JPH06164069A

JPH06164069A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH06164069A
Application number: JP31520292A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yamamoto; 剛之山本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1994-06-10

Abstract

(57)【要約】【目的】多重量子井戸構造の活性層を有するＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レーザに関し、正孔の不均一注
入が引き起こす量子井戸活性層の総合利得Ｇの低下を補
償できるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系多重量子井戸型レー
ザを提供することを目的とする。【構成】少なくとも２層以上のＩｎＧａＡｓＰ系量子
井戸層を有する多重量子井戸構造の活性層と活性層を挟
むｐ型層とｎ型層を有する半導体レーザであって、正孔
の不均一注入による利得のピーク波長の変化を補償する
ように、ｐ型層側の量子井戸層の組成または層厚の少な
くとも一方が、よりｎ型層側の少なくとも１つの量子井
戸層の実効的バンドギャップよりも狭い実効的バンドギ
ャップを有するように選択されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザに関し、
特に多重量子井戸構造の活性層を有するＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系半導体レーザに関する。なお、本明細書で
「ＩｎＧａＡｓＰ系」とは、ＩｎＧａＡｓを含むものと
する。また、量子井戸層での伝導帯における基底エネル
ギ準位と価電子帯における基底エネルギ準位との間のエ
ネルギ差を実効的バンドギャップと呼ぶ。

【０００２】半導体レーザは、小型、軽量、高信頼性、
長寿命という特性を生かして、オプトエレクトロニクス
のキーデバイスとして通信用、民生用に広く実用化され
ている。

【０００３】特に、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ系活
性層を備えたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レーザ
は、発振波長が１．２〜１．５μｍ帯をカバーするた
め、石英系ファイバの最低損失領域と一致し、長距離光
通信用光源として重要視されている。

【０００４】

【従来の技術】光通信用光源として、半導体レーザに要
求される特性は、発振モードの単一性や光出力、高速変
調時の安定性等、多岐に亘る。現在、世界的に進められ
ている幹線系通信から、さらに加入者系やＬＡＮ系とい
う分岐系へ光ファイバ通信を拡大していくためには、光
源として用いられる半導体レーザに広い温度範囲で安定
して低閾値発振できる特性が求められている。

【０００５】低閾値発振の目的で注目されているものに
量子井戸型レーザがある。その層構造および量子井戸活
性層のバンド構造を、図４に示す。量子井戸型レーザ
は、従来のダブルヘテロ構造によるキャリアおよび光の
空間的閉じ込めに加えて、キャリアのエネルギ的閉じ込
め効果によって利得を増し、発振閾値を下げることがで
きる。通常は図示したように、複数の量子井戸層を有す
る多重量子井戸構造を活性層に用いることが多い。

【０００６】図４（Ａ）は、一般に用いられている多重
量子井戸型レーザの層構造を示す。ｎ型基板２１上に、
エピタキシャル成長技術を用いてｎ型クラッド層２２、
ｎ型光閉じ込め層２３、ｉ型（アンドープ）多重量子井
戸層（活性層）２４、ｐ型光閉じ込め層２５、ｐ型クラ
ッド層２６およびｐ型コンタクト層２７が層状に堆積さ
れている。

【０００７】光閉じ込め層２３、２５は、ＳＣＨ（Sepa
rate Confinement Heterostructure）層ともいわれる。
各成長層は、通常ｎ型基板２１に格子整合しているが、
最近意図的に格子不整合を導入した歪多重量子井戸構造
も提唱されている。

【０００８】図４（Ｂ）に示すように、ｉ型多重量子井
戸層２４は、複数の量子井戸層、たとえば３層の量子井
戸層２８ａ、２８ｂ、２８ｃと量子井戸層を分離するバ
リア層、たとえば２層のバリア層２９ａ、２９ｂを含
む。

【０００９】その電流注入時のエネルギ帯図は図４
（Ｃ）のようになる。図で、Ｅ_cは伝導帯のバンド端の
エネルギを、ΔＥ_cは量子井戸層とバリア層のＥ_cの差
を、Ｅ_vは価電子帯のバンド端のエネルギを、ΔＥ_vは
量子井戸層とバリア層のＥｖの差を、Ｅｇは量子井戸層
のバンドギャップを示す。

【００１０】量子井戸層の幅は、電子のドブロイ波長以
下の薄さ（通常数〜数十Å）に設定されている。この結
果、電子のとり得る準位は量子化され、量子準位に局在
化された電子および正孔間で再結合輻射を生じる。

【００１１】１次元（厚さ）方向の量子化によりエネル
ギ状態密度が階段状になる。このため、利得が増加して
低閾値で発振し得る。発振エネルギは、エネルギ準位の
量子化によりバンドギャップＥｇより大きくなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】比較的高温の環境下に
おいても、量子井戸層に十分キャリアを閉じ込めておく
には、量子井戸層のポテンシャル井戸は電子に対して
も、また正孔に対しても十分深くならなければならな
い。

【００１３】しかるに、光通信用レーザであるＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰ系レーザの場合、電子に対するポテンシ
ャル井戸の深さ（図４（Ｂ）のΔＥ_c）が、正孔に対す
るポテンシャル井戸の深さ（ΔＥ_v）より浅い。したが
って、ΔＥ_cを十分な大きさで確保すると、ΔＥ_vは必
要以上に大きくなる。

【００１４】この結果、順方向バイアスによってキャリ
アが量子井戸層に注入されると、ｐ型層に近い量子井戸
程多くの正孔が分布し、正孔濃度が各井戸層間で異なる
分布を持つ。

【００１５】図１（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明すると、
次のようになる。今、４層のポテンシャル井戸を有する
量子井戸活性層の各ポテンシャル井戸に均等に正孔が注
入された理想的な場合には、単一量子井戸層の利得ｇは
各量子井戸層で等しくなる。

【００１６】すなわち、正孔に対する各ポテンシャル井
戸をＷ_h1、Ｗ_h2、Ｗ_h3、Ｗ_h4（ただし、番号はｐ層側か
ら数えるものとする）とした時、各量子井戸層の利得ｇ
と波長λの関係を示す図は、図１（Ａ）の中央の図のよ
うに与えられ、各量子井戸層で等しくなる。

【００１７】したがって、量子井戸活性層全体の総合利
得Ｇは、単純に単一量子井戸層の利得ｇを４倍して、図
１（Ａ）の右側の図のように与えられることになる。利
得ピーク波長で利得は層数倍される。

【００１８】しかし、電子に対するポテンシャル井戸の
深さを十分深くしたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系量子井戸
活性層に正孔を注入すると、正孔に対するポテンシャル
井戸が深いため、正孔はｐ層側に近いポテンシャル井戸
程高濃度となるように不均一に分布する。すなわち、正
孔に対する各ポテンシャル井戸の正孔濃度をｐ_i（ｉ＝
１〜４）とすると、ｐ₁＞ｐ₂＞ｐ₃＞ｐ₄となる。

【００１９】この結果、図１（Ｂ）で示すように、各量
子井戸層における利得ｇは波長に対して異なるピーク位
置を示し、かつピーク値ｇ_max自体も井戸層毎に異な
る。ピークの波長位置が変わると、各量子井戸層の寄与
を合計した量子井戸活性層の総合利得Ｇは、ピーク値Ｇ
_maxが図１（Ａ）の場合より小さくなる。

【００２０】このことは、とりもなおさず、レーザ発振
の閾値増大につながる。不均一な正孔注入の問題点を回
避するために、バリア層の厚みを減らして隣接する量子
井戸層間をトンネル結合させ、バリア層を通過するトン
ネリングによって正孔濃度を均一化させようとする提案
がある。

【００２１】しかし、この場合には、電子のポテンシャ
ル井戸間でもトンネル結合が生じて、波動関数の広がり
によるブロードニングのために電子準位がボケて量子井
戸層による電子局在化の効果が薄れる。この結果、閾値
が上昇してしまう。

【００２２】本発明の目的は、正孔の不均一注入が引き
起こす量子井戸活性層の総合利得Ｇの低下を補償できる
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系多重量子井戸型レーザを提供
することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、少なくとも２層以上のＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸層
を有する多重量子井戸構造の活性層と活性層を挟むｐ型
層とｎ型層を有する半導体レーザであって、正孔の不均
一注入による利得のピーク波長の変化を補償するよう
に、ｐ型層側の量子井戸層の組成または層厚の少なくと
も一方が、ｎ型層側の少なくとも１つの量子井戸層の実
効的バンドギャップよりも狭い実効的バンドギャップを
有するように選択されていることを特徴とする。

【００２４】

【作用】実効的バンドギャップが狭い量子井戸層には、
正孔の不均一注入により、より多くの正孔が注入され
る。このため、電子・正孔間の再結合輻射エネルギは上
昇する。

【００２５】上昇した電子・正孔の再結合エネルギがよ
りｎ型層側の量子井戸層の電子・正孔間の再結合輻射エ
ネルギと等しくなれば、利得のピーク波長が揃う。この
ようにして、正孔の不均一注入による利得のピーク波長
の変化を実効的バンドギャップの変化によって補償する
ことができる。

【００２６】なお、実効的バンドギャップの変化は、量
子井戸層の組成または層厚を調整することによって実行
することができる。

【００２７】

【実施例】図１は、本発明の半導体レーザの原理を説明
するための図である。ここで、半導体レーザの多重量子
井戸層は、１例として４層の井戸を有しているものとす
る。ＩｎＧａＡｓＰ系材料の特性からΔＥ_c＜ΔＥ_vで
ある。正孔に対するポテンシャル井戸層は、ｐ層側から
順にＷ_h1、Ｗ_h2、Ｗ_h3、Ｗ_h4と表されている。

【００２８】図１（Ｂ）を用いて既に説明したように、
このような多重量子井戸活性層においては、順方向バイ
アスが印加された時、ｐ層側から注入される正孔濃度
は、正孔に対する各ポテンシャル井戸の正孔濃度をｐ₁
〜ｐ₄とする時、ｐ₁＞ｐ₂＞ｐ₃＞ｐ₄と不均一に分
布する。

【００２９】各ポテンシャル井戸の深さおよび幅が等し
い従来の量子井戸層においては、この結果、各量子井戸
層で発生する利得ｇが図１（Ｂ）のように不均一とな
り、総合利得Ｇは低くなる。

【００３０】図１（Ｃ）で示したポテンシャル井戸の深
さが不均一な量子井戸層からなる多重量子井戸型レーザ
においては、各量子井戸の利得ｇのピーク波長を揃える
ことができる。

【００３１】すなわち、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導
体レーザにおいては、ΔＥ_c＜ΔＥ _vであるが、各量子
井戸層のバンドギャップＥｇ_(n)がＥｇ₍₁₎＜Ｅｇ₍₂₎＜Ｅｇ₍₃₎＜Ｅｇ₍₄₎ に選定されている。

【００３２】このような選定は、各量子井戸層を構成す
るＩｎ_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ_1-yの混晶比ｘ、ｙ（組成）
を変化させることによって行なうことができる。また、
量子井戸層の幅を変えることによっても実効的バンドギ
ャップを変化させることができる。

【００３３】各量子井戸層のバンドギャップＥｇ
_(n)が、図１（Ｃ）に示すようにｐ型層側ほど狭くなっ
ていると、不均一な正孔注入が生じた時、正孔濃度の不
均一に伴う利得ピーク波長の差を補償することができ
る。

【００３４】この結果、正孔濃度の違いによる利得ｇの
ピーク値ｇ_maxの違いは存在するが、各井戸層でｇ_max
を与える波長を、図１（Ｃ）の中央の図のように揃える
ことができる。したがって、各量子井戸層の利得ｇを加
算した多重量子井戸活性層の総合利得Ｇは、図１（Ｃ）
の右端のように大きくなる。

【００３５】総合利得Ｇの大きさは、各量子井戸層の利
得ピークｇ_maxを与える波長が完全に一致すれば、利得
飽和の生じない範囲では、図１（Ａ）右端に示す均一正
孔注入の場合のＧにほぼ一致するはずである。

【００３６】なお、実効的バンドギャップを変化させる
ために、各量子井戸層の厚さを変化させると、各井戸層
毎にエネルギ状態密度が異なるため、環境温度の変化に
対するキャリアのエネルギ分布の変化が井戸層毎に変わ
ることになる。

【００３７】これに対し、同一層厚で組成を変えた場合
には、エネルギ状態密度はどの井戸層においてもほぼ同
じであるので、温度が変化しても利得のピーク波長を揃
えることができる。

【００３８】なお、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ系材
料で多重量子井戸構造を形成する場合、各量子井戸層の
組成は以下のような条件を考慮して定めればよい。Ｉｎ
_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ_1-yがＩｎＰに格子整合する条件
は、０．１８９４ｙ−０．４１８４ｘ＋０．０１３０ｘｙ＝
０と表される。

【００３９】また、ＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓ
Ｐのバンドギャップエネルギ（Ｅｇ）は実験的に、Ｅｇ_(y)＝１．３５−０．７２ｙ＋０．１２ｙ² と求められている。この２式を用いることにより、所望
のＥｇに対してｘ、ｙを求めることができる。

【００４０】また、Ｅｇとバンドギャップ波長（λｇ）
の関係は、 λｇ＝ｈｃ／Ｅｇ（ｈ：ブランク定数、ｃ：光
速）で表される。たとえば、ＩｎＰに格子整合し、バンドギ
ャップ波長λｇ＝１．２μｍとなる組成は、Ｉｎ_0.78Ｇ
ａ_0.22Ａｓ_0.48Ｐ_0.52となる。

【００４１】なお、量子井戸層の組成は、上記のＩｎＰ
基板に格子整合するものに限らない。この場合、量子井
戸層には二軸性の歪が加わり、組成の違いに歪による効
果が加わってバンドギャップが変化する。たとえば、Ｉ
ｎ_1-xＧａ_xＡｓ３元混晶の量子井戸層に引張歪を導入
すると、引張歪の大きい量子井戸層程、電子と正孔の量
子準位間エネルギを大きくすることができる。

【００４２】なお、歪を量子井戸層に導入することによ
り、より少ないキャリア濃度で所望の利得を与えること
ができる。このため、歪多重量子井戸構造の活性層を用
いると、発振閾値をより低くすることができる。

【００４３】図２は、本発明の１具体的実施例によるＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系多重量子井戸半導体レーザの製
造工程の主要部を示す断面図である。ＩｎＰ基板を用
い、多重量子井戸構造の活性層をＩｎＧａＡｓＰ系半導
体で構成する。

【００４４】まず、図２（Ａ）に示すように、有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）法またはガスソース分子線エピ
タキシ（ＭＢＥ）法を用いてＳｎまたはＳドープｎ型Ｉ
ｎＰ基板１上に、厚さ１μｍのＳドープｎ型ＩｎＰクラ
ッド層２、厚さ０．１７μｍのＳドープｎ型Ｉｎ_0.85Ｇ
ａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67光閉じ込め層３を成長し、その上
にアンドープで厚さ１０ｎｍの４層のＩｎ_0.85Ｇａ_0.15
Ａｓ_0.33Ｐ_0.67バリア層と、アンドープで厚さ７ｎｍの
５層のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層を交互に積層したｉ型
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４を形成
する。

【００４５】さらに、活性層４の上に厚さ０．１７μｍ
のＺｎドープｐ型Ｉｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67光閉
じ込め層５、厚さ２μｍのＺｎドープｐ型ＩｎＰクラッ
ド層６をこの順序で連続的にエピタキシャル成長させ
る。

【００４６】なお、ｐ型ＩｎＰクラッド層６は、その一
部のみをここで成長させ、残りを後に成長させてもよ
い。各ＩｎＧａＡｓＰ混晶層の組成は、全てＩｎＰに格
子整合するように選択される。

【００４７】ｉ型ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷ活性層４の５
層の量子井戸層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅは、ｐ型
Ｉｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67光閉じ込め層５に近い
程ポテンシャル井戸が深くなるように（バンドギャップ
が小さくなるように）組成が選択され、厚さ１０ｎｍの
アンドープＩｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67バリア層９
ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄと交互に配置される。

【００４８】量子井戸層の組成は、中央の８ｃがＩｎ
_0.54Ｇａ_0.46Ａｓ_0.98Ｐ_0.02（λｇ＝１．６４μｍ）で
あり、電子・正孔の量子準位間遷移によって１．５５μ
ｍの光が輻射される組成となっている。他の量子井戸層
の組成は、図１（Ｃ）を用いて説明したように、正孔の
不均一注入による影響を補償して各量子井戸層の利得ｇ
のピーク波長が１．５５μｍになるように選択する。

【００４９】厚さ１０ｎｍのバリア層は、隣接量子井戸
層間でトンネル結合が生じ、キャリアがトンネリングす
るのを実質的に抑制できる厚みである。また、バリア層
と量子井戸層のΔＥ_cは約０．１５ｅＶ、ΔＥ_vは約
０．２２ｅＶであり、駆動時にキャリアを量子井戸層内
に閉じ込めるために十分な高さのバリアとなっている。

【００５０】次に、図２（Ｂ）で示すように、メサエッ
チングを行ない、ストライプ構造を形成する。まず、ｐ
型ＩｎＰクラッド層６表面に堆積したＳｉＯ₂膜をホト
リソグラフィの技術とエッチングによりパターニング
し、ストライプ状のＳｉＯ₂マスク１０を形成する。次
に、ＳｉＯ₂マスク１０をエッチングマスクとしてｎ型
ＩｎＰクラッド層２までメサエッチングする。

【００５１】次に、図２（Ｃ）に示すように、液相エピ
タキシ（ＬＰＥ）等によりメサ側面の埋込成長を行な
う。図２（Ｃ）に示すように、まずｐ型ＩｎＰ（電流）
狭窄層４０を成長させ、続いてｎ型ＩｎＰ（電流）狭窄
層４１を選択成長させる。

【００５２】図２（Ｂ）のメサエッチングは、化学エッ
チング、化学エッチングとメルトバック、化学エッチン
グとドライエッチング等によって行なうことができる。
また、図２（Ｃ）で示す埋込成長は、ＬＰＥの他、ＭＯ
ＣＶＤ法等の他の方法を用いて行なうこともできる。

【００５３】図２（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ₂マスク
１０を除去後、必要に応じてｐ型ＩｎＰクラッド層６の
残りの部分を成長し、その上に厚さ０．５μｍのＺｎド
ープのｐ型Ｉｎ_0.72Ｇａ_0.28Ａｓ_0.6Ｐ_0.4コンタクト
層７を成長する。

【００５４】基板およびコンタクト層７上にｎ層側、ｐ
層側の電極４２、４３を形成すれば、レーザ素子ができ
あがる。ｎ層電極としては、たとえばＡｕＧｅ／Ａｕ電
極４２を、またｐ層電極としては、たとえばＴｉ／Ｐｔ
／Ａｕ電極４３をそれぞれ蒸着熱処理すればよい。共振
器として端面をへき開すれば、ファブリーペロ形レーザ
となる。

【００５５】このレーザ素子をステムにマウントして順
方向に通電すると、量子井戸層の組成が正孔の不均一濃
度分布による利得のピーク波長のずれを打ち消すように
調整されているので、ＭＱＷ活性層全体の総合利得Ｇを
高めることができる。この結果、同一サイズ同一組成を
有するＭＱＷ活性層を用いた場合に比べて１．５５μｍ
のレーザ発振閾値電流を約３０％低減することができ
る。

【００５６】図２に示した実施例では、光閉じ込め層
３、５の混晶組成はＭＱＷのバリア層と同じとし、単一
組成にした。これは、いわゆる単純ＳＣＨ（Separate C
onfinement Heterostructure）である。

【００５７】しかし、光閉じ込め効率を検討して活性層
に近い領域が最も屈折率が高く、クラッド層に近付くに
つれて徐々に屈折率を低くするような傾斜型ヘテロ構
造、いわゆるＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded Index−ＳＣ
Ｈ）を用いることもできる。勿論、他の構造のヘテロ接
合を用いてもよい。

【００５８】図３は、本発明の他の実施例である半導体
レーザの層構造を示す断面図である。この半導体レーザ
においては、歪多重量子井戸構造の活性層が用いられて
いる。

【００５９】Ｓｎドープのｎ型ＩｎＰ基板１１上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法等を用いて、厚さ１μｍのＳドープｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層１２、厚さ０．１７μｍのＳドープのｎ型
Ｉｎ _0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67ＳＣＨ層１３、アンド
ープで３層のＩｎＧａＡｓ量子井戸層１８ａ、１８ｂ、
１８ｃとアンドープで２層のＩｎＧａＡｓＰバリア層１
９ａ、１９ｂを交互に積層したｉ型ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１４、厚さ
０．１７μｍのＺｎドープのｐ型Ｉｎ_0.85Ｇａ_0. ₁₅Ａｓ
_0.33Ｐ_0.67ＳＣＨ層１５、厚さ２μｍのＺｎドープのｐ
型ＩｎＰクラッド層１６および厚さ０．５μｍのＺｎド
ープのｐ型Ｉｎ_0.72Ｇａ_0.28Ａｓ_0.6Ｐ_0. ₄コンタクト
層１７をこの順序で堆積する。

【００６０】ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＭＱＷ
活性層１４の量子井戸層１８ａ〜１８ｃは異なる組成を
有し、歪多重量子井戸構造を構成する。厚さ１２ｎｍの
ｉ型ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１８ａ〜１８ｃは、ＩｎＰ
より小さな格子定数となる組成を有しており、引張歪を
受ける。

【００６１】その組成は１．５３μｍで発振し、かつ正
孔の不均一注入による利得のピーク波長のずれを補償す
るように中央の量子井戸層１８ｂでＩｎ_0.35Ｇａ_0.65Ａ
ｓであり、ｎ層側量子井戸層１８ａはこれよりＧａリッ
チ、ｐ層側量子井戸層１８ｃはこれよりＩｎリッチの組
成となっている。量子井戸層１８ａ、１８ｃの組成は、
量子井戸層の正孔濃度比に合わせて利得が最大になるよ
うに調整する。

【００６２】バリア層１９ａ、１９ｂは、隣接する量子
井戸層間のトンネリングを実効的に禁止できる厚さ１０
ｎｍのｉ型Ｉｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67からなり、
ＩｎＰに格子整合している。各井戸層の引張歪量ξは、
ξ_18a＞ξ_18b＞ξ_18cとなる。ＩｎＰ格子整合するＩ
ｎＧａＡｓ組成はＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓであり、バンド
ギャップＥｇは、Ｅｇ_18a＞Ｅｇ_18b＞Ｅｇ_18cとな
る。

【００６３】なお、このような３元混晶では、組成を変
化させれば必ず格子定数が変化し、歪多重量子井戸構造
となる。引張歪は、より少ないキャリア濃度で同じ利得
効果を示すので、引張歪ＭＱＷ活性層ではさらに閾値が
下がる。

【００６４】図３に示す層構造も、図２に示したプロセ
ス同様のプロセスで製造することができる。この半導体
レーザに順方向電流を流すと、各井戸層に注入される正
孔濃度は、ｐ_18a＜ｐ_18b＜ｐ_18c と不均一に分布する。

【００６５】しかし、前記したように、歪量はｎ層側で
より大きく、またバンドギャップもｎ層側でより大き
い。すなわち、同一正孔密度ならｎ層側でより高い利得
が得られ、かつ利得ピーク波長がより短波長側になる。

【００６６】したがって、正孔の不均一注入の影響が打
ち消されて、各量子井戸層の利得ピーク波長が１．５３
μｍに揃うと同時に、利得ピーク波長における利得ｇも
高まる。この結果、総合利得Ｇがより大きくなり、レー
ザ発振の閾値電流密度が一層低下する。

【００６７】この実施例においては、ＩｎＧａＡｓ量子
井戸層の歪量がそれぞれ異なる場合について述べたが、
前述の実施例におけるＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層に歪を
持たせてもよい。この場合は、印加歪量が各量子井戸層
で等しくなるように組成調節することも、異なるように
組成調節することもできる。

【００６８】また、上述の２つの具体的実施例では、各
量子井戸層の組成を変化させてバンドギャップが、Ｅｇ_(n+1)＞Ｅｇ_(n) （ただし、ｎ＝１、２、…でｐ層側から数えた井戸層順
序を示す）の関係を満足するようにしたが、井戸層の幅
を変化させて実効的バンドギャップを変化させてもよ
い。また、実効的バンドギャップが単調に変化するよう
にすればよく、隣接する量子井戸層が同一の実効的バン
ドギャップを有してもよい。

【００６９】以上、実施例を用いて本発明を説明した
が、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のＭＱＷ活性層におい
て、少なくとも各量子井戸層の実効的バンドギャップが
ｐ層側からｎ層側に向かって単調増大するように組成を
変化させ、正孔の不均一注入による利得のピーク波長の
変化を補償するものであればよい。さらに、量子井戸層
に歪を与えれば閾値をさらに低減することもできる。

【００７０】本発明は、上述の実施例に制限されるもの
ではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能なことは当業者に自明であろう。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正孔に対するポテンシャル井戸が電子に対するポテンシ
ャルより深く、順方向通電によって正孔が不均一に注入
されるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系ＭＱＷレーザの発振閾
値を低減することができる。

【００７２】また、歪量子井戸構造とすることによって
発振閾値をさらに低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】原理説明図である。図１（Ａ）は、理想的なＭ
ＱＷレーザの活性層の利得特性を示す線図、図１（Ｂ）
は、現実のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系ＭＱＷレーザの活
性層の利得特性を示す線図、図１（Ｃ）は、本発明の不
均一深さ量子井戸層を有する活性層の利得特性を示す線
図である。

【図２】１実施例によるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系ＭＱ
Ｗレーザの製造工程主要部を示す断面図である。

【図３】別の実施例によるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系Ｍ
ＱＷレーザの層構造断面を示す断面図である。

【図４】従来の量子井戸型レーザの構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ｎ型ＩｎＰ基板２ｎ型ＩｎＰクラッド層３ｎ型Ｉｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67光閉じ込め層４ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層５ｐ型Ｉｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67光閉じ込め層６ｐ型ＩｎＰクラッド層７ｐ型Ｉｎ_0.72Ｇａ_0.28Ａｓ_0.6Ｐ_0.4コンタクト層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ量子井戸層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄバリア層１０ＳｉＯ₂マスク１１ｎ型ＩｎＰ基板１２ｎ型ＩｎＰクラッド層１３ｎ型Ｉｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67ＳＣＨ層１４ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ多重量子井戸
（ＭＱＷ）活性層１５ｐ型Ｉｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓ_0.33Ｐ_0.67ＳＣＨ層１６ｐ型ＩｎＰクラッド層１７ｐ型Ｉｎ_0.72Ｇａ_0.28Ａｓ_0.6Ｐ_0.4コンタクト
層１８ａ、１８ｂ、１８ｃｉ型ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１９ａ、１９ｂｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層２１ｎ型基板２２ｎ型クラッド層２３ｎ型光閉じ込め層２４ｉ型多重量子井戸層（活性層）２５ｐ型光閉じ込め層２６ｐ型クラッド層２７ｐ型コンタクト層２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ量子井戸層２９ａ、２９ｂバリア層４０ｐ型ＩｎＰ狭窄層４１ｎ型ＩｎＰ狭窄層４２ＡｕＧｅ／Ａｕ電極４３Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２層以上のＩｎＧａＡｓＰ系
量子井戸層（８、１８）を有する多重量子井戸構造
（４、１４）の活性層と、活性層を挟むｐ型層（５、１
５）とｎ型層（３、１３）を有する半導体レーザであっ
て、正孔の不均一注入による利得のピーク波長の変化を補償
するように、ｐ型層側の量子井戸層（８ｅ、１８ｃ）の
組成または層厚の少なくとも一方が、ｎ型層側の少なく
とも１つの量子井戸層（８ａ、１８ａ）の実効的バンド
ギャップよりも狭い実効的バンドギャップを有するよう
に選択されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】前記ｎ型層側の少なくとも１つの量子井
戸層（８ａ、１８ａ）が歪を有している請求項１記載の
半導体レーザ。
【請求項３】前記量子井戸層がｎ型層側に近づくほど
大きな歪量を有している請求項２記載の半導体レーザ。