JPH0590702A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPH0590702A JPH0590702A JP25216491A JP25216491A JPH0590702A JP H0590702 A JPH0590702 A JP H0590702A JP 25216491 A JP25216491 A JP 25216491A JP 25216491 A JP25216491 A JP 25216491A JP H0590702 A JPH0590702 A JP H0590702A
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- Japan
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- composition ratio
- barrier
- quantum well
- active layer
- laser device
- Prior art date
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、短長発振可能な実用的なレ−ザ装置
を提供することを目的とする。 【構成】ＧａＡｓ基板１上に形成されたＩｎ0.5 （Ｇａ
1-XＡｌX ）0.5 Ｐからなる、量子井戸幅が６〜１０ｎ
ｍ，バリア幅が３〜６ｎｍ、且つ量子井戸数が３〜５個
の多重量子井戸構造の活性層４とを備えていることを特
徴とする半導体レ−ザ装置。
を提供することを目的とする。 【構成】ＧａＡｓ基板１上に形成されたＩｎ0.5 （Ｇａ
1-XＡｌX ）0.5 Ｐからなる、量子井戸幅が６〜１０ｎ
ｍ，バリア幅が３〜６ｎｍ、且つ量子井戸数が３〜５個
の多重量子井戸構造の活性層４とを備えていることを特
徴とする半導体レ−ザ装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レ−ザ装置に係
り、特に多重量子井戸を有する半導体レ−ザ装置に関す
る。
り、特に多重量子井戸を有する半導体レ−ザ装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近時、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX）0.5
Ｐ半導体材料を用いて６５０ｎｍ〜６７０ｎｍ程度の赤
色光を高効率で出射できるダブルヘテロ（ＤＨ）構造の
レ−ザ装置が開発されている。この種のレ−ザ装置は、
しきい値電流密度が低く、最大動作温度が高く、そして
寿命が長いという利点を有している。
Ｐ半導体材料を用いて６５０ｎｍ〜６７０ｎｍ程度の赤
色光を高効率で出射できるダブルヘテロ（ＤＨ）構造の
レ−ザ装置が開発されている。この種のレ−ザ装置は、
しきい値電流密度が低く、最大動作温度が高く、そして
寿命が長いという利点を有している。
【０００３】しかしながら、６５０ｎｍ未満の短波長の
光に関しては、しきい値電流密度が高く、最大動作温度
が低いという問題があった。短波長レーザ装置は、光学
メモリ装置の高記録憶密度化に必要であり、また、バー
コード・リーダの光源としても期待されている。バーコ
ード・リーダの光源として期待されているのは、現在使
用されている標準的なバーコード・リーダでは、６３０
ｎｍ程度のレ−ザ光を出射するヘリウム・ネオン・ガス
・レーザが用いられており、ＤＨ構造のレ−ザ装置を用
いることで光源の小型化が可能であるからである。
光に関しては、しきい値電流密度が高く、最大動作温度
が低いという問題があった。短波長レーザ装置は、光学
メモリ装置の高記録憶密度化に必要であり、また、バー
コード・リーダの光源としても期待されている。バーコ
ード・リーダの光源として期待されているのは、現在使
用されている標準的なバーコード・リーダでは、６３０
ｎｍ程度のレ−ザ光を出射するヘリウム・ネオン・ガス
・レーザが用いられており、ＤＨ構造のレ−ザ装置を用
いることで光源の小型化が可能であるからである。
【０００４】現在使用されているＤＨ構造のレ−ザ装置
で、短波長の光を出射できるのは、多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造の活
性層を採用したものである。この種のレ−ザ装置では、
状態密度分布関数が階段状となり、電子のエネルギ−分
布がより局在化するため、レ−ザ利得が大きくなった
り、しきい値電流密度が低くなる。しかも、その電子の
エネルギ−分布は温度に関して変化が小さくなるため、
温度特性の改善、つまり、最大動作温度がより高くな
る。このように活性層をＭＱＷ構造とすることにより、
従来のＤＨ構造のレ−ザ装置より格段に優れたレ−ザ装
置を得ることができる。しかしながら、ＭＱＷ構造の活
性層を用いたレ−ザ装置（ＭＱＷレ−ザ装置）にあって
は次のような問題があった。
で、短波長の光を出射できるのは、多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造の活
性層を採用したものである。この種のレ−ザ装置では、
状態密度分布関数が階段状となり、電子のエネルギ−分
布がより局在化するため、レ−ザ利得が大きくなった
り、しきい値電流密度が低くなる。しかも、その電子の
エネルギ−分布は温度に関して変化が小さくなるため、
温度特性の改善、つまり、最大動作温度がより高くな
る。このように活性層をＭＱＷ構造とすることにより、
従来のＤＨ構造のレ−ザ装置より格段に優れたレ−ザ装
置を得ることができる。しかしながら、ＭＱＷ構造の活
性層を用いたレ−ザ装置（ＭＱＷレ−ザ装置）にあって
は次のような問題があった。
【０００５】即ち、量子井戸幅やバリア幅を初めとし、
ＭＱＷ構造の場合、多くのパラメ−タが関係し、しか
も、これらパラメ−タは相互に関係しているため、その
最適設定は困難であった。この結果、従来のＭＱＷレ−
ザ装置は実用性が低かった。また、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X
ＡｌX ）0.5 Ｐ半導体材料は、他の半導体材料に比べそ
の物性はあまり知られておらず、このことがＭＱＷレ−
ザ装置の設計を更に困難なものにしていた。
ＭＱＷ構造の場合、多くのパラメ−タが関係し、しか
も、これらパラメ−タは相互に関係しているため、その
最適設定は困難であった。この結果、従来のＭＱＷレ−
ザ装置は実用性が低かった。また、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X
ＡｌX ）0.5 Ｐ半導体材料は、他の半導体材料に比べそ
の物性はあまり知られておらず、このことがＭＱＷレ−
ザ装置の設計を更に困難なものにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のＩ
ｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐ半導体材料を用いたＭ
ＱＷ半導体レ−ザ装置は、そのレ−ザ特性に多くのパラ
メ−タが関与し、しかも、その半導体材料の物性につい
ても良く知られていなかったので、設計が困難であっ
た。本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、実用的なＭＱＷ半導体レ−ザ装
置を提供することにある。
ｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐ半導体材料を用いたＭ
ＱＷ半導体レ−ザ装置は、そのレ−ザ特性に多くのパラ
メ−タが関与し、しかも、その半導体材料の物性につい
ても良く知られていなかったので、設計が困難であっ
た。本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、実用的なＭＱＷ半導体レ−ザ装
置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のＭＱＷ半導体レ−ザ装置は、Ｉｎ
0.5（Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐからなる多重量子井戸構
造の活性層を有するＭＱＷ半導体レ−ザ装置において、
活性層中の量子井戸幅を６〜１０ｎｍ，活性層中のバリ
ア幅を３〜６ｎｍ、且つ前記活性層中の量子井戸数を３
〜５個としたことにある。なお、上記半導体レ−ザにお
いて、他のパラメ−タを下記の如く設定することが望ま
しい。 １．活性層の量子井戸を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-X Ａ
ｌX ）0.5 Ｐの組成比Ｘを０．０９〜０．１５とする。
めに、本発明のＭＱＷ半導体レ−ザ装置は、Ｉｎ
0.5（Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐからなる多重量子井戸構
造の活性層を有するＭＱＷ半導体レ−ザ装置において、
活性層中の量子井戸幅を６〜１０ｎｍ，活性層中のバリ
ア幅を３〜６ｎｍ、且つ前記活性層中の量子井戸数を３
〜５個としたことにある。なお、上記半導体レ−ザにお
いて、他のパラメ−タを下記の如く設定することが望ま
しい。 １．活性層の量子井戸を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-X Ａ
ｌX ）0.5 Ｐの組成比Ｘを０．０９〜０．１５とする。
【０００８】２．活性層をＩｎ0.5 （（Ｇａ1-Y Ａ
ｌY ）0.5 Ｐからなるガイド層で挾持し、活性層のバリ
アを形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの組成
比Ｘを０．５〜０．７とし、且つガイド層のＩｎ
0.5 （（Ｇａ1-Y ＡｌY ）0.5 Ｐの組成比Ｙを０．５〜
０．７とする。
ｌY ）0.5 Ｐからなるガイド層で挾持し、活性層のバリ
アを形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの組成
比Ｘを０．５〜０．７とし、且つガイド層のＩｎ
0.5 （（Ｇａ1-Y ＡｌY ）0.5 Ｐの組成比Ｙを０．５〜
０．７とする。
【０００９】３．活性層をＩｎ0.5 （（Ｇａ1-Y Ａ
ｌY ）0.5 Ｐからなるガイド層で挾持し、且つ活性層の
バリアを形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの
組成比Ｘをガイド層のＩｎ0.5 （（Ｇａ1-Y ＡｌY ）
0.5 Ｐの組成比Ｙ以下とする。
ｌY ）0.5 Ｐからなるガイド層で挾持し、且つ活性層の
バリアを形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの
組成比Ｘをガイド層のＩｎ0.5 （（Ｇａ1-Y ＡｌY ）
0.5 Ｐの組成比Ｙ以下とする。
【００１０】
【作用】本発明者等の研究によると、ＭＱＷレ−ザのし
きい値電流密度や利得などのレ−ザ特性は、量子井戸
幅，量子井戸数，量子井戸を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ
1-XＡｌX ）0.5 Ｐの組成比（量子井戸組成比）Ｘ，ガ
イド層を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの
組成比（ガイド層組成比）Ｘ，活性層のバリアを形成す
るＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの組成比（バリア
組成比）Ｘ（つまり、バリア高さ），バリア幅の６個の
パラメ−タに大きく依存することが分かった。したがっ
て、これら６個のパラメ−タに注目すれば、他のパラメ
−タをほとんど考慮せずに済むので、効率の良い設計を
行なうことができる。
きい値電流密度や利得などのレ−ザ特性は、量子井戸
幅，量子井戸数，量子井戸を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ
1-XＡｌX ）0.5 Ｐの組成比（量子井戸組成比）Ｘ，ガ
イド層を形成するＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの
組成比（ガイド層組成比）Ｘ，活性層のバリアを形成す
るＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの組成比（バリア
組成比）Ｘ（つまり、バリア高さ），バリア幅の６個の
パラメ−タに大きく依存することが分かった。したがっ
て、これら６個のパラメ−タに注目すれば、他のパラメ
−タをほとんど考慮せずに済むので、効率の良い設計を
行なうことができる。
【００１１】更に、本発明者等は研究を重ね、上記パラ
メ−タのうち、量子井戸幅を６〜１０ｎｍ，バリア幅を
３〜６ｎｍ、且つ量子井戸数を３〜５個とした場合に、
良好なレ−ザ特性が得られることを見出だした。
メ−タのうち、量子井戸幅を６〜１０ｎｍ，バリア幅を
３〜６ｎｍ、且つ量子井戸数を３〜５個とした場合に、
良好なレ−ザ特性が得られることを見出だした。
【００１２】また、上記条件に加え、量子井戸組成比を
０．０９〜０．１５，バリア組成比及びガイド層組成比
を独立に０．５〜０．７，バリア組成比をガイド層組成
比以下の条件を追加することで、更に良い特性が得られ
ることが分かった。
０．０９〜０．１５，バリア組成比及びガイド層組成比
を独立に０．５〜０．７，バリア組成比をガイド層組成
比以下の条件を追加することで、更に良い特性が得られ
ることが分かった。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例に係るＭＱＷレ−ザの概略
構成を示す断面図が示されている。
る。図１は本発明の一実施例に係るＭＱＷレ−ザの概略
構成を示す断面図が示されている。
【００１４】ＧａＡｓ基板１上にはｎ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ
0.3Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐからなる厚さ０．８μｍのｎ型ク
ラッド層２が形成されている。このｎ型クラッド層２上
には、非ド−プＩｎ0.5 （Ｇａ1-Y ＡｌY ）0.5 Ｐから
なる厚さ０．０５μｍのガイド層３ａ，３ｂで挾持され
ているｐ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐからなる
ＭＱＷ構造の活性層４が設けられている。ガイド層３ｂ
上には、ｐ型Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐから
なる隆起構造を有するｐ型クラッド層５が設けられてい
る。このｐ型クラッド層５は、上記ｎ型クラッド層２，
ガイド層３ａ，３ｂ，活性層４とともにＤＨ接合構造部
を構成する。また、ｐ型クラッド層５の厚さは隆起部で
０．８μｍ、その幅は５μｍである。このような構造の
ｐ型クラッド層５は通常のエッチング技術を用いて形成
できる。ｐ型クラッド層５に隆起構造を持たせたのは、
電流印加時に活性領域内の電流密度を増大させるため及
び横方向に屈折率差を生じさせることにより横モ−ド制
御を行なうためである。ｐ型クラッド層５の隆起部上に
はｐ型ＩｎＧａＰからなるｐ型キャッピング層６が設け
られている。また、ｐ型クラッド層５及びｐ型キャッピ
ング層６の周縁部はｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック
層７で覆われている。ｐ型キャッピング層６上には、ｐ
型ＧａＡｓからなるコンタクト層８を介してＡｕ／Ｚｎ
ｐ型電極９が設けられている。そしてＡｕ／Ｇｅｎ型電
極１０が基板１側に設けられている。なお、本実施例で
は、ガイド層３ａ，３ｂの組成比Ｙと活性層４のバリア
組成比とを同じにした。つまり、標準的なＭＱＷレ−ザ
とした。図２にこれらガイド層３ａ，３ｂ及び活性層４
並びにクラッド層２，５で構成されるポテンシャル分布
を示す。なお、図中、４W ，４B は、それぞれ活性層４
中の量子井戸層，バリア層を示しており、４個の量子井
戸数が示されている。本実施例では６３０ｎｍのレ−ザ
発振波長を得るために各種パラメ−タを次のように設定
した。
0.3Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐからなる厚さ０．８μｍのｎ型ク
ラッド層２が形成されている。このｎ型クラッド層２上
には、非ド−プＩｎ0.5 （Ｇａ1-Y ＡｌY ）0.5 Ｐから
なる厚さ０．０５μｍのガイド層３ａ，３ｂで挾持され
ているｐ型Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐからなる
ＭＱＷ構造の活性層４が設けられている。ガイド層３ｂ
上には、ｐ型Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3 Ａｌ0.7 ）0.5 Ｐから
なる隆起構造を有するｐ型クラッド層５が設けられてい
る。このｐ型クラッド層５は、上記ｎ型クラッド層２，
ガイド層３ａ，３ｂ，活性層４とともにＤＨ接合構造部
を構成する。また、ｐ型クラッド層５の厚さは隆起部で
０．８μｍ、その幅は５μｍである。このような構造の
ｐ型クラッド層５は通常のエッチング技術を用いて形成
できる。ｐ型クラッド層５に隆起構造を持たせたのは、
電流印加時に活性領域内の電流密度を増大させるため及
び横方向に屈折率差を生じさせることにより横モ−ド制
御を行なうためである。ｐ型クラッド層５の隆起部上に
はｐ型ＩｎＧａＰからなるｐ型キャッピング層６が設け
られている。また、ｐ型クラッド層５及びｐ型キャッピ
ング層６の周縁部はｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック
層７で覆われている。ｐ型キャッピング層６上には、ｐ
型ＧａＡｓからなるコンタクト層８を介してＡｕ／Ｚｎ
ｐ型電極９が設けられている。そしてＡｕ／Ｇｅｎ型電
極１０が基板１側に設けられている。なお、本実施例で
は、ガイド層３ａ，３ｂの組成比Ｙと活性層４のバリア
組成比とを同じにした。つまり、標準的なＭＱＷレ−ザ
とした。図２にこれらガイド層３ａ，３ｂ及び活性層４
並びにクラッド層２，５で構成されるポテンシャル分布
を示す。なお、図中、４W ，４B は、それぞれ活性層４
中の量子井戸層，バリア層を示しており、４個の量子井
戸数が示されている。本実施例では６３０ｎｍのレ−ザ
発振波長を得るために各種パラメ−タを次のように設定
した。
【００１５】量子井戸数は、キャリアのオーバーフロー
及び利得に関連している。即ち、各量子井戸に必要なキ
ャリアを供給することができれば、量子井戸数が増える
に連れて利得が増大する。キャリアを供給できる量子井
戸数には限界があり、各量子井戸のキャリア密度が不均
一になると利得が低減する。また、キャリアのオーバー
フローは、温度に依存しており、最大動作温度に影響を
与える。
及び利得に関連している。即ち、各量子井戸に必要なキ
ャリアを供給することができれば、量子井戸数が増える
に連れて利得が増大する。キャリアを供給できる量子井
戸数には限界があり、各量子井戸のキャリア密度が不均
一になると利得が低減する。また、キャリアのオーバー
フローは、温度に依存しており、最大動作温度に影響を
与える。
【００１６】図３は量子井戸数としきい値電流Ｊthと内
部損失値αとの関係を示す特性図である。この図から量
子井戸数が同じ場合には、内部損失値αが増大するに連
れて、しきい値電流密度Ｊthが大きくなることが分か
る。狭いストライプ（５μｍ）のレーザでは、ＩｎＧａ
ＡｌＰの場合、内部損失値αが約５０ｃｍ-1なので、最
適な量子井戸数は３又は４となることがこの図から分か
る。
部損失値αとの関係を示す特性図である。この図から量
子井戸数が同じ場合には、内部損失値αが増大するに連
れて、しきい値電流密度Ｊthが大きくなることが分か
る。狭いストライプ（５μｍ）のレーザでは、ＩｎＧａ
ＡｌＰの場合、内部損失値αが約５０ｃｍ-1なので、最
適な量子井戸数は３又は４となることがこの図から分か
る。
【００１７】なお、量子井戸の相互間におけるキャリア
の分布を考えると、その分布は一様になり、この結果、
発光がより高効率になり、これにより、しきい値電流密
度がより小さくなり、しきい値電流密度，量子井戸数，
内部損失値の関係は図３と同じになる。
の分布を考えると、その分布は一様になり、この結果、
発光がより高効率になり、これにより、しきい値電流密
度がより小さくなり、しきい値電流密度，量子井戸数，
内部損失値の関係は図３と同じになる。
【００１８】図４は量子井戸数と、量子井戸相互間のキ
ャリアの濃度の割合（キャリア分布ファクタ）と、量子
井戸材料のバンドキャップとバリア材料のそれとの差と
の関係を示す特性図である。キャリア分布ファクタが最
小のとき、量子井戸相互間において最も均一なキャリア
分布が得られる。発振波長６３０ｎｍのレ−ザにおい
て、バンドギャップ差は、最適の構造で約０．３１ｅＶ
である。この場合、図４から最適な量子井戸数は４又は
５となる。したがって、これらを考慮すると、最適な量
子井戸数として、一般的には、３〜５を選ぶことができ
る。
ャリアの濃度の割合（キャリア分布ファクタ）と、量子
井戸材料のバンドキャップとバリア材料のそれとの差と
の関係を示す特性図である。キャリア分布ファクタが最
小のとき、量子井戸相互間において最も均一なキャリア
分布が得られる。発振波長６３０ｎｍのレ−ザにおい
て、バンドギャップ差は、最適の構造で約０．３１ｅＶ
である。この場合、図４から最適な量子井戸数は４又は
５となる。したがって、これらを考慮すると、最適な量
子井戸数として、一般的には、３〜５を選ぶことができ
る。
【００１９】図５は量子井戸組成比としきい値電流密度
Ｊthとバリア組成比（０．４５，０．５０，０．５５，
０．６０，０．６５）との関係を示す特性図である。な
お、量子井戸組成比０．０に対するしきい値電流密度Ｊ
thは、バリア組成比０．６５を除いて、大きすぎるので
示していない。この図からしきい値電流密度Ｊthを小さ
くするには、量子井戸組成比を０．１〜０．２とすれば
良いことが分かる。また、バリア組成比０．４５を除い
て、量子井戸組成比が０．１のときにしきい値電流密度
Ｊthが最小となっている。ここで、量子井戸組成比Ｘが
０．２に近づくと、発振波長６３０ｎｍのレ−ザ光を維
持するために、量子井戸幅を広くしなければならないが
（約１９ｎｍ）、これに伴い状態密度分布が疑似３次元
密度状態分布に移行するため、必要な量子閉じ込め効果
が失われる。したがって、これらを考慮すると、最適な
量子井戸組成比として、一般的には、０．０９〜０．１
５を選ぶことができる。
Ｊthとバリア組成比（０．４５，０．５０，０．５５，
０．６０，０．６５）との関係を示す特性図である。な
お、量子井戸組成比０．０に対するしきい値電流密度Ｊ
thは、バリア組成比０．６５を除いて、大きすぎるので
示していない。この図からしきい値電流密度Ｊthを小さ
くするには、量子井戸組成比を０．１〜０．２とすれば
良いことが分かる。また、バリア組成比０．４５を除い
て、量子井戸組成比が０．１のときにしきい値電流密度
Ｊthが最小となっている。ここで、量子井戸組成比Ｘが
０．２に近づくと、発振波長６３０ｎｍのレ−ザ光を維
持するために、量子井戸幅を広くしなければならないが
（約１９ｎｍ）、これに伴い状態密度分布が疑似３次元
密度状態分布に移行するため、必要な量子閉じ込め効果
が失われる。したがって、これらを考慮すると、最適な
量子井戸組成比として、一般的には、０．０９〜０．１
５を選ぶことができる。
【００２０】量子井戸幅は、十分な量子閉じ込め効果が
得られる程度に狭くする必要がある。量子閉じ込め効果
が高いほど、大きな利得が得られる。しかしながら、量
子井戸幅が狭くなり過ぎると、量子井戸のエネルギ−レ
ベルがバリアのそれより大きくなって、必要な２次元状
態密度分布が失われる。また、上述したように、発振波
長６３０ｎｍを維持するために、量子井戸幅は、量子井
戸組成比の影響を受け、その上限が制限される。このよ
うに量子井戸幅は発振波長により制限されるが、量子井
戸組成比を調整することでこの制限を緩めることができ
る。したがって、これらのことを考慮すると、最適な量
子井戸幅は６〜１０ｎｍとなる。なお、発振波長は、バ
リア高を調整し、量子井戸のエネルギ−レベルを変える
ことで制御できるが、その効果は小さい。
得られる程度に狭くする必要がある。量子閉じ込め効果
が高いほど、大きな利得が得られる。しかしながら、量
子井戸幅が狭くなり過ぎると、量子井戸のエネルギ−レ
ベルがバリアのそれより大きくなって、必要な２次元状
態密度分布が失われる。また、上述したように、発振波
長６３０ｎｍを維持するために、量子井戸幅は、量子井
戸組成比の影響を受け、その上限が制限される。このよ
うに量子井戸幅は発振波長により制限されるが、量子井
戸組成比を調整することでこの制限を緩めることができ
る。したがって、これらのことを考慮すると、最適な量
子井戸幅は６〜１０ｎｍとなる。なお、発振波長は、バ
リア高を調整し、量子井戸のエネルギ−レベルを変える
ことで制御できるが、その効果は小さい。
【００２１】バリア高さは、発振波長に幾らか関係して
いるので、量子井戸幅を補足するものと考えることがで
きる。また、最大有効バリア高さにより当該構造におい
て量子井戸幅をどの程度狭くできるかを決定することが
できる。バリア高さは、バリア組成比に関係しており、
バリア組成比が大きいほど低くなる。これにより先の図
５から、バリア高さが低いときには、量子井戸組成比
０．２以下では、しきい値電流密度Ｊthは最小にはなら
ないことが分かる。即ち、バリア組成比が０．５０，
０．５５，０．６０，０．６５の場合には、量子井戸組
成比０．１でしきい値電流密度Ｊthが最小となるが、バ
リア組成比が０．４５の場合には、井戸組成比０．２以
上で最小となる。量子井戸組成比０．２より大きいもの
はレ−ザとして不適切なので、しきい値電流密度Ｊ
thは、量子井戸組成比０．２以下で最小となる必要があ
る。
いるので、量子井戸幅を補足するものと考えることがで
きる。また、最大有効バリア高さにより当該構造におい
て量子井戸幅をどの程度狭くできるかを決定することが
できる。バリア高さは、バリア組成比に関係しており、
バリア組成比が大きいほど低くなる。これにより先の図
５から、バリア高さが低いときには、量子井戸組成比
０．２以下では、しきい値電流密度Ｊthは最小にはなら
ないことが分かる。即ち、バリア組成比が０．５０，
０．５５，０．６０，０．６５の場合には、量子井戸組
成比０．１でしきい値電流密度Ｊthが最小となるが、バ
リア組成比が０．４５の場合には、井戸組成比０．２以
上で最小となる。量子井戸組成比０．２より大きいもの
はレ−ザとして不適切なので、しきい値電流密度Ｊ
thは、量子井戸組成比０．２以下で最小となる必要があ
る。
【００２２】上記の如き挙動は、バリア高さが低いと量
子井戸内にエネルギ−準位を形成できなくなり、常にキ
ャリア・オーバー・フローを起こし、全てのキャリアが
量子井戸を透過してクラッド層２，５に失われるからだ
と考えられる。このようにしてバリア高さは利得に影響
を与える。しかしながら、バリア高さが大きくなるのに
伴い、量子井戸組成比０．２以下の範囲で、しきい値電
流密度Ｊthの最小値がより小さくなる。しかしながら、
バリア高さが低すぎると、量子井戸相互におけるキャリ
アの分布が不均一になるため、レーザを発光する有効活
動領域が断片的になってしまう。このような傾向は、図
６に明確に示されている。この図はバリア組成比としき
い値電流密度Ｊthと内部損失値αとの関係を示す特性図
である。この図からバリア組成比が大きくなるに連れ
て、しきい値電流密度Ｊthが減少し、バリア組成比０．
７で飽和するように思われる。また、クラッド層２とガ
イド層３ａとの間及びクラッド層５とガイド層３ｂとの
間は、導波路構造を有する必要があるので、これらクラ
ッド層２，５とガイド層３ａ，３ｂとの間に適当な屈折
率差を与えなければならない。ここで、クラッド層２，
５を形成するＩｎ0.5（Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの組成
比Ｘは０．７であるので、適切なバリア高さ、つまり、
バリア組成比Ｘ（＝ガイド層組成比Ｘ）として０．５〜
０．７を選ぶことができる。
子井戸内にエネルギ−準位を形成できなくなり、常にキ
ャリア・オーバー・フローを起こし、全てのキャリアが
量子井戸を透過してクラッド層２，５に失われるからだ
と考えられる。このようにしてバリア高さは利得に影響
を与える。しかしながら、バリア高さが大きくなるのに
伴い、量子井戸組成比０．２以下の範囲で、しきい値電
流密度Ｊthの最小値がより小さくなる。しかしながら、
バリア高さが低すぎると、量子井戸相互におけるキャリ
アの分布が不均一になるため、レーザを発光する有効活
動領域が断片的になってしまう。このような傾向は、図
６に明確に示されている。この図はバリア組成比としき
い値電流密度Ｊthと内部損失値αとの関係を示す特性図
である。この図からバリア組成比が大きくなるに連れ
て、しきい値電流密度Ｊthが減少し、バリア組成比０．
７で飽和するように思われる。また、クラッド層２とガ
イド層３ａとの間及びクラッド層５とガイド層３ｂとの
間は、導波路構造を有する必要があるので、これらクラ
ッド層２，５とガイド層３ａ，３ｂとの間に適当な屈折
率差を与えなければならない。ここで、クラッド層２，
５を形成するＩｎ0.5（Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐの組成
比Ｘは０．７であるので、適切なバリア高さ、つまり、
バリア組成比Ｘ（＝ガイド層組成比Ｘ）として０．５〜
０．７を選ぶことができる。
【００２３】図７はバリア幅としきい値電流密度Ｊthと
内部損失値αとの関係を示す特性図である。この図から
しきい値電流密度Ｊthはバリア幅の影響を受け難いこと
が分かる。しかしながら、バリア幅が狭くなり過ぎる
と、透過係数が大きくなり、バリアが有効に働かなくな
る。即ち、バリア幅が狭いと、バリア高さより低いエネ
ルギ−レベルのキャリアであっても、容易にバリアを越
えてしまう。また、バリア幅は製造上の制限も受ける。
即ち、非常に狭いものを形成するのが困難であるという
ことである。一方、バリア幅が広くなり過ぎると、量子
井戸間の影響が小さくなり、各量子井戸毎に独立に発光
が生じ、この結果、位相がずれて利得が小さくなってし
まう。これらのことを考慮すると、適切なバリア幅とし
て３〜６ｎｍを選ぶことができる。
内部損失値αとの関係を示す特性図である。この図から
しきい値電流密度Ｊthはバリア幅の影響を受け難いこと
が分かる。しかしながら、バリア幅が狭くなり過ぎる
と、透過係数が大きくなり、バリアが有効に働かなくな
る。即ち、バリア幅が狭いと、バリア高さより低いエネ
ルギ−レベルのキャリアであっても、容易にバリアを越
えてしまう。また、バリア幅は製造上の制限も受ける。
即ち、非常に狭いものを形成するのが困難であるという
ことである。一方、バリア幅が広くなり過ぎると、量子
井戸間の影響が小さくなり、各量子井戸毎に独立に発光
が生じ、この結果、位相がずれて利得が小さくなってし
まう。これらのことを考慮すると、適切なバリア幅とし
て３〜６ｎｍを選ぶことができる。
【００２４】以上述べたように、各パラメ−タを適切な
値に選ぶと、個々のパラメ−タによる改善の和以上の効
果、即ち、相乗効果による大幅な改善が図れるようにな
った。例えば、最大動作温度は６５℃となり、従来のも
のより１５℃程度改善された。現在の多くのレ−ザ機器
は、５５℃程度までの使用環境を想定しているので、こ
の改善は実用的なＭＱＷレ−ザを得るという点で大きな
意義をもっている。
値に選ぶと、個々のパラメ−タによる改善の和以上の効
果、即ち、相乗効果による大幅な改善が図れるようにな
った。例えば、最大動作温度は６５℃となり、従来のも
のより１５℃程度改善された。現在の多くのレ−ザ機器
は、５５℃程度までの使用環境を想定しているので、こ
の改善は実用的なＭＱＷレ−ザを得るという点で大きな
意義をもっている。
【００２５】かくして本実施例によれば、上記の如くパ
ラメ−タを選ぶことで、最大動作温度やしきい値電流密
度等のレ−ザ特性に優れた、６３０ｎｍの短波長発振を
行なえるレ−ザ装置を容易に得ることができる。
ラメ−タを選ぶことで、最大動作温度やしきい値電流密
度等のレ−ザ特性に優れた、６３０ｎｍの短波長発振を
行なえるレ−ザ装置を容易に得ることができる。
【００２６】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。上記実施例では、バリア組成比とガイ
ド層組成比とが等しい場合について説明したが、ガイド
層組成比は必ずしもバリア組成比と等しくする必要はな
く、０．５〜０．７の範囲であれば良い。例えば、ガイ
ド層組成比を０．５５〜０．７とし、ガイド層組成比を
バリア組成比より大きくすると、バリア高さの最適値を
広くすることができるという利点が生じる。図８にこの
ような組成比の場合のＭＱＷレ−ザのポテンシャル分布
を図８に示す。なお、この種の組成比の変更でＭＱＷレ
−ザ全体の最適化が損なわれることはない。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施でき
る。
るものではない。上記実施例では、バリア組成比とガイ
ド層組成比とが等しい場合について説明したが、ガイド
層組成比は必ずしもバリア組成比と等しくする必要はな
く、０．５〜０．７の範囲であれば良い。例えば、ガイ
ド層組成比を０．５５〜０．７とし、ガイド層組成比を
バリア組成比より大きくすると、バリア高さの最適値を
広くすることができるという利点が生じる。図８にこの
ような組成比の場合のＭＱＷレ−ザのポテンシャル分布
を図８に示す。なお、この種の組成比の変更でＭＱＷレ
−ザ全体の最適化が損なわれることはない。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施でき
る。
【００２７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、温
度特性等のレ−ザ特性が改善され、６３０ｎｍ程度の短
波長発振を行なえる実用的なレ−ザ装置を得ることがで
きる。
度特性等のレ−ザ特性が改善され、６３０ｎｍ程度の短
波長発振を行なえる実用的なレ−ザ装置を得ることがで
きる。
【図１】本発明の一実施例に係るＭＱＷレ−ザの概略構
成を示す断面図。
成を示す断面図。
【図２】図１のＭＱＷレ−ザのポテンシャル分布を示す
図。
図。
【図３】量子井戸数としきい値電流Ｊthと内部損失値α
との関係を示す特性図。
との関係を示す特性図。
【図４】量子井戸数と、量子井戸相互間のキャリア分布
ファクタと、量子井戸材料のバンドギャップとバリア材
料のそれとの差との関係を示す特性図。
ファクタと、量子井戸材料のバンドギャップとバリア材
料のそれとの差との関係を示す特性図。
【図５】井戸組成比としきい値電流密度Ｊthとバリア組
成比との関係を示す特性図。
成比との関係を示す特性図。
【図６】バリア組成比としきい値電流密度Ｊthと内部損
失値αとの関係を示す特性図。
失値αとの関係を示す特性図。
【図７】バリア幅としきい値電流密度Ｊthと内部損失値
αとの関係を示す特性図。
αとの関係を示す特性図。
【図８】ガイド層組成比がバリア組成比より大きいとき
のＭＱＷレ−ザのポテンシャル分布を示す図。
のＭＱＷレ−ザのポテンシャル分布を示す図。
１…ＧａＡｓ基板、２…ｎ型クラッド層、３ａ，３ｂ…
ガイド層、４…活性層、５…ｐ型クラッド層、６…ｐ型
キャッピング層、７…ｎ型電流ブロック層、８…ｐ型コ
ンタクト層、９…Ａｕ／Ｚｎｐ型電極、１０…Ａｕ／Ｇ
ｅｎ型電極。
ガイド層、４…活性層、５…ｐ型クラッド層、６…ｐ型
キャッピング層、７…ｎ型電流ブロック層、８…ｐ型コ
ンタクト層、９…Ａｕ／Ｚｎｐ型電極、１０…Ａｕ／Ｇ
ｅｎ型電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 波多腰 玄一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板と、この基板上に形成された多
重量子井戸構造の活性層とを具備してなり、 前記活性層中の量子井戸幅が６〜１０ｎｍ，前記活性層
中のバリア幅が３〜６ｎｍ、且つ前記活性層中の量子井
戸数が３〜５個であることを特徴とする半導体レ−ザ装
置。 - 【請求項２】前記活性層は、その量子井戸を組成比Ｘが
０．０９〜０．１５であるＩｎ0.5（Ｇａ1-X ＡｌX ）
0.5 Ｐで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の
半導体レ−ザ装置。 - 【請求項３】前記活性層は、そのバリアを組成比Ｘが
０．５〜０．７のＩｎ0.5 （Ｇａ1-XＡｌX ）0.5 Ｐで
あり、且つ組成比Ｙが０．５〜０．７のＩｎ0.5 （Ｇａ
1-Y ＡｌY ）0.5 Ｐからなるガイド層で挾持されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レ−ザ装置。 - 【請求項４】前記活性層は、Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-Y Ａ
ｌY ）Ｐからなるガイド層により挾持され、且つ前記活
性層のバリアをＩｎ0.5 （Ｇａ1-X ＡｌX ）0.5 Ｐで形
成し、組成比Ｘが前記ガイド層Ｉｎ0.5 （Ｇａ1-Y Ａｌ
Y ）Ｐの組成比Ｙ以下であることを特徴とする請求項１
に記載の半導体レ−ザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25216491A JPH0590702A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25216491A JPH0590702A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590702A true JPH0590702A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17233381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25216491A Pending JPH0590702A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0590702A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6687276B2 (en) | 2000-11-20 | 2004-02-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Surface emitting semiconductor laser |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP25216491A patent/JPH0590702A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6687276B2 (en) | 2000-11-20 | 2004-02-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Surface emitting semiconductor laser |
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