JPH01205586A - 量子井戸構造を有する半導体レーザ - Google Patents
量子井戸構造を有する半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH01205586A JPH01205586A JP3017188A JP3017188A JPH01205586A JP H01205586 A JPH01205586 A JP H01205586A JP 3017188 A JP3017188 A JP 3017188A JP 3017188 A JP3017188 A JP 3017188A JP H01205586 A JPH01205586 A JP H01205586A
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- Japan
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- quantum well
- type
- light emitting
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- Pending
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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
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は、量子井戸層と障壁層とにより形成された量子
井戸構造を発光領域とする半導体レーザに関するもので
ある。
井戸構造を発光領域とする半導体レーザに関するもので
ある。
（従来技術とその問題点）
シリカ系光ファイバの伝送損失は波長１．５５μｍ帯で
最小となるため、長距離・大容量光通信方式ではこの１
．５５μｍ帯の利用が経済性・信頼性の点で極めて有利
である。この観点から、発光源となる１、５５μｍ帯の
半導体レーザの開発か進展をみせている。これらの半導
体レーザの代表例としては、ＩｎＰ基板上に形成された
発光波長（λｇＮ。５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ層を発光
領域とした二重へテロ構造（ＤＨ）レーザである。この
ＩｎＧａＡｓＰ−Ｄｌｌレーザは従来の１、．３ μｍ
’４ｆ’ＴｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰレーザと同様な材料
系により構成されており、軸モード制御を行・うため叶
Ｂ。
最小となるため、長距離・大容量光通信方式ではこの１
．５５μｍ帯の利用が経済性・信頼性の点で極めて有利
である。この観点から、発光源となる１、５５μｍ帯の
半導体レーザの開発か進展をみせている。これらの半導
体レーザの代表例としては、ＩｎＰ基板上に形成された
発光波長（λｇＮ。５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ層を発光
領域とした二重へテロ構造（ＤＨ）レーザである。この
ＩｎＧａＡｓＰ−Ｄｌｌレーザは従来の１、．３ μｍ
’４ｆ’ＴｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰレーザと同様な材料
系により構成されており、軸モード制御を行・うため叶
Ｂ。
Ｄ Ｂ Ｒ構造のレーザも開発されてきている。
一方、約１００人程度以下の極めて薄い２種類の半導体
層を交互に複数層積層した構造は一般に多重量子井戸（
以下、「旧凶」と称す）構造と呼ばれているが、ごのＭ
ＱＷをレーザの発光領域とすることにより、いわゆるバ
ルクを発光領域とするＤＨレーザと比較して特性改善が
図られることが知られている。具体的には闇値電流の低
減化、狭スペクトル化、高出力化、広帯域化などにＭＱ
Ｗの導入は有効であり、既に、ハ、ｉ２ ＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系の０．６〜０．８μｍ帯半導体レーザでは、Ｍ
（ＩＷを利用することによる有為性が確認されている。
層を交互に複数層積層した構造は一般に多重量子井戸（
以下、「旧凶」と称す）構造と呼ばれているが、ごのＭ
ＱＷをレーザの発光領域とすることにより、いわゆるバ
ルクを発光領域とするＤＨレーザと比較して特性改善が
図られることが知られている。具体的には闇値電流の低
減化、狭スペクトル化、高出力化、広帯域化などにＭＱ
Ｗの導入は有効であり、既に、ハ、ｉ２ ＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系の０．６〜０．８μｍ帯半導体レーザでは、Ｍ
（ＩＷを利用することによる有為性が確認されている。
また、近年になって、１．５５μｍ帯におけるＭＱＷレ
ーザの研究開発が積極的に行われるようになった。１．
５５μｍ帯のひとつの候補としてＧａ１ｎＡｓ／八ｅ
ＩｎＡｓ系のＭＱＷ レーザが挙げられるが、現在のと
ころ室温で良好な連続発振すら満足に得られておらず、
）ｉＱＷの有為性を実現するまでには至っていない。
ーザの研究開発が積極的に行われるようになった。１．
５５μｍ帯のひとつの候補としてＧａ１ｎＡｓ／八ｅ
ＩｎＡｓ系のＭＱＷ レーザが挙げられるが、現在のと
ころ室温で良好な連続発振すら満足に得られておらず、
）ｉＱＷの有為性を実現するまでには至っていない。
従って、量子井戸構造の特質を生かした低閾値電流でか
つ高出力の量子井戸レーザが強く望まれていたか、今ま
で何ら開示されていなかった。
つ高出力の量子井戸レーザが強く望まれていたか、今ま
で何ら開示されていなかった。
（発明の目的及び特徴）
本発明は、−に述した従来技術の問題点を鑑みなされた
もので、低閾値電流で動作し、かつ高出力の量子井戸構
造を有する半導体レーザを提供することを目ｎ勺とする
。
もので、低閾値電流で動作し、かつ高出力の量子井戸構
造を有する半導体レーザを提供することを目ｎ勺とする
。
本発明の特徴は、ＩｎＰ基板上に製作されたＧａ１ｎＡ
ｓ／Ａ Ｉ ＩｎＡｓ量子井戸構造を発光領域とする量
子井戸構造を有する半導体レーザにおいて、発光領域の
少なくとも井戸層ＧａＩｎＡｓにｎ型ないしｐ型の不純
物を予め定められた範囲内で添加することにより、発光
効率を高めたことにある。
ｓ／Ａ Ｉ ＩｎＡｓ量子井戸構造を発光領域とする量
子井戸構造を有する半導体レーザにおいて、発光領域の
少なくとも井戸層ＧａＩｎＡｓにｎ型ないしｐ型の不純
物を予め定められた範囲内で添加することにより、発光
効率を高めたことにある。
（発明の構成及び作用）
以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。
（実施例）
第１図は、本発明によるＭＱＷレーザの層構造を示した
断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は発光領域とな
るＭ［ＩＷ層の拡大図である。ｎ型１ｎＰ基板１の上に
例えばＭｌ（ＩＥ法やＭＯＣＶＤ法など制御性の高い結
晶成長技術により、第１のクラッド層となるｎ型ＡｒＩ
ｎＡｓ層２を約１μｍ成長する。その後、量子井戸層と
なるＧａ１ｎＡｓ ６ （以下、単に「井戸層６」と
称す）（厚さＬＺ ＝８０人）と障壁層となるへ尼１ｎ
Ａｓ ７（厚さＬＢ＝２０〜３０人）を１〜１０周期に
わたり形成しＭＱＷ発光層３を形成する。本発明ではこ
のＭＯ凶全発光層３製作するとき、少なくとも井戸層６
にｎ型ないしｐ型の不純物を添加する。ｎ型不純物の代
表例としてはケイ素（Ｓｉ）やセレン（Ｓｅ）などがあ
り、ｐ型不純物の代表例としてはへリリウム（Ｂｅ）や
亜鉛（Ｚｎ）などがある。ＭＱＷ発光層３に引き続き第
２のクラッド層となるｐ型Ａ １１ｎＡｓ層４を２〜３
μｍ成長した後、電極用のコンタク１−層であるｐ“Ｇ
ａＩｎＡｓ層５を成長して結晶成長を完了する。
断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は発光領域とな
るＭ［ＩＷ層の拡大図である。ｎ型１ｎＰ基板１の上に
例えばＭｌ（ＩＥ法やＭＯＣＶＤ法など制御性の高い結
晶成長技術により、第１のクラッド層となるｎ型ＡｒＩ
ｎＡｓ層２を約１μｍ成長する。その後、量子井戸層と
なるＧａ１ｎＡｓ ６ （以下、単に「井戸層６」と
称す）（厚さＬＺ ＝８０人）と障壁層となるへ尼１ｎ
Ａｓ ７（厚さＬＢ＝２０〜３０人）を１〜１０周期に
わたり形成しＭＱＷ発光層３を形成する。本発明ではこ
のＭＯ凶全発光層３製作するとき、少なくとも井戸層６
にｎ型ないしｐ型の不純物を添加する。ｎ型不純物の代
表例としてはケイ素（Ｓｉ）やセレン（Ｓｅ）などがあ
り、ｐ型不純物の代表例としてはへリリウム（Ｂｅ）や
亜鉛（Ｚｎ）などがある。ＭＱＷ発光層３に引き続き第
２のクラッド層となるｐ型Ａ １１ｎＡｓ層４を２〜３
μｍ成長した後、電極用のコンタク１−層であるｐ“Ｇ
ａＩｎＡｓ層５を成長して結晶成長を完了する。
ここで、本願発明者らはＭＱＷレーザの閾値電流の低減
化及び高出力化を実現するための方法として、注入され
たキャリアが光となって出力される割合である発光効率
に着目した。すなわち、発光効率が良くなれば出力光の
レベルを一定とした場合に注入する電流が僅かですむこ
とになり、闇値電流の低減化となる。一方注入電流を一
定とした場合には、発光効率が良くなれば出力光のレベ
ルも高くなり、高出力化とすることができる。
化及び高出力化を実現するための方法として、注入され
たキャリアが光となって出力される割合である発光効率
に着目した。すなわち、発光効率が良くなれば出力光の
レベルを一定とした場合に注入する電流が僅かですむこ
とになり、闇値電流の低減化となる。一方注入電流を一
定とした場合には、発光効率が良くなれば出力光のレベ
ルも高くなり、高出力化とすることができる。
そこで、本発明の特徴であるＭＱＷ発光層３にｎ型もし
くはｐ型不純物を添加した場合に、発光効率が如何に改
善されるかを実験結果に基づいて説明する。
くはｐ型不純物を添加した場合に、発光効率が如何に改
善されるかを実験結果に基づいて説明する。
まず、ＭＱＷ発光層３の不純物濃度と発光効率との関係
を明らかにするために、ホトルミネッセンス測定を実施
したところ、次の点が判明した。
を明らかにするために、ホトルミネッセンス測定を実施
したところ、次の点が判明した。
■ 井戸層６及び障壁層７のいずれにも不純物を添加し
ない発光層３の発光効率は低い。
ない発光層３の発光効率は低い。
■ 井戸層６及び障壁層７の両方に不純物を添加してい
くと、第２図に示すように不純物濃度が約２×１０１８
ｃｍ−３まで発光効率は上昇し、その時のホトルミネッ
センス強度は不純物を添加しない場合の〜５０倍である
。
くと、第２図に示すように不純物濃度が約２×１０１８
ｃｍ−３まで発光効率は上昇し、その時のホトルミネッ
センス強度は不純物を添加しない場合の〜５０倍である
。
■ ■の場合において不純物としてはｎ型、Ｐ型とも同
様な傾向を示す。
様な傾向を示す。
■ ポＩ・ルミネッセンス強度の改善は、井戸層６にの
み不純物を添加した場合においても■と同様な結果とな
る。
み不純物を添加した場合においても■と同様な結果とな
る。
■ どのような不純物添加の仕方によらず、不純物濃度
が約１０１９ＣＩＩｌ−３以−トこなると発光効率は再
び低くなる。
が約１０１９ＣＩＩｌ−３以−トこなると発光効率は再
び低くなる。
■ 障壁層７にのみ不純物を添加した場合は井戸層６及
び障壁層７にいずれにも不純物を添加しない場合と比べ
発光効率が同程度であった。
び障壁層７にいずれにも不純物を添加しない場合と比べ
発光効率が同程度であった。
上述した６項目については、それぞれのウェハーから製
作したＭＱＷレーザの発振閾電流密度Ｊ１．ｈを比較す
ることがらも検証することができた。ＭＱＷ発光層３に
不純物を添加しない場合と比べて、Ｍ吐発光層３の少な
くとも井戸層６に不純物を添加したウェハーから得られ
たＭＱＷレーザの発振閾値電流密度Ｊいば］／１０以下
と低減した。この様子を示したのが第３図である。さら
に、このＭＱＷ発光層３に不純物を添加したＭＯＷレー
ザにおいて、この材料系では初めて良好な室温連続発振
を確認すると同時に、はぼ１００χに近い内部量子効率
が達成されていることがわかった。
作したＭＱＷレーザの発振閾電流密度Ｊ１．ｈを比較す
ることがらも検証することができた。ＭＱＷ発光層３に
不純物を添加しない場合と比べて、Ｍ吐発光層３の少な
くとも井戸層６に不純物を添加したウェハーから得られ
たＭＱＷレーザの発振閾値電流密度Ｊいば］／１０以下
と低減した。この様子を示したのが第３図である。さら
に、このＭＱＷ発光層３に不純物を添加したＭＯＷレー
ザにおいて、この材料系では初めて良好な室温連続発振
を確認すると同時に、はぼ１００χに近い内部量子効率
が達成されていることがわかった。
以上述べてきたように、本発明の特徴である量子井戸構
造を有する発光層３の少なくとも井戸層６に不純物を添
加することにより、１．５５μｍ帯のＧａ１ｎＡｓ／八
ｌ ＩｎＡｓ ＭＱＷレーザの発光効率を大幅に改善す
ることができる。
造を有する発光層３の少なくとも井戸層６に不純物を添
加することにより、１．５５μｍ帯のＧａ１ｎＡｓ／八
ｌ ＩｎＡｓ ＭＱＷレーザの発光効率を大幅に改善す
ることができる。
なお、−に述の説明では井戸層６と障壁層７とが交互に
複数層積層されたＭＱＷ （多重量子井戸）構造を例に
とり説明したが、井戸層６と障壁層７とが交互に１層ず
つ積層した量子井戸構造でもよい。
複数層積層されたＭＱＷ （多重量子井戸）構造を例に
とり説明したが、井戸層６と障壁層７とが交互に１層ず
つ積層した量子井戸構造でもよい。
また、横モード安定化及び縦モード安定化のためのレー
ザ素子構造については特に言及しなかったが、埋込み構
造や叶Ｂ構造等従来の技術が適用可能である。さらに、
ｎ型ＩｎＰ基板を用いても本発明の有為性は全く損なわ
れることがない。
ザ素子構造については特に言及しなかったが、埋込み構
造や叶Ｂ構造等従来の技術が適用可能である。さらに、
ｎ型ＩｎＰ基板を用いても本発明の有為性は全く損なわ
れることがない。
（発明の効果）
以上のように、本発明は発光層３のうち少なくとも井戸
層６に予め定められた範囲のｎ型またはｐ型不純物を添
加することに闇値電流の低減化及び高出力化が可能とな
る。
層６に予め定められた範囲のｎ型またはｐ型不純物を添
加することに闇値電流の低減化及び高出力化が可能とな
る。
また、ｎ型またはｐ型不純物の添加量としては１０１６
〜１０Ｉ９１０ｌ９が闇値電流の低減化及び高出力化に
適している。さらに、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）
、 ｐ型不純物としてヘリリウム（Ｂｅ）が添加する
不純物として適している。量子井戸構造は量子井戸層６
と障壁層７とが交互に少なくとも１目積層されていれば
よいが、交互に複数回積層すれば量子井戸構造を有する
半導体レーザの設計の自由度を増やすことができる。
〜１０Ｉ９１０ｌ９が闇値電流の低減化及び高出力化に
適している。さらに、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）
、 ｐ型不純物としてヘリリウム（Ｂｅ）が添加する
不純物として適している。量子井戸構造は量子井戸層６
と障壁層７とが交互に少なくとも１目積層されていれば
よいが、交互に複数回積層すれば量子井戸構造を有する
半導体レーザの設計の自由度を増やすことができる。
従って、本発明は１．５５μｍ帯における強度変調光通
信方式のみならず、量子井戸レーザの特徴である狭スペ
クトル化及び広帯域化を生かしたコし−レンＩ−光通信
方式においても極めて有用であり、かつ光計測あるいは
光電子集積回路への適用も可能であり、その効果は極め
て大である。
信方式のみならず、量子井戸レーザの特徴である狭スペ
クトル化及び広帯域化を生かしたコし−レンＩ−光通信
方式においても極めて有用であり、かつ光計測あるいは
光電子集積回路への適用も可能であり、その効果は極め
て大である。
第１図は本発明に用いるＭＱＷレーザの構造図、第２図
は本発明によるボトルミネ・ノセンス強度のＭＱＷ層へ
添加された不純物量に対する依存性を示した特性図、第
３図は本発明によるレーザの閾電流密度Ｊｔｈの不純物
量依存性を示す特性図である。 １・・・ｎ型ＩｎＰ基板、２・・・ｎ型へβＩｎＡｓ層
、３・・・ＭＱＷ発光層、４・・・ｐ型Ａ Ｅ ＩｎＡ
ｓ層、訃” ｐ ”型Ｇａ１ｎＡｓ層、６ ＝−ＧａＩ
ｎＡｓｉ子井戸層、７・・・八Ｅ ＩｎＡｓ障壁層。 特許出願人 国際電信電話株式会社
は本発明によるボトルミネ・ノセンス強度のＭＱＷ層へ
添加された不純物量に対する依存性を示した特性図、第
３図は本発明によるレーザの閾電流密度Ｊｔｈの不純物
量依存性を示す特性図である。 １・・・ｎ型ＩｎＰ基板、２・・・ｎ型へβＩｎＡｓ層
、３・・・ＭＱＷ発光層、４・・・ｐ型Ａ Ｅ ＩｎＡ
ｓ層、訃” ｐ ”型Ｇａ１ｎＡｓ層、６ ＝−ＧａＩ
ｎＡｓｉ子井戸層、７・・・八Ｅ ＩｎＡｓ障壁層。 特許出願人 国際電信電話株式会社
Claims (5)
- （１）ＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓを量子井戸層としＡ
ｌＩｎＡｓを障壁層とする量子井戸構造を発光領域とす
る量子井戸構造を有する半導体レーザにおいて、該発光
領域のうち少なくとも該量子井戸層はｎ型不純物または
ｐ型不純物が予め定められた範囲内で添加されて形成さ
れていることを特徴とする量子井戸構造を有する半導体
レーザ。 - （２）前記不純物の予め定められた範囲が１０＾１＾６
ｃｍ＾−＾３〜１０＾１＾９ｃｍ＾−＾３であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の量子井戸レーザ
。 - （３）前記ｎ型不純物ケイ素（Ｓｉ）であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の量子井戸構造を有す
る半導体レーザ。 - （４）前記ｐ型不純物がベリリウム（Ｂｅ）であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の量子井戸構造
を有する半導体レーザ。 - （５）前記量子井戸層と前記障壁層とが交互に複数積層
されて多重量子井戸構造が形成されたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の量子井戸構造を有する半導
体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017188A JPH01205586A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 量子井戸構造を有する半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017188A JPH01205586A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 量子井戸構造を有する半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01205586A true JPH01205586A (ja) | 1989-08-17 |
Family
ID=12296305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3017188A Pending JPH01205586A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 量子井戸構造を有する半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01205586A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01292874A (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP3017188A patent/JPH01205586A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01292874A (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
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