮させることができる
ようになっている点である。本実施の形態に適用するMa
ree の式は、
るところは、単一の半導体薄膜層について、その膜厚と
歪量との間に成り立つMaree の式を、上記多層の半導体
層からなる活性層31について適用することにより、活
性層31を積層形成する際に、各井戸層36,38およ
び障壁層35,37,39の所要の格子定数を実現し、
所期の応力補償性能を安定して発揮させることができる
ようになっている点である。本実施の形態に適用するMa
ree の式は、
【0041】
【数12】
【0042】である。ここで、νは、活性層31のポア
ッソン比,b0 は完全転移のバーガーズベクトルの大き
さ,bp は部分転位のバーガーズベクトルの大きさ,r
c は転位のハーフループの半径を示しており、これらの
数値は、活性層31を構成する材料が決定すれば定まる
ものである。なお、本実施の形態では、これらの値は、
ポアッソン比νが0.31,完全転移のバーガーズベク
トルの大きさb0 が4.0オングストローム,部分転位
のバーガーズベクトルの大きさbp が2.3オングスト
ローム,転位のハーフループの半径rc が844オング
ストロームに設定されている。図2は、
ッソン比,b0 は完全転移のバーガーズベクトルの大き
さ,bp は部分転位のバーガーズベクトルの大きさ,r
c は転位のハーフループの半径を示しており、これらの
数値は、活性層31を構成する材料が決定すれば定まる
ものである。なお、本実施の形態では、これらの値は、
ポアッソン比νが0.31,完全転移のバーガーズベク
トルの大きさb0 が4.0オングストローム,部分転位
のバーガーズベクトルの大きさbp が2.3オングスト
ローム,転位のハーフループの半径rc が844オング
ストロームに設定されている。図2は、
【0043】
【数13】
【0044】に示す関係を、縦軸に井戸層36,38の
膜厚と障壁層35,37,39の膜厚との合計寸法t
total をとり、横軸に井戸層36,38と障壁層35,
37,39との平均歪量favをとってグラフ化したもの
である。図2に示す直線Lは、上記関係式を満たすこと
を示している。
膜厚と障壁層35,37,39の膜厚との合計寸法t
total をとり、横軸に井戸層36,38と障壁層35,
37,39との平均歪量favをとってグラフ化したもの
である。図2に示す直線Lは、上記関係式を満たすこと
を示している。
【0045】そして、井戸層をInGaAsにより構成
すると共に、障壁層をGaAsPにより構成し、これら
井戸層および障壁層の層数,歪量,膜厚の条件を変えて
種々のサンプルを製作し、フォトルミネッセンス法によ
って活性層に欠陥(ダークライン)が生じているかどう
かを検査した。図2に示す白プロットおよび黒プロット
は、当該検査の結果を示している。ここで、白プロット
は、欠陥が発見されなかったものであり、黒プロット
は、欠陥が発見されたものである。
すると共に、障壁層をGaAsPにより構成し、これら
井戸層および障壁層の層数,歪量,膜厚の条件を変えて
種々のサンプルを製作し、フォトルミネッセンス法によ
って活性層に欠陥(ダークライン)が生じているかどう
かを検査した。図2に示す白プロットおよび黒プロット
は、当該検査の結果を示している。ここで、白プロット
は、欠陥が発見されなかったものであり、黒プロット
は、欠陥が発見されたものである。
【0046】本実施の形態に係る半導体レーザ30につ
いての検査結果は、参照符号P1 に示す白プロットで表
されている。すなわち、本実施の形態に係る半導体レー
ザ30では、活性層31が上記構成を有することによ
り、活性層31に欠陥が生じない。しかも、活性層31
については、
いての検査結果は、参照符号P1 に示す白プロットで表
されている。すなわち、本実施の形態に係る半導体レー
ザ30では、活性層31が上記構成を有することによ
り、活性層31に欠陥が生じない。しかも、活性層31
については、
【0047】
【数14】
【0048】を満足している。詳しく説明すると、井戸
層36,38と障壁層35,37,39との平均歪量f
avが正となっている。言い換えると、GaAsからなる
基板32に対してInGaAs井戸層36,38は圧縮
歪みが生じ、GaAsP障壁層35,37,39は引張
歪みが生じるのであるが、全体としての平均歪量favが
正となっているということは、活性層31を形成する際
に、GaAsP障壁層35,37,39の歪み量を小さ
くすること、つまり、AsガスおよびPガスの切換え量
の方を少なくすることを意味する。従って、井戸層3
6,38と障壁層35,37,39とを交互に積層形成
する際に、V族ガスの切換えが容易になり、井戸層3
6,38および障壁層35,37,39の所要の格子定
数を安定して実現することができる。その結果、所期の
応力補償性能を有する活性層を再現性良く安定して構成
することができる。
層36,38と障壁層35,37,39との平均歪量f
avが正となっている。言い換えると、GaAsからなる
基板32に対してInGaAs井戸層36,38は圧縮
歪みが生じ、GaAsP障壁層35,37,39は引張
歪みが生じるのであるが、全体としての平均歪量favが
正となっているということは、活性層31を形成する際
に、GaAsP障壁層35,37,39の歪み量を小さ
くすること、つまり、AsガスおよびPガスの切換え量
の方を少なくすることを意味する。従って、井戸層3
6,38と障壁層35,37,39とを交互に積層形成
する際に、V族ガスの切換えが容易になり、井戸層3
6,38および障壁層35,37,39の所要の格子定
数を安定して実現することができる。その結果、所期の
応力補償性能を有する活性層を再現性良く安定して構成
することができる。
【0049】特に、本実施の形態では、半導体レーザの
製造に一般的に使用されるInGaAsにより井戸層3
6,38を構成し、GaAsPにより障壁層35,3
7,39を構成したので、活性層31を形成するために
特別の結晶成長用の装置を必要とせず、従来と同様の結
晶成長装置を使用することができる。
製造に一般的に使用されるInGaAsにより井戸層3
6,38を構成し、GaAsPにより障壁層35,3
7,39を構成したので、活性層31を形成するために
特別の結晶成長用の装置を必要とせず、従来と同様の結
晶成長装置を使用することができる。
【0050】しかも、障壁層35,37,39をGaA
sPにより構成することにより、一層安定して活性層3
1を形成することができるという利点もある。
sPにより構成することにより、一層安定して活性層3
1を形成することができるという利点もある。
【0051】詳しく説明すると、障壁層として、たとえ
ばInGaAsPを採用することもできる。しかしなが
ら、障壁層を構成する要素にInを含めた場合には、格
子定数を大きくするというInの性質から、これを相殺
するために、障壁層を構成する要素にPを多く含ませる
必要が生じる。このため、障壁層の構成要素であるPガ
スの切換え量を多くせざるを得ず、結果としてV族ガス
の正確な切換えを実現しにくくなるという不都合が生じ
る。これに対して、本実施の形態では、障壁層35,3
7,39をGaAsPにより構成したので、上記不都合
が生じず、安定した活性層31の形成を実現することが
できる。また、図2を参照して、本実施の形態に限らず
一般的に、
ばInGaAsPを採用することもできる。しかしなが
ら、障壁層を構成する要素にInを含めた場合には、格
子定数を大きくするというInの性質から、これを相殺
するために、障壁層を構成する要素にPを多く含ませる
必要が生じる。このため、障壁層の構成要素であるPガ
スの切換え量を多くせざるを得ず、結果としてV族ガス
の正確な切換えを実現しにくくなるという不都合が生じ
る。これに対して、本実施の形態では、障壁層35,3
7,39をGaAsPにより構成したので、上記不都合
が生じず、安定した活性層31の形成を実現することが
できる。また、図2を参照して、本実施の形態に限らず
一般的に、
【0052】
【数15】
【0053】を満足する領域、すなわち直線Lの左側に
おいては、活性層に欠陥が生じていない。つまり、上述
の3つの関係式を満足するように活性層を形成すること
によって、活性層に欠陥の生じない半導体レーザを製作
することができ、上記作用効果を奏することができる。
おいては、活性層に欠陥が生じていない。つまり、上述
の3つの関係式を満足するように活性層を形成すること
によって、活性層に欠陥の生じない半導体レーザを製作
することができ、上記作用効果を奏することができる。
【0054】さらに、本実施の形態によれば、下クラッ
ド層33および上クラッド層41をAlGaAsにより
構成することにより、なお一層安定して活性層31を形
成することができるという利点がある。
ド層33および上クラッド層41をAlGaAsにより
構成することにより、なお一層安定して活性層31を形
成することができるという利点がある。
【0055】詳しく説明すると、クラッド層として、た
とえばInGaPを採用することもできる。しかしなが
ら、クラッド層をInGaPにより構成すると、井戸層
の形成の際にPガスの切換え量を大きくしなければなら
なくなる。このため、結果としてV族ガスの正確な切換
えを実現しにくくなるという不都合が生じる。これに対
して、本実施の形態では、クラッド層33,41をAl
GaAsにより構成したので、活性層31の形成の際に
Pガスの少量の切換えのみを行えば良く、上記不都合が
生じない。従って、一層安定した活性層31の形成を実
現することができる。
とえばInGaPを採用することもできる。しかしなが
ら、クラッド層をInGaPにより構成すると、井戸層
の形成の際にPガスの切換え量を大きくしなければなら
なくなる。このため、結果としてV族ガスの正確な切換
えを実現しにくくなるという不都合が生じる。これに対
して、本実施の形態では、クラッド層33,41をAl
GaAsにより構成したので、活性層31の形成の際に
Pガスの少量の切換えのみを行えば良く、上記不都合が
生じない。従って、一層安定した活性層31の形成を実
現することができる。
【0056】加えて、本実施の形態に係る半導体レーザ
30の活性層31は、図1に示した構成に限らず、井戸
層の層数を、2ないし4とし、井戸層の歪量を、0.0
08ないし0.015とし、井戸層の膜厚を、0.00
5μmないし0.02μmとし、かつ障壁層の層数を、
3ないし5とし、障壁層の歪量を、−0.01ないし0
とし、障壁層の膜厚を、0.005μmないし0.03
μmとすることにより、本実施の形態に係る半導体レー
ザ30と同様の作用効果を奏する旨の知見を得ている。
しかも、かかる条件の下で活性層を構成することによ
り、半導体レーザのしきい値電流特性や温度特性を良好
に保つことができる。
30の活性層31は、図1に示した構成に限らず、井戸
層の層数を、2ないし4とし、井戸層の歪量を、0.0
08ないし0.015とし、井戸層の膜厚を、0.00
5μmないし0.02μmとし、かつ障壁層の層数を、
3ないし5とし、障壁層の歪量を、−0.01ないし0
とし、障壁層の膜厚を、0.005μmないし0.03
μmとすることにより、本実施の形態に係る半導体レー
ザ30と同様の作用効果を奏する旨の知見を得ている。
しかも、かかる条件の下で活性層を構成することによ
り、半導体レーザのしきい値電流特性や温度特性を良好
に保つことができる。
【0057】
【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、井戸層と
障壁層とを交互に積層形成する際に、V族ガスの切換え
を容易に行うことができ、井戸層および障壁層の所要の
格子定数を安定して実現することができる。従って、所
期の応力補償性能を有する活性層を安定して構成するこ
とができ、結晶劣化が起こりにくく信頼性に優れた半導
体レーザを再現性よく得ることができるという効果があ
る。
障壁層とを交互に積層形成する際に、V族ガスの切換え
を容易に行うことができ、井戸層および障壁層の所要の
格子定数を安定して実現することができる。従って、所
期の応力補償性能を有する活性層を安定して構成するこ
とができ、結晶劣化が起こりにくく信頼性に優れた半導
体レーザを再現性よく得ることができるという効果があ
る。
【0058】請求項2に係る発明によれば、請求項1に
係る発明と同様の効果を奏する。特に、本請求項に係る
発明では、一般的に使用されるInGaAsにより井戸
層を構成し、GaAsPにより障壁層を構成したので、
特別の結晶成長用の装置を必要とせず、従来と同様の結
晶成長装置を使用して活性層を形成することができる。
従って、大幅なコストの上昇を伴わずに、結晶劣化が起
こりにくく信頼性に優れた半導体レーザを再現性よく得
ることができるという効果がある。しかも、障壁層をG
aAsPにより構成することにより、活性層を形成する
際のPガスの切換え量を抑えて、一層安定した活性層を
形成することができるという利点がある。
係る発明と同様の効果を奏する。特に、本請求項に係る
発明では、一般的に使用されるInGaAsにより井戸
層を構成し、GaAsPにより障壁層を構成したので、
特別の結晶成長用の装置を必要とせず、従来と同様の結
晶成長装置を使用して活性層を形成することができる。
従って、大幅なコストの上昇を伴わずに、結晶劣化が起
こりにくく信頼性に優れた半導体レーザを再現性よく得
ることができるという効果がある。しかも、障壁層をG
aAsPにより構成することにより、活性層を形成する
際のPガスの切換え量を抑えて、一層安定した活性層を
形成することができるという利点がある。
【0059】請求項3に係る発明によれば、請求項1ま
たは2に係る発明と同様の効果を奏する。加えて、本請
求項に係る発明では、クラッド層をAlGaAsにより
構成することにより、活性層を形成する際のPガスの切
換え量を抑えて、なお一層安定した活性層を形成するこ
とができるという効果を奏する。
たは2に係る発明と同様の効果を奏する。加えて、本請
求項に係る発明では、クラッド層をAlGaAsにより
構成することにより、活性層を形成する際のPガスの切
換え量を抑えて、なお一層安定した活性層を形成するこ
とができるという効果を奏する。
【0060】請求項4に係る発明によれば、請求項1な
いし3のいずれかに係る発明と同様の効果を奏する。加
えて、各層について上記条件を設定することにより、半
導体レーザのしきい値電流特性や温度特性を良好に保つ
ことができ、より高性能な半導体レーザを提供すること
ができるという効果がある。
いし3のいずれかに係る発明と同様の効果を奏する。加
えて、各層について上記条件を設定することにより、半
導体レーザのしきい値電流特性や温度特性を良好に保つ
ことができ、より高性能な半導体レーザを提供すること
ができるという効果がある。
【図1】 本発明の実施の形態に係る半導体レーザの構
造を模式的に示す断面図である。
造を模式的に示す断面図である。
【図2】 InGaAs井戸層とGaAsP障壁層から
構成した種々の多重量子井戸構造の活性層について、フ
ォトルミネッセンス法による欠陥の有無を検査した結果
を示す図である。
構成した種々の多重量子井戸構造の活性層について、フ
ォトルミネッセンス法による欠陥の有無を検査した結果
を示す図である。
【図3】 従来の半導体レーザの構造を模式的に示す断
面図である。
面図である。
30 半導体レーザ、31 活性層、32 基板、33
下クラッド層、34 第1光閉込層、35 第1障壁
層、36 第1井戸層、37 第2障壁層、38 第2
井戸層、39 第3障壁層、40 第2光閉込層。
下クラッド層、34 第1光閉込層、35 第1障壁
層、36 第1井戸層、37 第2障壁層、38 第2
井戸層、39 第3障壁層、40 第2光閉込層。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板と、 半導体基板上に形成されたクラッド層と、 クラッド層上に形成され、複数の井戸層および障壁層を
備えた多重量子井戸構造の活性層を有する0.98〜
1.02μm帯の応力補償型半導体レーザにおいて、 井戸層の層数,歪量,膜厚を、それぞれ、n,fw,t
wとし、 障壁層の層数,歪量,膜厚を、それぞれ、m,fb ,t
b とした場合に、 井戸層と障壁層との平均歪量favと、井戸層の膜厚と障
壁層の膜厚との合計寸法ttotal との間に、次の関係が
成立することを特徴とする応力補償型半導体レーザ。 【数1】 【数2】 【数3】 ν :ポアッソン比 b0 :完全転移のバーガーズベクトルの大きさ bp :部分転位のバーガーズベクトルの大きさ rc :転位のハーフループの半径 - 【請求項2】 請求項1記載の応力補償型半導体レーザ
において、 井戸層をInGaAsにより構成し、障壁層をGaAs
Pにより構成したことを特徴とする応力補償型半導体レ
ーザ。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の応力補償型半導
体レーザにおいて、 クラッド層をAlGaAsにより構成したことを特徴と
する応力補償型半導体レーザ。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の応
力補償型半導体レーザにおいて、 歪の方向は、圧縮歪みの方向が正の方向であるとした場
合、 井戸層の層数を、2ないし4とし、 井戸層の歪量を、0.008ないし0.015とし、 井戸層の膜厚を、0.005μmないし0.02μmと
し、かつ障壁層の層数を、3ないし5とし、 障壁層の歪量を、−0.01ないし0とし、 障壁層の膜厚を、0.005μmないし0.03μmと
したことを特徴とする応力補償型半導体レーザ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9266489A JPH11112079A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 応力補償型半導体レーザ |
US09/037,019 US5903587A (en) | 1997-09-30 | 1998-03-09 | Stress compensation type semiconductor laser |
KR1019980015347A KR100276623B1 (ko) | 1997-09-30 | 1998-04-29 | 응력보상형 반도체 레이저 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9266489A JPH11112079A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 応力補償型半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11112079A true JPH11112079A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17431648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9266489A Pending JPH11112079A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 応力補償型半導体レーザ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5903587A (ja) |
JP (1) | JPH11112079A (ja) |
KR (1) | KR100276623B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8610105B2 (en) | 2009-05-15 | 2013-12-17 | Oclaro Japan, Inc. | Semiconductor electroluminescent device with a multiple-quantum well layer formed therein |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2353899A (en) | 1999-09-01 | 2001-03-07 | Sharp Kk | A quantum well semiconductor device with strained barrier layer |
JP5170954B2 (ja) * | 2005-07-11 | 2013-03-27 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
KR100979562B1 (ko) * | 2009-03-09 | 2010-09-02 | 경희대학교 산학협력단 | 목표 발진파장에서 동작하는 양자계단레이저의 최적화 설계방법 및 그 장치 |
EP3916817A1 (en) | 2016-02-09 | 2021-12-01 | Lumeova, Inc | Ultra-wideband, wireless optical high speed communication devices and systems |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2556270B2 (ja) * | 1993-09-02 | 1996-11-20 | 日本電気株式会社 | 歪量子井戸型半導体レーザ |
JP3135202B2 (ja) * | 1995-06-29 | 2001-02-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置,及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP9266489A patent/JPH11112079A/ja active Pending
-
1998
- 1998-03-09 US US09/037,019 patent/US5903587A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-29 KR KR1019980015347A patent/KR100276623B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8610105B2 (en) | 2009-05-15 | 2013-12-17 | Oclaro Japan, Inc. | Semiconductor electroluminescent device with a multiple-quantum well layer formed therein |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100276623B1 (ko) | 2001-02-01 |
US5903587A (en) | 1999-05-11 |
KR19990029172A (ko) | 1999-04-26 |
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A977 | Report on retrieval |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050531 |
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