JPH0422185A - 半導体光素子 - Google Patents

半導体光素子

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JPH0422185A
JPH0422185A JP2130018A JP13001890A JPH0422185A JP H0422185 A JPH0422185 A JP H0422185A JP 2130018 A JP2130018 A JP 2130018A JP 13001890 A JP13001890 A JP 13001890A JP H0422185 A JPH0422185 A JP H0422185A
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lattice constant
well
cladding layer
cladding
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Naoto Yoshida
直人 吉田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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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〕 この発明は、半導体光素子に関し、特に活性層に歪み入
り量子井戸構造を用いた半導体光素子に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
第３図は例えばエレクトロニクスレターズ、２５゜（１
９８９年）　、　１２２６頁（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒｓ、２５（１９８９）　、　ｐ１２２６
）に示された、歪み入り量子井戸構造を用いた従来の半
導体レーザ装置の活性層近傍のエネルギーバンド構造を
示す図であり、図において、１２．１６はクラッド層で
あるＡｌｏ、ｚＣｙａ６、ＢＡｓ層、１３はバリア層で
あるＧａＡｓ層、１４は井戸層であるＧ　ａ　ｏ、ｓ　
　Ｉ　ｎｏ、ｚ　Ａ　Ｓ層、１５はバリア１１１３と井
戸Ｊｉ１４を交互に積層した量子井戸構造、１７はＧａ
Ａｓからなる光ガイド層である。
次に動作について説明する。
第３図に示すバンド構造を有するダブルヘテロ構造の素
子に電流を流して、量子井戸構造１５に電子と正孔を注
入してやると、井戸層１４内で電子と正孔が再結合し、
レーザ発振を起こす。
この従来例レーザ装置においては、井戸層１４にＧａ６
．ｓ　　Ｉ　ｎｏ、ｚ　Ａｓを用いているため、井戸層
４のみ他の層より格子定数が大きく、井戸層１４に大き
な歪みが加えられている。このように量子井戸構造の井
戸層に歪を入れることにより、量子井戸構造による特性
改善に加えて、しきい値電流及び動作電流の更なる低減
等、レーザの特性を大きく改善できることはすでに知ら
れていることであり、最近この種の歪み入り量子井戸型
レーザの研究開発がさかんに行われている。
ところで、この種のレーザでは、井戸層１４の格子定数
が他の層の格子定数と異なるため、井戸層１４の膜厚と
井戸数の積、つまり井戸層１４の全膜厚がある臨界値以
上になると、多数の転移が発生し、レーザの特性を劣化
させる。ここで、この臨界膜厚は、井戸層１４の歪み量
、すなわち、他の層との格子定数の差で決まる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の歪み入り量子井戸構造を用いた半導体レーザ装置
は以上のように構成されているので、レーザの特性の劣
化を防止するために構造の設計上大きな制約を受け、井
戸層１４の歪み量や膜厚井戸数を任意に設定できないと
いう問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、井戸層の歪み量や膜厚、井戸数を任意に設定
して高性能を実現できる歪み入り量子井戸型の半導体光
素子を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る半導体光素子は、活性層である量子井戸
構造の井戸層に歪みを導入するために井戸層の格子定数
をクラッド層の格子定数より０．５％以上大きくし、か
つバリア層の格子定数をクラッド層の格子定数より井戸
層とクラッド層の格子定数の差と同程度だけ小さ（した
もの、あるいはその逆に井戸層の゛格子定数をクラッド
層の格子定数より０．５％以上小さくし、かつバリア層
の格子定数をクラッド層の格子定数より井戸層とクラッ
ド層の格子定数の差と同程度だけ大きくしたものである
。
Ｃ作用〕 この発明においては、量子井戸構造の活性層をクラッド
層に対して格子定数の大きい層と小さい層の積層構造に
より構成したから、量子井戸構造を１つの層と考えた場
合の等価的な格子定数はクラッド層とほぼ同一にできる
ため、上記臨界膜厚を大幅に厚くすることができ、′歪
み入り量子井戸構造の設計の自由度が増し、高性能の半
導体光素子が得られる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は、この発明の一実施例による半導体レーザ装置
の構造を示す断面図であり、図において、１は半導体基
板、２．６はクラッド層、３はバリア層、４は井戸層、
５はバリア層３と井戸層４を交互に積層することにより
構成された量子井戸構造である。
以下、その製造過程を述べることにより構造を説明する
。例えば半導体基板１にｎ　−１，ｎ　Ｐ基板を用い、
その上にＭ　ＯＣＶ　Ｄ法によりｎ−１ｎＰからなる第
１クラッド層２を成長後、Ｉｎｏ、３ｓＧａ　ｏ、　ｂ
ｓ’Ａ　Ｓからなるバリア層３を厚み１００人で１１層
、Ｉ　ｎ＋１．７Ｃａｏ、、、Ａｓからなる井戸層４を
厚み１００人で１０層、交互に成長して多重量子井戸構
造の活性層５を形成する。さらに活性層５上にＰ　−１
ｎＰからなる第２クラッド層６を成長し、第１図に示す
レーザ構造を形成する。実際の半導体レーザ装置として
は、基板１の裏面にｎ側電極が、クラッド層６上にコン
タクト層等を介してｎ側電極が設けられる。
第２図（ａ）は上述のようにして形成されたレーザ構造
の量子井戸構造の活性層５近傍のエネルギーバンド構造
を示す図である。また第２図（ｂ）は第２図（ａ）のバ
ンド図に対応して描かれた、量子井戸構造内の各層のク
ラッド層に対する格子不整合度（Δａ　／　ａ　）を示
す図である。ここでａはクラッド層の格子定数、Δａは
各層とクラッド層との格子定数の差を示す。
本実施例ではＩ　ｎｏ、７Ｇａ０．、、Ａｓからなる井
戸層４は第１クラッド層２及び第２クラッド層６より約
１％格子定数が大きく、逆にＩｎｏ、：＋ｓＧａ。、６
５ＡＳからなるバリア層３は第１クラッド層２及び第２
クラッド層６より約１％格子定数が小さい。このように
上下クラッド層に対して格子定数が大きい層と小さい層
の薄膜結晶を交互に成長することにより、転移の発生の
ない歪み入り量子井戸型半導体レーザ構造が作製できた
。
比較のために、バリア層３にＩｎＰを用い、第１図と同
様のレーザ構造を作製した場合、つまり井戸層４のみ１
％格子定数の大きいものを用いた構造においては、いわ
ゆるクロスハツチパターンの表面モフォロジーとなり明
らかに多くの転移が導入されていることがわかった。
なお上記実施例では、バリア層及び井戸層の格子定数が
クラッド層の格子定数と約１％異なる材料を用いた場合
についてのべたが、歪み入り量子井戸としては格子定数
の差が０．５％以上あれば、その歪みによる効果を得る
ことができるものである。
また上記実施例では、ｎ−１ｎＰを基板として用いた半
導体レーザについて述べたが、これは半絶縁性ＩｎＰ基
板あるいはＰ−ＩｎＰ基板を用いてもよい。その他、Ｇ
ａＡｓ基板や他の半導体基板を用いたものにも本発明を
適用できることは言うまでもない。
また上記実施例では、井戸層の格子定数がクラッド層の
格子定数より大きく、バリア層の格子定数がクラッド層
の格子定数より小さくなるように材料を選択したものに
ついて説明したが、逆に井戸層の格子定数がクラッド層
の格子定数より小さく、バリア層の格子定数がクラッド
層の格子定数より大きくなるように材料を選択してもよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。
第２図（Ｃ）はこのような材料を選択した場合の量子井
戸構造内の各層のクラッド層に対する格子不整合度（Δ
ａ　／　ａ　）を示す図である。
また上記実施例では半導体レーザの場合について説明し
たが、歪み入り量子井戸構造を用いた光導波路、光フイ
ルタ−、偏向素子、あるいはスイッチング素子に本発明
を適用することにより、これら半導体光素子の設計の自
由度を向上し、高性能の素子を実現できることは言うま
でもない。
〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、量子井戸構造の井戸層
にクラッド層より格子定数の大きな、または小さな材料
を用い、かつバリア層にはクラッド層より格子定数の小
さな、または大きな材料を用いることにより、設計自由
度の範囲の広い、高性能な歪み入り量子井戸型レーザが
得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置の
レーザ構造を示す断面図、第２図（ａ）は第１図のレー
ザ構造のハンド構造を示す図、第２図（ｂ）は第２図（
ａ）に対応して描かれた量子井戸構造内の各層のクラッ
ド層に対する格子不整合（Δａ／ａ）を示す図、第２図
（Ｃ）は本発明の他の実施例による量子井戸構造内の各
層のクラッド層に対する格子不整合（Δａ　／　ａ　）
を示す図、第３図は従来の半導体レーザ装置の活性層近
傍の、・入ンド構造を示す図である。 ■は半導体基板、２は第１のクラット層、３はバリア層
、４は井戸層、５はバリア層３と井戸層４を交互に積層
した量子井戸構造、６は第２のクラッド層。 なお、図中同一同符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体基板上に形成された井戸層とバリア層の積
    層構造からなる量子井戸構造からなる活性層と、この活
    性層を挟むように設けられたクラッド層とにより構成さ
    れるダブルヘテロ構造を有する半導体光素子において、 上記クラッド層は上記井戸層の格子定数と上記バリア層
    の格子定数のほぼ中間の格子定数を有し、上記井戸層、
    クラッド層、バリア層のそれぞれの格子定数が相互に０
    ．５％以上異なることを特徴とする半導体光素子。
  2. （２）特許請求の範囲１において井戸層の格子定数がク
    ラッド層の格子定数より大きく、かつバリア層の格子定
    数がクラッド層の格子定数より小さいことを特徴とする
    半導体光素子。
  3. （３）特許請求の範囲１において井戸層の格子定数がク
    ラッド層の格子定数より小さく、かつバリア層の格子定
    数がクラッド層の格子定数より大きいことを特徴とする
    半導体光素子。
JP2130018A 1990-05-17 1990-05-17 半導体光素子 Pending JPH0422185A (ja)

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