JPH0484483A - 量子井戸型半導体レーザー - Google Patents
量子井戸型半導体レーザーInfo
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- JPH0484483A JPH0484483A JP19963790A JP19963790A JPH0484483A JP H0484483 A JPH0484483 A JP H0484483A JP 19963790 A JP19963790 A JP 19963790A JP 19963790 A JP19963790 A JP 19963790A JP H0484483 A JPH0484483 A JP H0484483A
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- gaas
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- Pending
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 6
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、量子井戸型半導体レーザーに関し、特に（Ａ
ρＧａ）ＩｎＰ系結晶を用いた可視光領域の高信頼性量
子井戸型半導体レーサーに関する。
ρＧａ）ＩｎＰ系結晶を用いた可視光領域の高信頼性量
子井戸型半導体レーサーに関する。
従来の量子井戸型半導体レーサーでは、基板と第一のク
ラッド層との間に結晶欠陥を低減させるためのバッファ
層をはさむ場合、ＧａＡｓ単層もしくは格子整合の比較
的簡単なＡ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ −Ｇ ａ Ａ ｓ超
格子構造層を用いていた。こうすることによって、バッ
ファ層がないときな比べると、結晶成長時の界面欠陥密
度は減少し、結晶品位の劣化は低減される。たとえばＡ
ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ系半導体レーザーにおいて、発振
波長を短波長化するためにはＡｆ１組成比を高くしなけ
ればならず、ＧａＡｓ基板との格子定数差が無視できな
くなる。そうした場合に、ＡρＧａＡｓ−ＧａＡｓ超格
子構造のバッファ層は、結晶品位を悪化させないために
効果があると考えられており、ＧａＡｓ基板上にＡ ｊ
’ ｏ、ｓ Ｇ ａ ０．２クラッド層をエビ成長した
ときに、超格子構造バッファ層を設けておいたことによ
って、クラッド層のＲＨＥＥＤパターンが明瞭に観察さ
れるようになったという報告［Ｊｐｎ、Ｊ 、Ａｐｐ
Ｉ 。
ラッド層との間に結晶欠陥を低減させるためのバッファ
層をはさむ場合、ＧａＡｓ単層もしくは格子整合の比較
的簡単なＡ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ −Ｇ ａ Ａ ｓ超
格子構造層を用いていた。こうすることによって、バッ
ファ層がないときな比べると、結晶成長時の界面欠陥密
度は減少し、結晶品位の劣化は低減される。たとえばＡ
ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ系半導体レーザーにおいて、発振
波長を短波長化するためにはＡｆ１組成比を高くしなけ
ればならず、ＧａＡｓ基板との格子定数差が無視できな
くなる。そうした場合に、ＡρＧａＡｓ−ＧａＡｓ超格
子構造のバッファ層は、結晶品位を悪化させないために
効果があると考えられており、ＧａＡｓ基板上にＡ ｊ
’ ｏ、ｓ Ｇ ａ ０．２クラッド層をエビ成長した
ときに、超格子構造バッファ層を設けておいたことによ
って、クラッド層のＲＨＥＥＤパターンが明瞭に観察さ
れるようになったという報告［Ｊｐｎ、Ｊ 、Ａｐｐ
Ｉ 。
Ｐｈｙｓ、２４．ｐｐＬ９１１〜Ｌ９１３． （１９８
５）〕がある。
５）〕がある。
ここで、（Ａ７Ｇａ）ＩｎＰ系結高結晶、（ＡｌＧａ）
原子と工ｎ原子が特定な結晶面で交互に配列するオーダ
リング現象〔たとえばＪｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ。
原子と工ｎ原子が特定な結晶面で交互に配列するオーダ
リング現象〔たとえばＪｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、２７． ｐｐ２０９８〜２１０６． （１９
８８）参照つがあり、作製された半導体レーザーを高温
雰囲気下で長時間動作させると、このオーダリング構造
がくずれて劣化しやすくなることが知られている。そこ
で結晶成長条件を最適化するとともに活性層付近の結晶
欠陥密度をできるだけ低くして、オーダリンク構造のく
ずれない安定した結晶とすることが高信頼性を維持する
ために必要である。
８８）参照つがあり、作製された半導体レーザーを高温
雰囲気下で長時間動作させると、このオーダリング構造
がくずれて劣化しやすくなることが知られている。そこ
で結晶成長条件を最適化するとともに活性層付近の結晶
欠陥密度をできるだけ低くして、オーダリンク構造のく
ずれない安定した結晶とすることが高信頼性を維持する
ために必要である。
しかるに、前述の従来のバッファ層構造では、結晶欠陥
の低減効果が充分でなく、特に非常に薄し・Ｇａ Ｉ
ｎＰ結晶層を結成層内に有する量子井戸型半導体レーザ
ーにおいて、高温動作時の動作電流の上昇、すなわち劣
化が著しいという問題点があった。
の低減効果が充分でなく、特に非常に薄し・Ｇａ Ｉ
ｎＰ結晶層を結成層内に有する量子井戸型半導体レーザ
ーにおいて、高温動作時の動作電流の上昇、すなわち劣
化が著しいという問題点があった。
本発明の目的は、ＧａＩｎＰ系結晶によるダブル・ヘテ
ロ構造を形成する前に、転移等結晶欠陥の伝播が遅く貫
通転位が発生しにくいＧａＩｎＰＡｓ組成のバッファ層
を導入することによって、高温動作時においても劣化し
にくい高信頼性の量子井戸型半導体レーザーを提供する
ことにある。
ロ構造を形成する前に、転移等結晶欠陥の伝播が遅く貫
通転位が発生しにくいＧａＩｎＰＡｓ組成のバッファ層
を導入することによって、高温動作時においても劣化し
にくい高信頼性の量子井戸型半導体レーザーを提供する
ことにある。
本発明は、上記目的を達成するため、ＧａＡｓ基板上に
、ＧａＩｎＰウェル層および（ＡβＧａ）ＩｎＰもしく
はＡＡＧａＡｓバリア層による量子井戸活性層を、（Ａ
、ｆｆＧａ）ＩｎＰもしくはＡｆｆｌＩｎＰクラッド層
ではさんだダブル・ヘテロ構造を形成して作製される可
視光領域の量子井戸型半導体レーサーにおいて、ＧａＡ
ｓ基板と第一のクラッド層との間にＧａＩｎＰＡｓ組成
でＧａＡｓ基板との格子整合度が０．３％以下のバッフ
ァ層を少なくとも一層含むものとする点にある。
、ＧａＩｎＰウェル層および（ＡβＧａ）ＩｎＰもしく
はＡＡＧａＡｓバリア層による量子井戸活性層を、（Ａ
、ｆｆＧａ）ＩｎＰもしくはＡｆｆｌＩｎＰクラッド層
ではさんだダブル・ヘテロ構造を形成して作製される可
視光領域の量子井戸型半導体レーサーにおいて、ＧａＡ
ｓ基板と第一のクラッド層との間にＧａＩｎＰＡｓ組成
でＧａＡｓ基板との格子整合度が０．３％以下のバッフ
ァ層を少なくとも一層含むものとする点にある。
そして、上記の格子整合度を０．３％以下とする理由は
、０．３％を越えると転位が残り、所期の効果を期待す
ることができないからである。
、０．３％を越えると転位が残り、所期の効果を期待す
ることができないからである。
以下、第１及び第２図に基づいて本発明をより詳細に説
明する。
明する。
実施例１
第１図は、本発明の第１の実施例を示す屈折率導波量子
井戸型可視光半導体レーザーの横断面図である。
井戸型可視光半導体レーザーの横断面図である。
まず、Ｇ ａ Ａ ｓのｎ型基板１の上に、Ｇ ａ Ａ
ｓと格子整合のとれたＧａＩｎＰＡｓのｎＭバッファ
層２をエピタキシャル成長させる。このｎ型バッファ層
２は、ＧａＩｎＰＡｓ４元組成であるため自由度が大き
く、ｎ型基板１がらの貫通転位をくいとめるビニンダ効
果が期待できる。そして格子整合度は０３％以下が有効
であり、それ以上ずれていると転位が残る。またこのレ
ーザーの光学的特性はこの上のエビ層によるので、ｎ型
バッファ層２の禁制帯幅は特に調整を要しない。層厚ば
０．１〜０３μｍ程度あれば充分であるし、ｎ型基板１
との間に単純なｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ層をはさんでお（・
でもよい。
ｓと格子整合のとれたＧａＩｎＰＡｓのｎＭバッファ
層２をエピタキシャル成長させる。このｎ型バッファ層
２は、ＧａＩｎＰＡｓ４元組成であるため自由度が大き
く、ｎ型基板１がらの貫通転位をくいとめるビニンダ効
果が期待できる。そして格子整合度は０３％以下が有効
であり、それ以上ずれていると転位が残る。またこのレ
ーザーの光学的特性はこの上のエビ層によるので、ｎ型
バッファ層２の禁制帯幅は特に調整を要しない。層厚ば
０．１〜０３μｍ程度あれば充分であるし、ｎ型基板１
との間に単純なｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ層をはさんでお（・
でもよい。
次に（ＡｕＧａ）ＩｎＰのｎ型クラッド層３および（Ａ
ＡＧａ）ＩｎＰもしくはＡ Ｉ２ Ｇ ａ Ａ ｓのバ
リア層４とＧａＩｎＰウェル層５を交互に重ねた量子井
戸型活性層、そして（Ａｊ７Ｇａ）ＩｎＰのｎ型クラッ
ド層６を連続してエピタキシャル成長させる。そのあと
発光領域以外のｎ型クラッド層６の一部を、フォトリソ
クラフイと化学エツチングによって削除し、その上にＧ
ａＡｓのｎ型ブロック層７を選択エピタキシャル成長さ
せて、電流狭窄と同時に導波路となるようにする。それ
がらＧａＡｓのｐ型キャップ層８をエピタキシャル成長
させると、屈折率導波型可視光半導体レーザーとなる。
ＡＧａ）ＩｎＰもしくはＡ Ｉ２ Ｇ ａ Ａ ｓのバ
リア層４とＧａＩｎＰウェル層５を交互に重ねた量子井
戸型活性層、そして（Ａｊ７Ｇａ）ＩｎＰのｎ型クラッ
ド層６を連続してエピタキシャル成長させる。そのあと
発光領域以外のｎ型クラッド層６の一部を、フォトリソ
クラフイと化学エツチングによって削除し、その上にＧ
ａＡｓのｎ型ブロック層７を選択エピタキシャル成長さ
せて、電流狭窄と同時に導波路となるようにする。それ
がらＧａＡｓのｐ型キャップ層８をエピタキシャル成長
させると、屈折率導波型可視光半導体レーザーとなる。
ここで、エピタキシャル結晶成長中の結晶表面の状態に
ついて考える。結晶成長法としては、ＭＢＥ（分子線ビ
ームエピタキシャル成長法）などが用いられ、各層成長
の間は■族原料ガスのＰ４゜Ａ ｓ ４等の雰囲気にて
結晶表面が覆われて熱変成を防止している。そこで、も
しＧａＩｎＰＡｓのｎ型バッファ層２がない場合には、
Ａｓ系のＧａＡｓ等のｎ型基板１の上に直接Ｐ系の（Ａ
［Ｇａ）ＩｎＰｎ型クラッド層３長するので、Ａｓ原料
ガス成分Ａｓ４．Ａｓ２とＰ原料カス成分Ｐ４．Ｐ２の
切替わりがむずかしく、Ａｓ原子が多く残留していると
界面からｎ型クラッド層３にかけて結晶欠陥が発生して
しまう。こうした欠陥は、Ａｓ系からＰ未結晶への切換
の方がＰ系からＡｓ系結晶への切換のときより発生しや
すく、またｎ型クラッド層３は、バリア層４とウェル層
５による活性領域の下地となっているので、出来上がる
半導体レーザの信頼性に大きな影響を及ぼすものである
。
ついて考える。結晶成長法としては、ＭＢＥ（分子線ビ
ームエピタキシャル成長法）などが用いられ、各層成長
の間は■族原料ガスのＰ４゜Ａ ｓ ４等の雰囲気にて
結晶表面が覆われて熱変成を防止している。そこで、も
しＧａＩｎＰＡｓのｎ型バッファ層２がない場合には、
Ａｓ系のＧａＡｓ等のｎ型基板１の上に直接Ｐ系の（Ａ
［Ｇａ）ＩｎＰｎ型クラッド層３長するので、Ａｓ原料
ガス成分Ａｓ４．Ａｓ２とＰ原料カス成分Ｐ４．Ｐ２の
切替わりがむずかしく、Ａｓ原子が多く残留していると
界面からｎ型クラッド層３にかけて結晶欠陥が発生して
しまう。こうした欠陥は、Ａｓ系からＰ未結晶への切換
の方がＰ系からＡｓ系結晶への切換のときより発生しや
すく、またｎ型クラッド層３は、バリア層４とウェル層
５による活性領域の下地となっているので、出来上がる
半導体レーザの信頼性に大きな影響を及ぼすものである
。
このため、ＰとＡｓの両方を含むＧａ Ｉ ｎＰＡ ｓ
のｎ型バッファ層２を（ＡβＧａ）ＩｎＰのｎ型クラッ
ド層３の前に成長しておけば、原料カス切換に伴なう界
面での結晶欠陥の発生を抑制させることができる。
のｎ型バッファ層２を（ＡβＧａ）ＩｎＰのｎ型クラッ
ド層３の前に成長しておけば、原料カス切換に伴なう界
面での結晶欠陥の発生を抑制させることができる。
実施例２
第２図は、本発明の第２の実施例を示す屈折率導波量子
井戸型半導体レーザーの横断面図である。
井戸型半導体レーザーの横断面図である。
第１の実施例ではＧａＩｎＰＡｓ単層であったｎ型バッ
ファ層２を、この実施例では、ＧａＩｎＰＡｓのｎ型バ
リ７層２１とＧａＡｓのｎ型ウェル層２２とから成る超
格子構造としている。こうすることによって、結晶欠陥
の吸収効率をさらに高めることが可能となる。
ファ層２を、この実施例では、ＧａＩｎＰＡｓのｎ型バ
リ７層２１とＧａＡｓのｎ型ウェル層２２とから成る超
格子構造としている。こうすることによって、結晶欠陥
の吸収効率をさらに高めることが可能となる。
以上説明したように、本発明は、（ＡＡＧａ）ＩｎＰと
Ｇ ａ Ａ ｓ結晶との間にＧａＩｎＰＡｓ結晶による
バッファ層をはさむ構造としているので、■ 基板から
の貫通転位等の結晶欠陥に対してピニング効果を有する
こと、■ Ａｓ系からＰ未結晶への切換えに対してＡｓ
とＰを両方含むので、層界面での新たな結晶欠陥の発生
を抑制する効果を有すること、といった利点がある。
Ｇ ａ Ａ ｓ結晶との間にＧａＩｎＰＡｓ結晶による
バッファ層をはさむ構造としているので、■ 基板から
の貫通転位等の結晶欠陥に対してピニング効果を有する
こと、■ Ａｓ系からＰ未結晶への切換えに対してＡｓ
とＰを両方含むので、層界面での新たな結晶欠陥の発生
を抑制する効果を有すること、といった利点がある。
このように本発明の量子井戸型可視光半導体レーサーは
、高温雰囲気下において長時間動作させても動作電流の
上昇が少ない、すなわち劣化しにくいものにすることか
可能である。
、高温雰囲気下において長時間動作させても動作電流の
上昇が少ない、すなわち劣化しにくいものにすることか
可能である。
第１図は、本発明の第１の実施例である屈折率導波量子
井戸型可視光半導体レーザーの横断面図である。第２図
は、特に超格子構造を用いた本発明の第２の実施例を示
す屈折率導波量子井戸型可視光半導体レーザーの横断面
図である。 １・・・・・・ｎ型基板、２・・・・・・ｎ型バッファ
層、２１・・・・・・ｎ型バリア層、２２・・・・・・
ｎ型ウェル層、３・・・・・・ｎ型クラッド層、４・・
・・・・バリア層、５・・団・ウェル層、６・・・・・
・ｐ型クラッド層、７・・・・・・ｎ型ブロツク層、８
・・・・・・ｐ型キャップ層。 代理人 弁理士 内 原 晋 第 ｌ 図 第 Ｚ 図 ’Ｉｎ型爪級
井戸型可視光半導体レーザーの横断面図である。第２図
は、特に超格子構造を用いた本発明の第２の実施例を示
す屈折率導波量子井戸型可視光半導体レーザーの横断面
図である。 １・・・・・・ｎ型基板、２・・・・・・ｎ型バッファ
層、２１・・・・・・ｎ型バリア層、２２・・・・・・
ｎ型ウェル層、３・・・・・・ｎ型クラッド層、４・・
・・・・バリア層、５・・団・ウェル層、６・・・・・
・ｐ型クラッド層、７・・・・・・ｎ型ブロツク層、８
・・・・・・ｐ型キャップ層。 代理人 弁理士 内 原 晋 第 ｌ 図 第 Ｚ 図 ’Ｉｎ型爪級
Claims (1)
- ＧａＡｓ基板上に、ＧａＩｎＰウェル層および（ＡｌＧ
ａ）ＩｎＰもしくはＡｌＧａＡｓバリア層による量子井
戸型活性層を、（ＡｌＧａ）ＩｎＰもしくはＡｌＩｎＰ
クラッド層ではさんだダブル・ヘテロ構造を有する量子
井戸型半導体レーザーにおいて、前記ＧａＡｓ基板側の
クラッド層と前記ＧａＡｓ基板との間にＧａＩｎＰＡｓ
組成でＧａＡｓ基板との格子整合度が０．３％以下のバ
ッファ層を少なくとも一層有することを特徴とする量子
井戸型半導体レーザー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19963790A JPH0484483A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 量子井戸型半導体レーザー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19963790A JPH0484483A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 量子井戸型半導体レーザー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0484483A true JPH0484483A (ja) | 1992-03-17 |
Family
ID=16411162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19963790A Pending JPH0484483A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 量子井戸型半導体レーザー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0484483A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119050812A (zh) * | 2024-08-23 | 2024-11-29 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种o波段硅基三五族量子点窄线宽激光器及其制备方法 |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP19963790A patent/JPH0484483A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119050812A (zh) * | 2024-08-23 | 2024-11-29 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种o波段硅基三五族量子点窄线宽激光器及其制备方法 |
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