JPH01292874A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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JPH01292874A
JPH01292874A JP12171388A JP12171388A JPH01292874A JP H01292874 A JPH01292874 A JP H01292874A JP 12171388 A JP12171388 A JP 12171388A JP 12171388 A JP12171388 A JP 12171388A JP H01292874 A JPH01292874 A JP H01292874A
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茅根 直樹
Kazuhisa Uomi
魚見 和久
Tomoyoshi Mishima
友義 三島
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、1.2〜1.6μm帯、あるいは0.6〜0
.7 μm帯で発振する量子井戸型の半導体レーザ素子
に係り、特に変調帯域が広く、又はしきい値の低い半導
体レーザ素子に関する。
〔従来の技術〕
従来、特開昭62−025484号公報に記載の如く。
GaA Q As/ GaAs系の量子井戸型半導体レ
ーザにおいて、活性層あるいは活性層の両側のバリア層
、あるいはその双方に不純物をドープすると、変調帯域
が大幅に向上し、またはしきい電流値が低減することが
知られていた。ところが、この材料系では石英系ファイ
バの損失が小さい波長域の1.2〜1.6μm帯や可視
領域である0、6〜0.7μm帯における安定なレーザ
発振は難かしい。
一方1.2〜1.6μm帯における量子井戸型半導体レ
ーザは、InGaAs/InP系などにより、実現され
ており、例えば第10回半導体レーザ国際会議予稿集(
1986年10月)の44頁から45頁(10th、I
nternational Sem1conducto
r La5erConference)などにより論じ
られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記従来技術は、光通信に最適な1.2〜1.
6μm帯の発振波長や可視光である0、6〜0.7μm
帯の発振波長を保つ量子井戸型半導体レーザにおいて変
調帯域の向上や、しきい電流値の低減がなされていなか
った。
本発明の目的は、光通信用あるいは可視光用に変調帯域
の広い、あるいはしきい電流値の低い量子井戸型半導体
レーザを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、1 、2〜1 、6 p m帯や0.6〜
0.7μm帯でレーザ発振を生ずる材料により。
量子井戸構造を形成し、この活性層、あるいはその両側
のバリア層、あるいはその双方に不純物をドープするこ
とにより達成される。材料としては、1.2〜1.6μ
m帯については活性層およびバリア層に各々InGaA
s 、 InA Q As 、あるいは、各々InGa
As、 InGaA Q As、あるいは各々InGa
A Q As 。
InA Q Asが適している。または、活性層および
バリア層が双方共InGaAsPでも良い、一方0.6
〜0.7 μm帯については、活性層およびバリア層に
各々InGaP、InAlP、あるいは、各々InGa
AlP、I nAlP、あるいは各々InGaP。
InGaA Q Pが適している。各々の層の組成は、
望ましい発振波長について、各層の厚みを考慮して決定
される。
〔作用〕
以上の材料により形成した量子井戸構造に対して、p型
の不純物を注入されるキャリア密度以上の密度でドープ
すると、過剰の正孔が活性層内に生じ、微分利得が向上
し、変調帯域が拡大される。
このため、半導体レーザの高速変調が可能となる。
一方n型の不純物を注入されるキャリア密度以上の密度
でドープすると、過剰の電子が活性層内に生じ、誘導吸
収が低減されるので、しきい電流値が低減される。この
ため低電流動作が可能となる。
以上のように、本発明によれば5発振波長1.2〜1.
6 および0.6〜0.7μmにおいて、半導体レーザ
の大幅な性能向上が達成される0通常レーザ発振に必要
な注入キャリア密度は5X1017■−8〜2 X 1
01♂■−3なので、ドープする不純物の密度はI X
 10 L8tx−”以上が良く、望ましくは4 X 
10 ”cs−”以上が良い。
また、1.2〜1.6μmの長波長帯では、オージェ効
果や5価電子帯間吸収により、キャビティ内に多数のキ
ャリアを注入しないと発振しない。
このため注入された電子がエネルギ的に拡がって、微分
利得が低下し易い、しかし、本発明の構成により、井戸
層内に多数の正孔が存在すると、わずかの電子によって
発振するで、井戸層内の電子のエネルギの拡がりを小さ
くすることができ、微分利得が大幅に向上する。この効
果は、0.8μm帯のGaA Q As系より大きい、
そして、微分利得が大きくなると、緩和振動周波数が大
きくなり高速化がはかれる。
また長波長帯では、端面破壊の光出力レベルがGaA 
Q As系に比べ1桁以上大きい、光出力が大きいと緩
和振動周波数が大きくなるので非常に高い緩和振動周波
数が得られる。
〔実施例〕 以下、本発明の実施例を第1図により説明する。
n型InP基板1(厚み100μm)の上に分子線成長
法により、n型InA Q Asクラッド層2(厚み3
μm、Al組成0.45)を成長した後、アンドープI
nGaAs活性層3(厚み100人、Ga組成0.45
)、p型InGaA Q Asバリア層4(厚み100
人、Ga組成0.20.Al組成0.25゜Beドープ
)を交互に成長する。この後p型InA Q Asクラ
ッド層5(厚み2μm、Al組成0.45)、P型In
GaAsキャップ層6(厚み0.5μm、Ga組成0.
45)を成長する。次にp側電極7.n側電極8を蒸着
により形成し、素子に切り離す。この素子において、バ
リア層4にドープした不純物密度を2X10”°1−8
にしたところ、高速の変調限界を決めている緩和振動周
波数が、30GH2C以上に達し、従来の不純物をドー
プしない量子井戸型レーザに比べ2倍以上の値が得られ
た。
レーザ発振波長は1.55μmであった。
本発明の第2の実施例を第1図により説明するn型In
P基板1(厚み100μm)に上に有機金属気相成長法
により、n型InPクラッド層2(厚み3μm)を成長
した後、アンドープInGaAsP活性層3(厚み10
0人、Ga組成0.35.As組成0.79) 、P型
InGaAsPバリア層4(厚み100人、Ga組成0
.24.As組成0.55Mgドープ)を交互に成長す
る。この後p型InPクラッド層5(厚み2μm)、p
型InGaAsキャップ層6(厚み0.5μm、Ga組
成0.45)を成長する。この後、p側電極7.n側電
極8を蒸着により形成し、素子に切り離す。この素子に
おいて、バリア層4にドープした不純物密度を2×10
”ca″″δにしたところ、第1の実施例と同様30G
H2以上の緩和振動周波数が得られた。この素子のレー
ザ発振波長は、1.35 μmであった。
本発明の第3の実施例を第2図を用いて説明する。第1
の実施例と同様な多層成長を行なった後。
素子中央部分をメサ状に残し、化学食刻によって。
領域9を除去する。この後領域9を半絶縁性InP、あ
るいはポリイミド、あるいはプロトン、ボロンなどのイ
オン打込みにより絶縁化したInPにより埋込む、この
後、絶縁膜10を被着し、p側電極7.n([II電極
8を蒸着し素子に切り離す、この素子では、領域9によ
り、メサ部分に光分布が閉込められ、しかも領域9の容
量が小さいので、高速変調の周波数限界が向上する。変
調強度が3dB低下するまでの周波数帯域として35G
Hz以上の値が得られた。
以上、p型不純物をバリア層にドープした場合について
述べたが、活性層にドープしても、またはバリア層の一
部にドープしても同様の結果が得られた。また、以上の
説明ではドープする不純物をp型にして、高速変調限界
を調べたが、逆にドープする不純物をTe、S’s、S
iなどのn型にして、しきい電流密度を調べたところ、
1/2以下の低減がはかれた。
本発明の第4の実施例を第1図を用いて説明する。n型
G a A s基板1(厚み100μm)上に有機金属
気相成長法によりn型I n A Q Pクラッド層2
(厚み3μm、Al組成0.51)を成長し、次にアン
ドープInGaP (厚み50人、Ga組成0.51)
活性層3、p型InGaA Q P(厚み50人。
Ga組成0.20.Al組成Q、31.Seドープ)バ
リア層4を交互に成長する0次に、p型InA CLP
クラッド層5(厚み1μm、Al組成0.51)、p型
G a A sキャップWI(厚み2μm)を成長する
。この後、p側電極7.n@電極8を蒸着し。
素子に切離す。この素子の発振波長は0.65μmであ
った。バリア層シ9ドープしたSeの密度を4 X 1
0 ”an−8にしたところ、しきい電流密度が20 
OA/cdとなり、ドープしない場合に比べ。
1/2に低減した。さらに両側の反射面に反射率95%
の高反射膜コートをしたところ、しきい電流密度はさら
に低減し90A/cdとなった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、量子井戸型レーザにおいて、レーザ発
振波長が1.2〜1.6μm帯、あるいは0.6〜0.
7μm帯で発振し、高速変調限界を高く、あるいはしき
い電流値を低くできる。高速変調限界については、従来
の量子井戸型レーザに比べ2倍以上、しきい電流値につ
いては1/2以下の値が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の量子井戸型半導体レーザの
横断面図、第2図は本発明の第2実施例の埋込型半導体
レーザの横断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、活性層の厚さが結晶内自由電子の波束より小さく、
    活性層または活性層の両側の半導体層あるいはそれらの
    層の一部分、あるいはそれらの全ての層に活性層に注入
    するキャリア密度より大きな密度の不純物をドープした
    半導体レーザ素子において、活性層および活性層の両側
    の半導体層が、InとAsを含み、Ga、Alのいずれ
    かあるいは双方を含むことを特徴とする半導体レーザ素
    子。 2、特許請求範囲第1項に記載の半導体レーザ素子にお
    いて、活性層または活性層の両側の半導体層がIn、G
    a、As、Pの4元系よりなることを特徴とする半導体
    レーザ素子。 3、特許請求範囲第1項に記載の半導体レーザ素子にお
    いて、活性層または活性層の両側の半導体層がInとP
    を含み、Ga、Alのいずれかあるいは双方を含むこと
    を特徴とする半導体レーザ素子。
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