JPH1168228A - Semiconductor laser - Google Patents
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- JPH1168228A JPH1168228A JP22475597A JP22475597A JPH1168228A JP H1168228 A JPH1168228 A JP H1168228A JP 22475597 A JP22475597 A JP 22475597A JP 22475597 A JP22475597 A JP 22475597A JP H1168228 A JPH1168228 A JP H1168228A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高性能の半導体レ
ーザに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high performance semiconductor laser.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光通信システムの主要光源である半導体
レーザでは、活性層に量子井戸構造が幅広く用いられて
いる。2. Description of the Related Art In a semiconductor laser which is a main light source of an optical communication system, a quantum well structure is widely used for an active layer.
【０００３】図１は、従来構造の半導体レーザにおける
量子井戸活性層および光閉じ込め層の構成を示す模式的
断面図である。通常の半導体レーザでは、量子井戸層１
と障壁層２とを積層した量子井戸活性層の上下に、障壁
層と等しいエネルギーギャップを有し、量子井戸層に比
べ十分に厚く、不純物を添加していない半導体層を光閉
じ込め層３として形成した構造がよく用いられる。この
構造において、量子井戸活性層中のキャリア密度が、レ
ーザ発振に必要な反転分布が形成される程度まで高まっ
た状態では、電子は、伝導帯の状態密度が小さいため、
量子井戸中におさまりきらず、光閉じ込め層にあふれ出
す。一方、正孔は、価電子帯の状態密度が大きいことを
反映して、光閉じ込め層にあふれ出すことはなく、量子
井戸中に局在するようになる。この結果、量子井戸活性
層中に電子と正孔の空間分布の不均衡に起因した内部電
界が生じ、半導体のバンドプロファイルが変形する。図
２に、２０００ｃｍ-1の光学利得が得られるまで、キャ
リアを注入した場合のバンドプロファイルの一例を示
す。図２において、内部電界を考慮しない場合のバンド
プロファイルを点線で、内部電界を考慮した場合のバン
ドプロファイルを実線で、それぞれ示す。内部電界の効
果によりバンドプロファイルが変形すると、図中に示し
たように、価電子帯の実効的エネルギー障壁高さが減少
する。先に述べたように、従来構造の半導体レーザで
は、光閉じ込め層は量子井戸層に比べ十分に厚いため、
エメルギープロファイルが変形しても光閉じ込め層中に
量子準位が形成されるようなことはなく、価電子帯の状
態密度は変化しない。したがって、この実効的エネルギ
ー障壁高さが、光閉じ込め層中の正孔の存在確率を決定
するため、実効的障壁高さの減少は、光閉じ込め層中の
正孔密度を増大させる。図３に、光学利得が２０００ｃ
ｍ-1の状態における正孔の分布を示す。この図３に示し
たように、光閉じ込め層中にも５×１０17ｃｍ-3近い正
孔が蓄積されていることがわかる。FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a quantum well active layer and an optical confinement layer in a conventional semiconductor laser. In a typical semiconductor laser, the quantum well layer 1
A semiconductor layer having an energy gap equal to that of the barrier layer, being sufficiently thicker than the quantum well layer, and not doped with impurities is formed as the optical confinement layer 3 above and below the quantum well active layer in which the barrier layer 2 and the barrier layer 2 are stacked. Such a structure is often used. In this structure, in the state where the carrier density in the quantum well active layer is increased to the extent that the population inversion required for laser oscillation is formed, electrons have a small state density in the conduction band.
It does not fit in the quantum well and overflows into the optical confinement layer. On the other hand, the holes do not overflow into the optical confinement layer and are localized in the quantum well, reflecting the high state density of the valence band. As a result, an internal electric field is generated in the quantum well active layer due to an imbalance in the spatial distribution of electrons and holes, and the band profile of the semiconductor is deformed. FIG. 2 shows an example of a band profile when carriers are injected until an optical gain of 2000 cm −1 is obtained. In FIG. 2, a band profile when the internal electric field is not taken into consideration is indicated by a dotted line, and a band profile when the internal electric field is taken into consideration is indicated by a solid line. When the band profile is deformed by the effect of the internal electric field, as shown in the figure, the effective energy barrier height of the valence band decreases. As described above, in the semiconductor laser having the conventional structure, the optical confinement layer is sufficiently thicker than the quantum well layer.
Even if the energy profile is deformed, no quantum level is formed in the optical confinement layer, and the state density of the valence band does not change. Thus, reducing the effective barrier height increases the hole density in the light confinement layer, because this effective energy barrier height determines the probability of holes present in the light confinement layer. FIG. 3 shows that the optical gain is 2000c.
3 shows the distribution of holes in the state of m −1 . As shown in FIG. 3, it can be seen that holes close to 5 × 10 17 cm −3 are also accumulated in the light confinement layer.
【０００４】光閉じ込め層中における正孔密度の増大傾
向は、熱エネルギー、すなわち動作温度の上昇ととも
に、より一層顕著になる。このような正孔密度の増大
は、光閉じ込め層中における光学損失の顕著な増大をも
たらし、しきい値電流の上昇、発振効率の低下を招く。
従来構造の半導体レーザでは、このようなバンドプロフ
ァイルの変形に起因した光閉じ込め層中への正孔の異常
蓄積が、高温領域における半導体レーザの動作特性を著
しく制限する要因となっていた。[0004] The tendency of the hole density in the light confinement layer to increase becomes even more pronounced as the heat energy, that is, the operating temperature increases. Such an increase in hole density causes a significant increase in optical loss in the optical confinement layer, resulting in an increase in threshold current and a decrease in oscillation efficiency.
In a semiconductor laser having a conventional structure, the abnormal accumulation of holes in the light confinement layer due to the deformation of the band profile has been a factor that significantly limits the operation characteristics of the semiconductor laser in a high temperature region.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来構造の素子では、動作温度の上昇にともない、光閉
じ込め層中での正孔の異常蓄積に起因した光学損失の増
加が顕著となり、しきい値電流の急増、発振効率の急激
な低下が生ずるという問題点があった。As described above,
In the device having the conventional structure, an increase in optical loss due to abnormal accumulation of holes in the optical confinement layer becomes remarkable as the operating temperature rises, causing a sharp increase in threshold current and a sharp decrease in oscillation efficiency. There was a problem.
【０００６】本発明の目的は、光閉じ込め層中における
正孔の蓄積を抑制することにより、上記の問題点を解決
し、４００Ｋ以上の高温においても、レーザ発振が可能
な高性能の半導体レーザを提供することにある。An object of the present invention is to solve the above problems by suppressing the accumulation of holes in the optical confinement layer, and to provide a high performance semiconductor laser capable of laser oscillation even at a high temperature of 400K or more. To provide.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明による半導体レーザは、 量子井戸層と
障壁層とから構成される量子井戸活性層と、該活性層の
上側および下側にそれぞれ配設された第１および第２の
光閉じ込め層とから成る半導体レーザにおいて、前記第
１および第２の光閉じ込め層の少なくとも一部が、ｎ型
の半導体層より構成されていることを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, a semiconductor laser according to the present invention comprises: a quantum well active layer comprising a quantum well layer and a barrier layer; Wherein the first and second optical confinement layers are each formed of an n-type semiconductor layer. Features.
【０００８】ここで、好ましくは第１および第２の光閉
じ込め層の少なくとも一方が２層からなり、該２層のう
ち前記量子井戸活性層から遠い層のｎ型不純物濃度が前
記量子井戸活性層側の層のｎ型不純物濃度より高い。Preferably, at least one of the first and second optical confinement layers is composed of two layers, and the n-type impurity concentration of a layer far from the quantum well active layer among the two layers has an n-type impurity concentration of the quantum well active layer. Higher than the n-type impurity concentration of the side layer.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明は、活性層の上下に設けら
れた光閉じ込め層のそれぞれの一部もしくは全体をｎ型
の半導体層で構成することにより、光閉じ込め層中での
正孔の異常蓄積を抑制し、高温においても低しきい値電
流、高発振効率の高性能半導体レーザを実現するもので
ある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention provides an optical confinement layer provided above and below an active layer, in which a part or the whole of each of the optical confinement layers is composed of an n-type semiconductor layer. An object of the present invention is to realize a high-performance semiconductor laser that suppresses abnormal accumulation and has a low threshold current and high oscillation efficiency even at high temperatures.
【００１０】本発明の作用について、図面を用いて説明
する。The operation of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１１】図４は、本発明における半導体レーザの活
性層の構成の一例を示した模式的断面図である。量子井
戸層１と障壁層２とから構成される活性層に隣接した光
閉じ込め層は、不純物が添加されていない光閉じ込め層
３とｎ型半導体層からなる光閉じ込め層４とで構成され
ている。すなわち、光閉じ込め層の一部が、ｎ型の半導
体層４により形成されている。FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of the active layer of the semiconductor laser according to the present invention. The optical confinement layer adjacent to the active layer composed of the quantum well layer 1 and the barrier layer 2 is composed of the optical confinement layer 3 to which impurities are not added and the optical confinement layer 4 composed of an n-type semiconductor layer. . That is, a part of the light confinement layer is formed by the n-type semiconductor layer 4.
【００１２】図５は、本発明の半導体レーザに、２００
０ｃｍ-1の光学利得が得られるまで、キャリアを注入し
た場合のバンドプロファイルを示した図である。図５に
おいて、内部電界を考慮しない場合のンドプロファイル
を点線で、内部電界を考慮した場合のバンドプロファイ
ルを実線で、それぞれ示す。内部電界に起因したバンド
プロファイルの変形が生ずるものの、光閉じ込め層の一
部にｎ型の半導体層が用いられているため、図２との比
較により、従来構造の素子に比べて、価電子帯の実効的
エネルギー障壁高さが２倍以上大きいことがわかる。こ
のため、図６に示した正孔の分布から分かるように、正
孔は量子井戸中に効率的に注入され、光閉じ込め層等へ
の溢れ出しを抑制することができる。この結果、光閉じ
込め層中での正孔の異常蓄積に起因した光学損失の増大
が抑制できるため、高温においても高効率のレーザ発振
動作を実現することができる。FIG. 5 shows a semiconductor laser of the present invention,
FIG. 4 is a diagram showing a band profile when carriers are injected until an optical gain of 0 cm −1 is obtained. In FIG. 5, a dotted profile when the internal electric field is not taken into consideration is indicated by a dotted line, and a band profile when the internal electric field is taken into account is indicated by a solid line. Although the band profile is deformed due to the internal electric field, the n-type semiconductor layer is used as a part of the light confinement layer. It can be seen that the effective energy barrier height is more than twice as large. Therefore, as can be seen from the hole distribution shown in FIG. 6, holes are efficiently injected into the quantum well, and overflow to the light confinement layer and the like can be suppressed. As a result, an increase in optical loss due to abnormal accumulation of holes in the light confinement layer can be suppressed, so that a highly efficient laser oscillation operation can be realized even at a high temperature.
【００１３】[0013]
（実施例１）図７は、本発明の第１の実施例の半導体レ
ーザの活性層近傍の構造の模式的断面図である。図７に
おいて、５は本発明の特徴であるｎ型の不純物を添加し
た光閉じ込め層、６は不純物を添加していない光閉じ込
め層、７は多重量子井戸層である。本実施例では、ｎ型
の半導体により構成された光閉じ込め層５をｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１μｍ、層厚０．０
５μｍ、ｎ型不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）により、不
純物を添加していない光閉じ込め層６をＩｎＧａＡｓＰ
（バンドギャップ波長１．１μｍ、層厚０．０１μｍ）
により、多重量子井戸層７をＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層
（バンドギャップ波長１．４３μｍ、層厚６ｎｍ）とＩ
ｎＧａＡｓＰ障壁層（バンドギャップ波長１．１μｍ、
層厚１０ｎｍ）とを４周期積層することにより、それぞ
れ構成した。レーザ共振器の長さは３００μｍ、共振器
端面は、両端面とも劈開により作製し、後端面には、反
射率９６％の高反射率膜を蒸着した。発振波長は１．３
μｍである。また、本発明の効果を明確にするために、
ｎ型の半導体により構成された光閉じ込め層５を有さ
ず、光閉じ込め層が、不純物を添加していないＩｎＧａ
ＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１μｍ、層厚０．０６
μｍ）光閉じ込め層６だけからなる従来構造の半導体レ
ーザも作製した。(Embodiment 1) FIG. 7 is a schematic sectional view of a structure near an active layer of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. 7, reference numeral 5 denotes a light confinement layer to which an n-type impurity is added, which is a feature of the present invention, 6 denotes a light confinement layer to which no impurity is added, and 7 denotes a multiple quantum well layer. In this embodiment, the light confinement layer 5 made of an n-type semiconductor is formed of n-InG
aAsP (band gap wavelength 1.1 μm, layer thickness 0.0
5 [mu] m, the n-type impurity concentration of 1 × 10 18 cm -3), an optical confinement layer 6 which is not doped InGaAsP
(Band gap wavelength 1.1 μm, layer thickness 0.01 μm)
To form the multiple quantum well layer 7 with the InGaAsP quantum well layer (bandgap wavelength 1.43 μm, layer thickness 6 nm) and I
nGaAsP barrier layer (bandgap wavelength 1.1 μm,
(Thickness: 10 nm) for four periods. The length of the laser resonator was 300 μm, the end faces of the resonator were formed by cleavage at both end faces, and a high reflectance film having a reflectance of 96% was deposited on the rear end face. The oscillation wavelength is 1.3
μm. Also, in order to clarify the effects of the present invention,
Without the light confinement layer 5 made of an n-type semiconductor, the light confinement layer is made of InGa not doped with impurities.
AsP (band gap wavelength 1.1 μm, layer thickness 0.06
μm) A semiconductor laser having a conventional structure including only the light confinement layer 6 was also manufactured.
【００１４】図８は、本発明の第１の実施例の半導体レ
ーザの発振効率の温度依存性と従来構造の半導体レーザ
の発振効率の温度依存性とを比較した図である。白丸は
本発明の半導体レーザの発振効率、黒丸は従来構造の半
導体レーザの発振効率である。従来構造の半導体レーザ
では、温度の上昇にともない３００Ｋ程度から、発振効
率が急激に減少する。本発明の半導体レーザでは、従来
構造の半導体レーザに比べ、１００度程度高い４００Ｋ
程度の温度まで、発振効率の急激な減少が生じないこと
がわかる。温度の上昇に連れて、両者の差は顕著にな
り、従来構造の半導体レーザでは、３５０Ｋ以上の温度
で、レーザ発振を維持することができないが、本発明の
半導体レーザでは、さらに１００度程高い４５０Ｋ程度
の温度まで、レーザ発振を持続することができる。FIG. 8 is a diagram comparing the temperature dependence of the oscillation efficiency of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention with the temperature dependence of the oscillation efficiency of the semiconductor laser having the conventional structure. White circles indicate the oscillation efficiency of the semiconductor laser of the present invention, and black circles indicate the oscillation efficiency of the semiconductor laser having the conventional structure. In a semiconductor laser having a conventional structure, the oscillation efficiency sharply decreases from about 300 K with an increase in temperature. The semiconductor laser of the present invention has a 400K
It can be seen that the oscillation efficiency does not suddenly decrease until about the temperature. As the temperature rises, the difference between the two becomes remarkable. In a semiconductor laser having a conventional structure, laser oscillation cannot be maintained at a temperature of 350 K or higher, but in a semiconductor laser of the present invention, the temperature is further increased by about 100 degrees. Laser oscillation can be maintained up to a temperature of about 450K.
【００１５】図９は、本発明の第１の実施例の半導体レ
ーザのしきい値電流の温度依存性と従来構造の半導体レ
ーザのしきい値電流の温度依存性とを比較した図であ
る。白丸は本発明の半導体レーザのしきい値電流、黒丸
は従来構造の半導体レーザのしきい値電流である。従来
構造の半導体レーザでは、しきい値電流は、３００Ｋ程
度から、大きく増加し始めるが、本発明の半導体レーザ
では、４００Ｋ程度まで、急激な増加は認められない。FIG. 9 is a diagram comparing the temperature dependence of the threshold current of the semiconductor laser of the first embodiment of the present invention with the temperature dependence of the threshold current of the semiconductor laser having the conventional structure. Open circles indicate the threshold current of the semiconductor laser of the present invention, and black circles indicate the threshold current of the semiconductor laser of the conventional structure. In a semiconductor laser having a conventional structure, the threshold current starts to increase greatly from about 300 K, but in the semiconductor laser of the present invention, no sharp increase is observed up to about 400 K.
【００１６】（実施例２）図１０は、本発明の第２の実
施例の半導体レーザの活性層近傍の構造の模式的断面図
である。８および９は本発明の特徴であるｎ型の不純物
を添加した光閉じ込め層、１０は多重量子井戸層であ
る。本実施例では、ｎ型の半導体により構成された光閉
じ込め層８、９をそれぞれｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンド
ギャップ波長１．１μｍ、層厚０．０５μｍ、ｎ型不純
物濃度２×１０18ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バン
ドギャップ波長１．１μｍ、層厚０．０１μｍ、ｎ型不
純物濃度×１０18ｃｍ-3）により構成し、さらに、多重
量子井戸層７をＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（バンドギャ
ップ波長１．４３μｍ、層厚６ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ
障壁層（バンドギャップ波長１．１μｍ、層厚１０ｎ
ｍ、ｎ型不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）とを４周期積層
することにより構成した。レーザ共振器の長さは３００
μｍ、共振器端面は、両端面とも劈開により作製し、後
端面には、反射率９６％の高反射率膜を蒸着した。発振
波長は１．３μｍである。(Embodiment 2) FIG. 10 is a schematic sectional view of a structure near an active layer of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. Reference numerals 8 and 9 denote optical confinement layers to which an n-type impurity is added, which is a feature of the present invention. Reference numeral 10 denotes a multiple quantum well layer. In this embodiment, each of the light confinement layers 8 and 9 made of an n-type semiconductor is made of n-InGaAsP (band gap wavelength 1.1 μm, layer thickness 0.05 μm, n-type impurity concentration 2 × 10 18 cm −3 ). , N-InGaAsP (bandgap wavelength 1.1 μm, layer thickness 0.01 μm, n-type impurity concentration × 10 18 cm −3 ), and the multiple quantum well layer 7 is formed of an InGaAsP quantum well layer (bandgap wavelength 1 .43 μm, layer thickness 6 nm) and InGaAsP
Barrier layer (band gap wavelength: 1.1 μm, layer thickness: 10 n
m and n-type impurity concentrations of 1 × 10 18 cm −3 ) were stacked for four periods. Laser resonator length is 300
μm, both end faces of the resonator were formed by cleavage, and a high reflectivity film having a reflectivity of 96% was deposited on the rear end face. The oscillation wavelength is 1.3 μm.
【００１７】図１１は、本発明の第２の実施例の半導体
レーザの発振効率の温度依存性と従来構造の半導体レー
ザの発振効率の温度依存性とを比較した図である。白丸
は本発明の半導体レーザの発振効率、黒丸は従来構造の
半導体レーザの発振効率である。従来構造の半導体レー
ザでは、温度の上昇にともない３００Ｋ程度から、発振
効率が急激に減少する。本発明の半導体レーザでは、従
来構造の半導体レーザに比べ、１５０度程高い４５０Ｋ
程度の温度まで、発振効率の急激な減少が生じないこと
がわかる。温度の上昇に連れて、両者の差は顕著にな
り、従来構造の半導体レーザでは、３５０Ｋ以上の温度
で、レーザ発振を維持することができないが、本発明の
半導体レーザでは、さらに１００度程高い５００Ｋ程度
の温度まで、レーザ発振を持続することができる。FIG. 11 is a diagram comparing the temperature dependence of the oscillation efficiency of the semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention with the temperature dependence of the oscillation efficiency of the semiconductor laser having the conventional structure. White circles indicate the oscillation efficiency of the semiconductor laser of the present invention, and black circles indicate the oscillation efficiency of the semiconductor laser having the conventional structure. In a semiconductor laser having a conventional structure, the oscillation efficiency sharply decreases from about 300 K with an increase in temperature. In the semiconductor laser of the present invention, 450K which is about 150 degrees higher than that of the semiconductor laser having the conventional structure.
It can be seen that the oscillation efficiency does not suddenly decrease until about the temperature. As the temperature rises, the difference between the two becomes remarkable. In a semiconductor laser having a conventional structure, laser oscillation cannot be maintained at a temperature of 350 K or higher, but in a semiconductor laser of the present invention, the temperature is further increased by about 100 degrees. Laser oscillation can be maintained up to a temperature of about 500K.
【００１８】図１２は、本発明の第２の実施例の半導体
レーザのしきい値電流の温度依存性と従来構造の半導体
レーザのしきい値電流の温度依存性とを比較した図であ
る。白丸は本発明の半導体レーザのしきい値電流、黒丸
は従来構造の半導体レーザのしきい値電流である。従来
構造の半導体レーザでは、しきい値電流は、３００Ｋ程
度から、大きく増加し始めるが、本発明の半導体レーザ
では、４５０Ｋ程度まで、急激な増加は認められない。FIG. 12 is a diagram comparing the temperature dependence of the threshold current of the semiconductor laser of the second embodiment of the present invention with the temperature dependence of the threshold current of the semiconductor laser having the conventional structure. Open circles indicate the threshold current of the semiconductor laser of the present invention, and black circles indicate the threshold current of the semiconductor laser of the conventional structure. In a semiconductor laser having a conventional structure, the threshold current starts to increase greatly from about 300K, but in the semiconductor laser of the present invention, no sharp increase is observed up to about 450K.
【００１９】活性層の上下の光閉じ込め層を、それぞれ
ｎ型の半導体層１層で構成することも可能である。上述
した本発明の効果を得るためには、ｎ型半導体層の不純
物濃度は５×１０17ｃｍ-3以上であることが望ましく、
光閉じ込め層を第２の実施例のように２層で構成する場
合には、外側の層の不純物濃度を内側の層の不純物濃度
より高くする。また、内側の光閉じ込め層の厚さを２０
ｎｍ以下とするのがよい。Each of the light confinement layers above and below the active layer may be constituted by one n-type semiconductor layer. In order to obtain the effects of the present invention described above, the impurity concentration of the n-type semiconductor layer is desirably 5 × 10 17 cm −3 or more,
When the light confinement layer is composed of two layers as in the second embodiment, the impurity concentration of the outer layer is higher than that of the inner layer. Also, the thickness of the inner light confinement layer is set to 20
nm or less.
【００２０】以上の実施例においては、ＩｎＧａＡｓＰ
系の多重量子井戸構造を有する半導体レーザについて説
明したが、本発明がその他の系の半導体レーザに適用可
能であることは言うまでもない。In the above embodiment, InGaAsP
Although a semiconductor laser having a multi-quantum well structure has been described, it goes without saying that the present invention is applicable to semiconductor lasers of other systems.
【００２１】さらに、活性層の上下の光閉じ込め層を異
なる層で構成することも可能である。例えば、上下の光
閉じ込め層の一方を、図４のように不純物がドープされ
ていない光閉じ込め層３とｎ型半導体層４とで構成し、
他方を図１０のようにｎ型の光閉じ込め層９と不純物濃
度がそれより高いｎ型の光閉じ込め層８で構成してもよ
い。さらに、活性層の上下の光閉じ込め層の一方を１層
のｎ型光閉じ込め層とし、他方を上述した２層のｎ型光
閉じ込め層としてもよい。Further, the light confinement layers above and below the active layer can be formed of different layers. For example, one of the upper and lower light confinement layers is composed of a light confinement layer 3 not doped with an impurity as shown in FIG. 4 and an n-type semiconductor layer 4,
The other may be configured by an n-type light confinement layer 9 and an n-type light confinement layer 8 having a higher impurity concentration as shown in FIG. Furthermore, one of the light confinement layers above and below the active layer may be a single n-type light confinement layer, and the other may be the two n-type light confinement layers described above.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザによれば、従来構造の半導体レーザにおいて問題と
なっていた温度上昇にともなう光閉じ込め層中の正孔の
異常蓄積を抑えることができる。したがって、温度上昇
にともなうしきい値電流の増大や発振効率の低下の主要
因であった光閉じ込め層の光学損失の増加を抑制できる
ため、高温においても、しきい値電流が低く、発振効率
が高い、高性能の半導体レーザを提供することができ
る。As described above, according to the semiconductor laser of the present invention, it is possible to suppress the abnormal accumulation of holes in the light confinement layer due to a rise in temperature, which is a problem in the semiconductor laser having the conventional structure. . Therefore, it is possible to suppress an increase in optical loss of the optical confinement layer, which is a main cause of an increase in threshold current and a decrease in oscillation efficiency due to a rise in temperature. A high-performance semiconductor laser can be provided.
【図１】従来構造の半導体レーザの層構成を示した模式
的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a layer configuration of a semiconductor laser having a conventional structure.
【図２】従来構造の半導体レーザにおいて、光学利得が
２０００ｃｍ-1に達するまで、キャリアを注入した場合
の価電子帯端のバンドプロファイルを示した線図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing a band profile at a valence band edge when carriers are injected until an optical gain reaches 2000 cm −1 in a semiconductor laser having a conventional structure.
【図３】従来構造の半導体レーザにおいて、光学利得が
２０００ｃｍ-1に達した場合の正孔の分布を示した線図
である。FIG. 3 is a diagram showing a hole distribution when the optical gain reaches 2000 cm −1 in a semiconductor laser having a conventional structure.
【図４】本発明の半導体レーザの層構成を示した模式的
断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a layer configuration of the semiconductor laser of the present invention.
【図５】本発明の半導体レーザにおいて、光学利得が２
０００ｃｍ-1に達するまで、キャリアを注入した場合の
価電子帯端のバンドプロファイルを示した線図である。FIG. 5 shows a semiconductor laser of the present invention having an optical gain of 2;
FIG. 5 is a diagram showing a band profile at a valence band edge when carriers are injected until the temperature reaches 000 cm −1 .
【図６】本発明の半導体レーザにおいて、光学利得が２
０００ｃｍ-1に達した場合の正孔の分布を示した線図で
ある。FIG. 6 shows an optical gain of 2 in the semiconductor laser of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a distribution of holes when the number of holes reaches 000 cm −1 .
【図７】本発明の第１の実施例における素子構造の模式
的断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view of an element structure according to the first embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第１の実施例の半導体レーザの発振効
率の温度依存性と従来構造の半導体レーザの発振効率の
温度依存性を比較した図である。FIG. 8 is a diagram comparing the temperature dependence of the oscillation efficiency of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention with the temperature dependence of the oscillation efficiency of the semiconductor laser having the conventional structure.
【図９】本発明の第１の実施例の半導体レーザのしきい
値電流の温度依存性と従来構造の半導体レーザのしきい
値電流の温度依存性を比較した図である。FIG. 9 is a diagram comparing the temperature dependence of the threshold current of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention with the temperature dependence of the threshold current of a semiconductor laser having a conventional structure.
【図１０】本発明の第２の実施例における素子構造の模
式的断面図である。FIG. 10 is a schematic sectional view of an element structure according to a second embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の第２の実施例における半導体レーザ
の発振効率の温度依存性と従来構造の半導体レーザの発
振効率の温度依存性を比較した図である。FIG. 11 is a diagram comparing the temperature dependence of the oscillation efficiency of a semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention with the temperature dependence of the oscillation efficiency of a semiconductor laser having a conventional structure.
【図１２】本発明の第２の実施例の半導体レーザのしき
い値電流の温度依存性と従来構造の半導体レーザのしき
い値電流の温度依存性を比較した図である。FIG. 12 is a diagram comparing the temperature dependence of the threshold current of the semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention with the temperature dependence of the threshold current of the semiconductor laser having the conventional structure.
１ 量子井戸層 ２ 障壁層 ３ 光閉じ込め層 ４ ｎ型の半導体により構成された光閉じ込め層 ５ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１μ
ｍ、層厚０．０５μｍ、ｎ型不純物濃度１×１０18ｃｍ
-3）により構成された光閉じ込め層 ６ 不純物を添加していないＩｎＧａＡｓＰ（バンドギ
ャップ波長１．１μｍ、層厚０．０１μｍ）により構成
された光閉じ込め層 ７ ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（バンドギャップ波長
１．４３μｍ、層厚６ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層
（バンドギャップ波長１．１μｍ、層厚１０ｎｍ）とを
４周期積層することにより構成した多重量子井戸層 ８ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１μ
ｍ、層厚０．０５μｍ、ｎ型不純物濃度２×１０18ｃｍ
-3）により構成された光閉じ込め層 ９ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１μ
ｍ、層厚０．０１μｍ、ｎ型不純物濃度１×１０18ｃｍ
-3）により構成された光閉じ込め層 １０ ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（バンドギャップ波長
１．４３μｍ、層厚６ｎｍ）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層
（バンドギャップ波長１．１μｍ、層厚１０ｎｍ、ｎ型
不純物濃度１×１０18ｃｍ-3）とを４周期積層すること
により構成した多重量子井戸層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quantum well layer 2 Barrier layer 3 Optical confinement layer 4 Optical confinement layer comprised of n-type semiconductor 5 n-InGaAsP (band gap wavelength 1.1 μm)
m, layer thickness 0.05 μm, n-type impurity concentration 1 × 10 18 cm
InGaAsP without added constructed optical confinement layer 6 impurities -3) (band gap wavelength 1.1 .mu.m, the light confinement layer 7 InGaAsP quantum well layer made of a layer thickness 0.01 [mu] m) (band gap wavelength 1. A multiple quantum well layer 8 n-InGaAsP (bandgap wavelength 1.1 μm) constituted by laminating four periods of 43 μm, layer thickness 6 nm) and InGaAsP barrier layer (bandgap wavelength 1.1 μm, layer thickness 10 nm).
m, layer thickness 0.05 μm, n-type impurity concentration 2 × 10 18 cm
-3 ) Optical confinement layer 9 n-InGaAsP (band gap wavelength 1.1 μm)
m, layer thickness 0.01 μm, n-type impurity concentration 1 × 10 18 cm
-3 ) Optical confinement layer 10 InGaAsP quantum well layer (bandgap wavelength 1.43 μm, layer thickness 6 nm) and InGaAsP barrier layer (bandgap wavelength 1.1 μm, layer thickness 10 nm, n-type impurity concentration 1 × 10 18 cm -3 ) for 4 cycles
Claims (2)
子井戸活性層と、該活性層の上側および下側にそれぞれ
配設された第１および第２の光閉じ込め層とから成る半
導体レーザにおいて、前記第１および第２の光閉じ込め
層の少なくとも一部が、ｎ型の半導体層より構成されて
いることを特徴とする半導体レーザ。1. A semiconductor laser comprising: a quantum well active layer composed of a quantum well layer and a barrier layer; and first and second optical confinement layers disposed above and below the active layer, respectively. 2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein at least a part of the first and second optical confinement layers is formed of an n-type semiconductor layer.
なくとも一方が２層からなり、該２層のうち前記量子井
戸活性層から遠い層のｎ型不純物濃度が前記量子井戸活
性層側の層のｎ型不純物濃度より高いことを特徴とする
請求項１に記載の半導体レーザ。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of said first and second optical confinement layers comprises two layers, and the n-type impurity concentration of a layer farther from said quantum well active layer out of said two layers is closer to said quantum well active layer side. 2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the concentration is higher than the n-type impurity concentration of the layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22475597A JPH1168228A (en) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22475597A JPH1168228A (en) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168228A true JPH1168228A (en) | 1999-03-09 |
Family
ID=16818737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22475597A Pending JPH1168228A (en) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1168228A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100755621B1 (en) | 2002-10-17 | 2007-09-06 | 삼성전기주식회사 | Semiconductor opto-electronic device |
| JP2012504199A (en) * | 2008-09-29 | 2012-02-16 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | High temperature downhole equipment |
-
1997
- 1997-08-21 JP JP22475597A patent/JPH1168228A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100755621B1 (en) | 2002-10-17 | 2007-09-06 | 삼성전기주식회사 | Semiconductor opto-electronic device |
| JP2012504199A (en) * | 2008-09-29 | 2012-02-16 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | High temperature downhole equipment |
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