JPH1070342A - 面発光半導体レーザ素子 - Google Patents
面発光半導体レーザ素子Info
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- JPH1070342A JPH1070342A JP9216694A JP21669497A JPH1070342A JP H1070342 A JPH1070342 A JP H1070342A JP 9216694 A JP9216694 A JP 9216694A JP 21669497 A JP21669497 A JP 21669497A JP H1070342 A JPH1070342 A JP H1070342A
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Abstract
る面発光量子井戸半導体レーザを提供する。 【解決手段】InP基板上に、量子井戸層とバリア層か
らなる活性層を含む3−5族化合物半導体層を有する面
発光半導体レーザ素子において、量子井戸層はその格子
定数がInPの格子定数よりも大きく、バリア層はその
格子定数がInPの格子定数よりも小さく構成し、か
つ、量子井戸層、バリア層をGaInAsPまたはAl
GaInAsにより構成することにより、1.3〜1.
55μmの波長帯において発振する高性能の面発光量子
井戸半導体レーザを得ることができる。
Description
処理用の光源として使われる量子井戸構造を用いた面発
光半導体レーザに関する
ことは、閾値電流密度が低いこと、閾値電流密度の温度
依存性が小さいこと、変調周波数が高いこと、および波
長チャーピングが小さいことなどである。これらの特性
は、通常30nmよりも薄い層からなる活性層を有する
量子井戸半導体レーザ素子によって向上する。
子井戸と称す小さいエネルギーバンドギャップをもつ層
と、バリア層と称す大きいエネルギーバンドギャップを
もつ層から構成されている。かかる量子井戸活性層にお
いては、電子と正孔は量子井戸に閉じ込められ、量子力
学に従った挙動をする。
井戸の格子定数をバリア層の格子定数より大きくし、量
子井戸に歪を導入することにより向上する。その理由
は、価電子帯の重い正孔は有効質量が薄膜層に垂直な方
向で軽くなり価電子帯の基底量子準位を形成することに
なるからである。その結果、量子井戸層内では電子と重
い正孔との間の光学遷移が促進される。電子と重い正孔
とはほぼ等しい有効質量をもつためにレーザ発振に必要
な反転分布の形成が容易となるからである。なお、量子
井戸層の歪の大きさと層の厚さは、歪により転移が誘起
されないように、ある臨界膜厚値以内になければならな
い。
として例えば図1(a)に示すものが知られている。こ
の従来の歪量子井戸半導体レーザ素子においては、n型
GaAs基板1上に、n型GaAsバッファ層2および
n型Ga0.6 Al0.4 Asクラッド層3が順次積層さ
れ、次いで0.2μm厚さでAl成分が40%から0%
まで連続的に変化する傾斜領域5と6を両側に持ち、こ
れを挟んで歪を有する4nm厚さのGa 0.63In0.37A
s量子井戸層4からなる活性層が積層され、さらに傾斜
領域6の上にp型Ga0.6 Al0.4 Asクラッド層7お
よびp型GaAsPキャップ層が順次積層され、最後
に、n型電極9およびp型電極10が蒸着された構造と
なっている。
が9.9ppmであり、閾値電流密度は195Acm-2
であった。第1図(b)は第1図(a)に対応するバン
ドギャップの伝導帯側を示している。
量子井戸半導体レーザ素子では、光ファイバ通信におい
て重要な波長である1.3μm乃至1.55μmの発振
を得ることができない。1.3μmまたはこれより長い
波長の発振をGa1-X InX Asの活性層より得るため
には、エネルギーバンドギャップの大きさから、X≧
0.5のIn組成でなければならない。しかしながらこ
のような高いXのGa1-X InX Asでは格子定数が大
きくなり、第1図(a)に示した従来の歪量子井戸レー
ザの量子井戸層4に適用せんとすると量子井戸層に臨界
値以上の大きな歪が生じ、それに伴う転位の発生により
レーザ特性が劣化するという問題がある。
通信波長帯においては、2次元的な配列が可能な面発光
レーザが望まれているが、面発光レーザでは上述の状況
に加えて、端面出射型のレーザと比較すると高多層の量
子井戸構造を実現することが必要となるため、この波長
帯において面発光レーザを実現することはより困難であ
るとされていた。
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光
通信において重要な波長帯である1.3μm〜1.55
μmの長波長帯で発振する高性能な面発光半導体レーザ
素子を提供することにあり、その要旨は、InP基板上
に、量子井戸層とバリア層からなる活性層を含む3−5
族化合物半導体層を有する面発光半導体レーザ素子にお
いて、量子井戸層はその格子定数がInPの格子定数よ
りも大きく、バリア層はその格子定数がInPの格子定
数よりも小さく構成されており、かつ、量子井戸層、バ
リア層はGaInAsPまたはAlGaInAsにより
構成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ素
子である。
の格子定数よりも大きく、バリア層の格子定数をInP
基板の格子定数よりも小さくし、かつ、量子井戸層、バ
リア層を構成する材料としてGaInAsPまたはAl
GaInAsを採用することにより、各量子井戸層の膜
厚を低閾値電流、低チャーピングなどの効果が得られる
膜厚(2.5〜30nm)とし、かつ、量子井戸中の価
電子帯における重い正孔の膜面に垂直方向の有効質量が
小さくなり、低キャリアにて反転分布がおこり、実用可
能な注入電流でレーザ発振が可能となるように量子井戸
層中に圧縮歪が印加された量子井戸構造を、光通信にお
いて重要な波長帯である1.3〜1.55μmにおいて
面発光レーザとして実現することが可能となることを見
いだしたものである。
形成された、垂直キャビティーを構成する活性層構造に
あり、例えば垂直キャビティー両端に設ける反射鏡構造
や、レーザ駆動のための電極構造など、活性層構造以外
の部分については周知の面発光レーザと同様の構造を採
用することができるので、ここでは本発明の要点である
活性層構造について詳述する。
〜30nmである(n−1)層のバリア層で交互に隔て
られた各層の厚さ2.5〜30nmのn層の量子井戸層
から構成されている。この場合には活性層の両側面は量
子井戸層になるが、(n+1)層のバリア層を配して、
活性層の両側面をバリア層にしてもよい。量子井戸層の
組成は、第2図における発振波長1.3μmに相当する
等バンドギャップ線C線上にあり、かつ、格子定数がI
nP基板よりも大きいPT間のTに近い組成、GaX1I
n1-X1AsY1P1-Y1とする。
の値は歪の誘起する転位の発生によって決まり、組成T
に対しては20〜30nmである。
井戸層のバンドギャップよりも大きく、かつ、格子定数
がInPの格子定数よりも大きくなる組成を選択する。
即ち、図2において斜線が入っていない領域で、等バン
ドギャップ線Cよりも左側の組成から選択する。
なることによる長波長化と、電子の量子閉じ込めによる
短波長化の影響を受けるために、発振波長は1.3μm
から若干ずれることになる。発振波長を1.3μmに厳
密に一致させるには、上記の歪によるバンドギャップ縮
小の効果と量子閉じ込め効果によるバンドギャップ拡大
の効果とを勘案して組成を第2図のC線から多少ずらし
て調整すればよい。
て重要な1.3μm帯で発振し、低閾値密度、低チャー
ピングが実現できる活性層構造を、量子井戸層およびバ
リア層の層数が数百まで、歪の誘起する転位を生じるこ
となく成長させることが可能となり、このことにより、
垂直キャビティをもつ面発光レーザを1.3μm帯で実
現することが可能となる。
層とバリア層の厚みと組成を調整することによってIn
Pの格子定数に等しくすることができる。また、本発明
の面発光半導体レーザは、量子井戸層、バリア層をAl
GaInAsで構成することもできる。ここで、量子井
戸層をAlGaInAsとする場合は、3図における
L’線(InPとの格子定数線)よりもInAsよりの
領域、即ち3図中の斜線領域からバンドギャップ波長
1.3μmの組成を選択すれば良く、バリア層をAlG
aInAsとする場合は、3図におけるL’線のGaA
sまたはAlAsよりの領域、即ち3図中の斜線の無い
領域からバンドギャップ波長が、1.3μm以下の組成
を選択すればよい。
GaInAsPとするタイプ、量子井戸をGaInAs
Pとし、バリア層をAlGaInAsとするタイプ、量
子井戸をAlGaInAsとし、バリア層をGaInA
sPとするタイプ、量子井戸、バリア層ともにAlGa
InAsとするタイプの4つのタイプの面発光レーザを
実現することができる。
帯において発振する面発光半導体レーザ装置について説
明したが、1.3〜1.55μm帯においても上述と同
様にして、本発明の構成を得ることができることは当業
者に明らかである。
1.3〜1.55μm帯の発振波長を有し、高性能であ
る量子井戸半導体レーザが得られるという優れた効果が
ある。
ャップの伝導帯側を示す図(b)
Claims (1)
- 【請求項1】InP基板上に、量子井戸層とバリア層か
らなる活性層を含む3−5族化合物半導体層を有する面
発光半導体レーザ素子において、量子井戸層はその格子
定数がInPの格子定数よりも大きく、バリア層はその
格子定数がInPの格子定数よりも小さく構成されてお
り、かつ、量子井戸層、バリア層はGaInAsPまた
はAlGaInAsにより構成されていることを特徴と
する面発光半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21669497A JP3033717B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 面発光半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21669497A JP3033717B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 面発光半導体レーザ素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63285549A Division JP2898643B2 (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 量子井戸半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1070342A true JPH1070342A (ja) | 1998-03-10 |
| JP3033717B2 JP3033717B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=16692465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21669497A Expired - Lifetime JP3033717B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 面発光半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3033717B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018078290A (ja) * | 2016-10-31 | 2018-05-17 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
1997
- 1997-08-11 JP JP21669497A patent/JP3033717B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018078290A (ja) * | 2016-10-31 | 2018-05-17 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3033717B2 (ja) | 2000-04-17 |
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