JPS6356977A - 半導体レ−ザ - Google Patents

半導体レ−ザ

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JPS6356977A
JPS6356977A JP20046186A JP20046186A JPS6356977A JP S6356977 A JPS6356977 A JP S6356977A JP 20046186 A JP20046186 A JP 20046186A JP 20046186 A JP20046186 A JP 20046186A JP S6356977 A JPS6356977 A JP S6356977A
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JP
Japan
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layer
thickness
quantum well
layers
laser
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Pending
Application number
JP20046186A
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English (en)
Inventor
Akira Furuya
章 古谷
Masao Makiuchi
正男 牧内
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】 〔概要〕 量子井戸構造を活性層とする横方向注入レーザにおいて
、量子井戸を構成する第2の半4体層(バリア層)の厚
さをド・ブロイ波長以上に十分大きくして、第1の半導
体層(ウェルN)に十分の数のキャリア(電子と正孔)
が局在できるようにし、ウェル層にキャリアを横方向に
注入することにより、各ウェル層間にキャリア注入の不
均一を生じさせないようにして、レーザの低しきい値化
をはかる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は量子井戸構造を活性層とする横方向注入レーザ
の量子井戸構造に関する。
半導体レーザは光通信用の電源として多用されるように
なり、その性能改善のための技術開発が活発に行われて
いる。
本出願人はさきに、光の横方向の閉じ込め効果を向上し
、しきい値電流を低減し、かつ集積化に通した量子井戸
構造を活性層とする横方向注入レーザを特願昭60−2
7059号明細書に開示したが、本発明はこのレーザを
さらに低しきい値化、短波長化するための量子井戸構造
を提起する。
〔従来の技術〕
量子井戸構造を活性層とする従来例のレーザとして、量
子井戸層に対して垂直に電流を流す型のものについて、
低しきい値の発振が報告されている。
量子井戸レーザが低しきい値で発振するのはウェル層の
長さをド・ブロイ(de Broglie)波長以下に
して、量子サイズ効果によりウェル層内の電子、または
正孔が2次元電子ガス化することにより、伝翼おび、価
電子帯の最低量子準位の状態密度が高いことに起因して
いる。
従って、ウェル層に注入された電流密度と光学利得の関
係は通常のダブルヘテロ(DH)構造のレーザに比べて
、小さい電流で大きい利得を得ることができるが、単一
量子井戸(SQW) レーザにおいては、光学利得は5
00cm−’を越すと飽和する傾向を示す+(第3図参
照)。
1)   Dutta  et  al、、J、八pp
1.Phys、  53(1982)?221゜そこで
、多数の量子井戸を垂直方向に近接して並べ、光の閉じ
込めをよくするとともに、1つの量子井戸に課する光学
利得を小さいレベルに抑えて低しきい値で発振する多重
量子井戸(MQW)  レーザが開発された。
しかしながら、従来のMQWレーザでは、MQWを構成
する半導体層に対して垂直にキャリア(電子と正孔)の
注入を行っているので、十分な量子効果を得ることがで
きる程度にバリア高さが大きく、かつ厚いバリア層を用
いた場合は、キャリアは各バリア層をトンネルして各ウ
ェル層に注入されるため、注入キャリア数に不均一を生
じる(第4図参照)。従って、並べる量子井戸数を多く
できなかった。
^lXGa、、As (バリア層) /GaAs (ウ
ェル層)のMQWではバリア高さは最低でx−0,2を
必要とし、バリア層数は高々、4〜6が最適値である。
注入キャリアの不均一性を改善するために、さらにバリ
ア高さの低いバリア層を用いると、各々の量子井戸に局
在する波動関数が拡がってしまい、十分な量子サイズ効
果が得られなくなる(第5図参照)。
これに対して、本発明者等が提起した横方向注入j1Ω
讐レーザについてつぎに説明する。
第6図は量子井戸構造を活性層とする横方向注入レーザ
の構造を説明する断面図である。
図において、 1 は5r−GaAs  基牟反、 2.4はクラッド層で厚さ1μmの 高抵抗(HR)−A1xGa+−xA4(x=0.45
 )、 3は多重量子井戸(M叶)構造の活性層、3Aは横方向
注入レーザの′活性層(発光領域)で、幅0.5〜1.
5μm 5はp型不純物(Zn)の拡散により形成したp型領域
(p型電極領域)、 5Aはp型拡散による無秩序化領域、 6はn型不純物(St)の拡散により形成したn型領域
(n型電極領域)、 6Aはn型拡散による無秩序化領域、 である。
無秩序化領域5A、 6Aは、GaAsとAlGaAs
が相互拡散して無秩序化し、平均組成の混晶が形成され
た領域で、これにより活性層が横方向にダブルヘテロ構
造を形成し、横方向の光の閉じ込めを向上するものであ
る。
つぎに、これレーザの製造工程の概略を説明する。
まず、分子線エピタキシャル成長(MBE)法、有機金
属化学気相成長(MOCVD)法、液相エピタキシャル
成長(LPE)法等により、5r−GaAs基板1上に
11R’−AIGaAsクラッド層2、M[lW構造の
活性層3、HR−AIGaAsクラッド層4を順次成長
する。
つぎに、600℃でZnを拡散してn型領域5を形成し
、850°CでSiを拡散してn型領域6を形成する。
これらの領域形成は上記の気相拡散に代わってイオン注
入を用いてもよい。
以上の工程により基板に横方向注入MQWレーザが形成
される。
第7図は従来例のMQW構造(GaAs/AlGaAs
の周期構造)を説明するA1.Ga、、Asの混晶比X
の厚さ方向の分布図である。
図において、1叶は厚さ80人でGaAs層が5層、厚
さ120人のAlxGa+−Js(x=0.3)atが
4層交互に積層して形成する。
以上説明した横方向注入MQWレーザでは、キャリアは
電極より直接各ウェル層に横方向(ウェル層に平行)に
注入されるため、各ウェル層の注入キャリア数は均一で
あり、従ってMQHの層数を増やすことができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、横方向注入MQW レーザにおいても従
来例のMOW構造を活性層に用いると、バリア層はウェ
ル層よりは厚いが、それでもド・ブロイ波長以下である
ため、各ウェルの波動関数の裾野が重なり合い、完全な
量子サイズ効果が得られないという欠点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点の解決は、量子井戸構造の活性層と、該活性
層を挟む絶縁性または半絶縁性半導体層のクラッド層と
、該クラッド層を通して該活性層にたがいに間隔を隔て
て導電性不純物を導入して形成されたp型およびn型領
域を有し、該p型およびn型領域内の量子井戸構造は無
秩序化され、該活性層は横方向にダブルヘテロ構造をも
つ組子井戸横方向注入レーザにおいて、 量子井戸構造は少なくとも、 電子、または正孔のド・ブロイ波長より小さい厚さの第
1の半導体層と、 該第1の半導体層を挟む、禁制帯幅が該第1の半導体層
より大きく、かつ該ド・ブロイ波長以上の厚さの第2の
半導体層 とを有することにより達成される。
量子井戸構造は5(IW 、またはMQW構造のいずれ
でもよい。
〔作用〕
本発明はレーザの素子厚を薄くでき、集積化が容易で、
低しきい値で、かつ寄生型容量の小さい横方向注入量子
井戸レーザにおいては、横方向より各ウェル層に均一に
キャリアを注入できるため、バリア層の厚さと高さの制
約を受けることはなく、従って、量子井戸構造のバリア
層の厚さをド、ブロイ波長以上にし、さらにバリア高さ
を十分に大きくとって、注入キャリアを各ウェル内に十
分の密度に局在させることにより、さらに低しきい値化
を行ったものである。
〔実施例〕
第1図は本発明の横方向!IQ−レーザの一実施例を説
明する説明14AIXGa、−,Asの混晶比Xの厚さ
方向の分布図である。
図において、厚さ1μmのクラッド層のHR−AIXG
a+−xAs(x=0.7ン層間に挟まれた4Q諌はウ
ェル層として、厚さ60人のGaAs層を4層、バリア
層として、厚さ300人のAlxGa+−xAs(x=
0.7)層を3層 交互に積層して形成する。
最上層の厚さ0.5層1mのGaAs層はオーミックコ
ンタクトをとるためのコンタクト層である。
MQW層に垂直方向にキャリアを注入する場合には、バ
リア高さはx=0.3と低かったが、本発明では横方向
注入により、X=0.7と高(することができる。
また、バリア層の厚さは本発明では横方向注入により、
、 GaAsのド・ブロイ波長300 Å以上と厚(す
ることができる。
また、活性層のX値の上昇にともない、活性層とクラッ
ド層との屈折率差を十分とって垂直方向の光の閉じ込め
をよくするためにクラッド層のII!?−へ1.Ga1
−.45層もX−0,7と従来例より大きくする。
第2図は本発明の横方向!’lQWレーザの他の実施例
を説明するXMf〆A]甚a、−、Asの混晶比Xの厚
さ方向の分布図である。
図において、厚さ1μmのクラッド層の)IR−A1.
Ga+−、As(x=0.7)N間に挟まれたMQWは
ウェル層として、厚さ60人AIXGap−Js(x 
=0.2)層を5層、 バリア層として、厚さ300人のAlAs層を6層交互
に積層して形成する。
発振波長はウェル層がGaAs (第1図の例)のとき
8300〜8500人であるが、この場合は約6500
人となり、可視光用の短波長レーザが得られる。
レーザを計測に用いる場合その精度は波長で決まるため
、短波長レーザは計測用に用いられる場合が多い。しか
しながら、現在の短波長レーザはガスレーザが主流をし
め、装置が大型であるため、半4体レーザの出現が期待
されていた。
一般に可視光用の半導体レーザの低しきい値化は難しい
が、本発明によりウェル層にもAIを含む組成のエビ層
を用いて注入キャリアの不均一性のない、低しきい値の
短波長半導体レーザが得られるようになった。
実施例においては、GaAs/AlGaAs系のレーザ
にについて説明したが、無秩序化が可能なその他の組成
(GaP/GaAsP、 InGaAs/GaAs超格
子等)のレーザについても全く同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように本発明によれば、低しきい値
、短波長の横方向注入量子井戸レーザが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の横方向MQWレーザの一実施例を説明
する1[J’!AtXca、−、Asの混晶比χの厚さ
方向の分布図、 第2図は本発明の横方向MQWレーザの他の実施例を説
明する説緋ずり^1.Ga、−,Asの混晶比Xの厚さ
方向の分布図、 第3図は電流密度に対する光学利得の関係図、第4図は
?11層に垂直注入の場合の各ウェル層のキャリア分布
を示す図、 第5図は各バリア層を低くしたときの波動関数の拡がり
を示す図、 第6図は量子井戸構造を活性層とする横方向注入レーザ
の構造を説明する断面図、 第7図は従来例のMQW構造(GaAs/AlGaAs
の周期構造)を説明するAlxGa+−xAsの混晶比
×の厚さ方向の分布図である。 図において、 1は5I−GaAs基板、 2.4はクラッド層でHR−AIGaAs層、3はMQ
W構造の活性層、 3Aは横方向注入レーザの活性層(発光領域)、5はp
型領域(p型電極領域)、 5^はp型拡散による無秩序化領域、 6はn型領域(n型電極領域)、 6Aはn型拡散による無秩序化領域、 である。 セtf)夫臘イ列e1発帝図 第2 図 亭3 @ 第4圀       亭5因 オ!行?761丁う主、き\L−丈゛0 前1f口 四
?1第6圀 /’7QW/:χ介争図 阜7 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟む絶縁性または
    半絶縁性半導体層のクラッド層と、該クラッド層を通し
    て該活性層にたがいに間隔を隔てて導電性不純物を導入
    して形成されたp型およびn型領域を有し、該p型およ
    びn型領域内の量子井戸構造は無秩序化され、該活性層
    は横方向にダブルヘテロ構造をもち、 該量子井戸構造は少なくとも、 電子、または正孔のド・ブロイ波長より小さい厚さの第
    1の半導体層と、 該第1の半導体層を挟む、禁制帯幅が該第1の半導体層
    より大きくかつ該ド・ブロイ波長以上の厚さの第2の半
    導体層 とを有することを特徴とする半導体レーザ。
JP20046186A 1986-08-27 1986-08-27 半導体レ−ザ Pending JPS6356977A (ja)

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Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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