Semiconductor laser
专利汇可以提供Semiconductor laser专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To realize a DFB semiconductor laser for high definition television by specifying the thickness of barrier layer having quantum well structure and the number of wells.
CONSTITUTION: 100nm of 13μm composition n-InGaAsP optical guide layer, 20nm of n-InP spacer layer, and 30nm of 1.13μm composition n-InGaAsPSCH layer are formed on an n-InP diffraction grating substrate. A ten layer multiquantum well(MQW) structure comprising 3nm of 1.13μm composition n-InGaAsP barrier layer and 5nm of 1.40μm composition n-InGaAsP well layer is then grown thereon, followed by growing of 60nm of 1.13μm composition undoped InGaAsP optical guide layer and 0.6μm of P-InP clad layer thus fabricating an MQW wafer. The wafer is machined into mesa-pad electrode structure and sliced an then applied with nonreflective coating and highly reflective coatings, respectively, on the surface and the rear. The MQW structure may have barrier layer thickness of 7nm and number of wells of 5-7, or the barrier thickness of 5nm and number of wells of 7-10.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO&Japio，下面是Semiconductor laser专利的具体信息内容。
ｍ以上、７ｎｍ以下であり、ウエルの数が５以上、７以下であることを特徴とする多重量子井戸半導体レーザ。
ｍ以上、５ｎｍ以下であり、ウエルの数が７以上、１０
以下であることを特徴とする多重量子井戸半導体レーザ。
ｍ以下であり、ウエルの数が１０以上であることを特徴とする多重量子井戸半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光デバイスの活性層構造に関し、特に優れた低歪特性が求められるアナログ変調用のＤＦＢ半導体レーザあるいは優れた高速応答特性が求められる幹線系デジタル伝送用半導体レーザの活性層構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】アナログ光通信用のＤＦＢレーザには優れた低歪特性が求められている。 例えばＣＡＴＶ用ＤＦ
Ｂレーザでは４２チャンネルのサブキャリヤ多重伝送においてＣＳＯ≦−６０ｄＢｃ、ＣＴＢ≦−６５ｄＢｃという厳しい低歪特性を満足しなければならない。 また将来ハイビジョンへの対応を考慮すると、使用周波数領域はさらに高くなり、歪特性の規格もさらに厳しくなると考えられる。
【０００３】しかしながら従来のアナログ用ＤＦＢレーザは、現状の規格における歪特性は満足するようなものが得られているが、ハイビジョン等の高周波領域での使用に関しては未だ不十分と言える。
【０００４】また幹線系では、将来１０Ｇｂ／ｓ伝送用の超高速レーザが要求されてくるが、現状では十分な特性の素子は得られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はこの様な従来のアナログ用ＤＦＢレーザの欠点を除去し、高周波領域においても低歪特性を有する素子を実現し、ハイビジョン用として十分使用でるＤＦＢ半導体レーザを実現することにある。 さらにまた、将来の１０Ｇｂ／ｓ伝送にも使用できる超高速レーザを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、多重量子井戸半導体レーザにおいて量子井戸構造のバリヤ層厚が５ｎ
ｍ以上、７ｎｍ以下であり、ウエルの数が５以上、７以下であることを特徴とする。
【０００７】また本発明は、多重量子井戸レーザにおいてバリヤ層厚が３ｎｍ以上、５ｎｍ以下であり、ウエルの数が７以上、１０以下であることを特徴とする。
【０００８】また本発明は、多重量子井戸レーザにおいてバリヤ層厚が３ｎｍ以下であり、ウエルの数が１０以上であることを特徴とする。
【０００９】
【作用】以下に本発明の原理について従来構造と比較しながら説明する。
【００１０】図２（ａ）は従来構造の多重量子井戸レーザのＭＱＷ（多重量子井戸）バンドラインナップを示すものである。 通常バリヤ層厚は１０〜２０ｎｍで、各々のウエルは離れており、各ウエル間での電子およびホールの波動関数の重なり合いは非常に小さい。 この様な場合、各々のウエルは独立なウエルとして見なせる。
【００１１】この様なＭＱＷ構造を活性層に有する半導体レーザでは、キャリヤ注入を行った場合図２（ｂ）に示す様に、各ウエル間でキャリヤ（特にホール）注入の不均一が生ずる。 この様な状態では大きな微分利得を得ることができないばかりか、高出力時の利得の飽和も大きくなり、緩和振動周波数が伸びなくなる。 緩和振動周波数が低ければ、レーザの高速応答が望めないばかりか、アナログ変調時の歪特性が緩和振動の影響を受けるので、歪特性も劣化する。
【００１２】これに対して本発明によるＭＱＷ構造では、図１（ａ）にそのバンド・ラインナップを示す様に、バリヤ層厚が薄いために各々のウエル間での電子およびホールの振動関数の重なり合いは大きくなる。 この場合、各々のウエルはもはや独立なウエルとして見なせなくなる。
【００１３】この様なＭＱＷ構造を活性層に有する半導体レーザでは、キャリア注入を行った場合図１（ｂ）に示す様に、各ウエル間でキャリア注入の不均一は殆ど生じなくなる。 従って、この様な状態では微分利得はエネルギー分離により多少小さくなるが、高出力時の利得の飽和が起こらなくなるので、結果的には緩和振動周波数が伸びる。 緩和振動周波数が高ければ、レーザの高速応答が可能になり、アナログ変調時の歪特性は改善される。
【００１４】それでは、バリヤ層がどれくらい薄くなればこの様な効果が現れるかであるが、図３は３ウエル多重量子井戸構造における３つの第一量子準位に対する遷移エネルギーをバリヤ層厚に対して計算したものである。 ウエルは厚さ６ｎｍのＩｎＧａＡｓ、バリヤは１．
１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰである。 バリヤ層厚が１
０ｎｍ以上の場合はエネルギー分離は５ｍｅＶ以下と小さいが、バリヤ層厚が７ｎｍ以下になると１０ｍｅＶまで大きくなる。 この様なエネルギー分離は各ウエル間での電子およびホールの波動関数の重なり合いによって生じるもので、バリヤ層厚が薄くなるとウエル同士の結合が強くなることが分かる。 ７ｎｍというバリヤ層厚はこの様なウエル間での結合が生じ始めるバリヤ層の厚さであることが分かる。
【００１５】ところでバリヤが薄くなればエネルギー分離が大きくなり、光学利得は小さくなるが、図４に規格化利得とバリヤ層厚の計算結果を示すように、７ｎｍ程度のバリヤ幅において利得の低下は１割以下と小さい。
従って、ウエル数が５〜７程度と比較的小さく、キャリヤの不均一注入が起こりにくいＭＱＷ構造の場合、バリヤ層厚を７ｎｍ程度まで薄くすれば、利得の低下をそれ程招かずホールの不均一注入を緩和することが可能である。
【００１６】バリヤをさらに薄くして５ｎｍ程度にすると、図３から分かる様にエネルギー分離は２０ｎｍ以上になり、ウエル間の結合は一層強くなる。 一方利得の方は図４から分かる様に、バリヤ層厚が無限大の場合の利得に対して８割以上の利得が得られるので、ウエル数が７〜１０程度のＭＱＷレーザにはこの程度のバリヤ層厚が好適である。
【００１７】バリヤをさらに薄くして３ｎｍ程度にすると、エネルギー分離は４０ｎｍ以上と非常に大きくなり、ウエル間の結合は非常に強くなる。 利得の方はバリヤが無限大の場合に対して６５％まで低下するが、ウエル数が１０層以上のＭＱＷレーザにはこの方が好適である。
【００１８】
【実施例】次に本発明の実施例について発振波長１．３
μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰ半導体レーザを例にして説明する。
【００１９】まずＭＯＶＰＥにより、ｎ−ＩｎＰ回折格子基板上に１．１３μｍ組成ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層を１００ｎｍ、ｎ−ＩｎＰスペーサ層を２０ｎｍ、
１．１３μｍ組成ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層を３０
ｎｍ成長し、次に１．１３μｍ組成ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
バリヤ層３ｎｍ、１．４０μｍ組成ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
ウエル層５ｎｍからなる１０層ＭＱＷ構造を成長し、最後に１．１３μｍ組成のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層を６０ｎｍ、ｐ−ＩｎＰクラッド層を０．６μｍ
成長してＭＱＷウエハを作製する。
【００２０】さらにこのウエハをＤＣ−ＰＢＨ構造に埋め込んで、メサ・パッド電極構造に加工した後、共振器長３００μｍに切り出し、前面に無反射コーティング、
裏面に反射率７０％の高反射コーティングを施した。
【００２１】この素子を室温にて評価したところ、平均しきい値は１５ｍＡ、平均スロープ効率は０．４Ｗ／Ａ
であり、従来のバリヤ層厚１０ｎｍの素子と同程度であった。
【００２２】またこの素子をしきい値の２倍にバイアスし、緩和振動周波数を測定したところ、８ＧＨｚと従来に無い高い値を有していることが確認された。 ちなみに従来の素子では緩和振動周波数は６ＧＨｚ程度である。
【００２３】さらにこの素子の１．５ＧＨｚ帯での歪特性を測定したところ、３次相互変調歪は−８０ｄＢｃ以下であり、従来の素子に比べて５ｄＢ改善されていた。
【００２４】ＭＱＷ構造をバリヤ層厚７ｎｍ、ウエル数５〜７の場合や、バリヤ層厚５ｎｍ、ウエル数７〜１０
の場合でも同様の効果が得られる。 また１．５μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ系レーザに適用しても効果がある。
【００２５】
【発明の効果】本発明の量子井戸構造は、アナログ用の低歪ＤＦＢレーザとしてだけでなく、優れた高速応答が求められるデジタル光幹線系用のＤＦＢレーザとしても有用である。 またこの他にはＡＰＤなどの受光デバイスや、さらには光デバイスだけではなく、衛星通信用の超高速トランジスタなどのチャネル構造としても利用できる。
【図１】本発明のＭＱＷ構造を説明するための図である。
【図２】従来のＭＱＷ構造を説明するための図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の原理を説明するための図である。
１ 伝導帯 ２ 価電子帯 ３ バリヤ ４ ウエル
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