JP2529854B2 - 赤外半導体レ−ザ - Google Patents
赤外半導体レ−ザInfo
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- JP2529854B2 JP2529854B2 JP62157789A JP15778987A JP2529854B2 JP 2529854 B2 JP2529854 B2 JP 2529854B2 JP 62157789 A JP62157789 A JP 62157789A JP 15778987 A JP15778987 A JP 15778987A JP 2529854 B2 JP2529854 B2 JP 2529854B2
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- semiconductor laser
- optical waveguide
- conductivity type
- waveguide layer
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は２〜３μｍ帯で発振する赤外半導体レーザに
関する。
関する。
（従来技術とその問題点） 現在の長距離光通信では、石英系光ファイバの伝送損
失が小さい1.3〜1.55μｍの波長帯が使用されている
が、石英系ファイバが、材料的に完成の域に近づくにつ
れて、もっと長波長帯に透過性を持つ新しいファイバ材
料が研究されるようになってきている。長波長帯では、
レーリ散乱が減少し、フッ化物を用いたファイバで素材
を選べば、波長2.5〜3.5μｍにおいて原理的には、10-2
〜10-3dB/km以下という極低損失を実現できる可能性が
あり、近年、２〜３μｍ帯で発振する赤外半導体発光素
子の研究が盛んに行われている。
失が小さい1.3〜1.55μｍの波長帯が使用されている
が、石英系ファイバが、材料的に完成の域に近づくにつ
れて、もっと長波長帯に透過性を持つ新しいファイバ材
料が研究されるようになってきている。長波長帯では、
レーリ散乱が減少し、フッ化物を用いたファイバで素材
を選べば、波長2.5〜3.5μｍにおいて原理的には、10-2
〜10-3dB/km以下という極低損失を実現できる可能性が
あり、近年、２〜３μｍ帯で発振する赤外半導体発光素
子の研究が盛んに行われている。
従来の２〜３μｍ帯の半導体レーザでは、１μｍ帯の
半導体レーザに比べて、いくつかの本質的な問題があ
る。例えば、活性層材料のInGaAsSb,InAsPSbなどの禁制
帯幅が小さいため、少数キャリアの寿命に対するバンド
間オージェ効果の寄与が大きくなり、非発光再結合が多
く、内部量子効率が極めて低くなり、室温動作が難し
い。このオージェ効果を避けるため、禁制帯幅の大きい
ｎ型とｐ型の超格子とを積層化して、nipi超格子又はド
ーピング超格子と呼ばれる構造により、実効的に禁制帯
幅を小さくする方法も検討されている。しかしながら、
この構造では、発光に寄与する電子と正孔が真性領域を
挟んで空間的に分離されているため、内部量子効率の大
幅な向上は難しい。
半導体レーザに比べて、いくつかの本質的な問題があ
る。例えば、活性層材料のInGaAsSb,InAsPSbなどの禁制
帯幅が小さいため、少数キャリアの寿命に対するバンド
間オージェ効果の寄与が大きくなり、非発光再結合が多
く、内部量子効率が極めて低くなり、室温動作が難し
い。このオージェ効果を避けるため、禁制帯幅の大きい
ｎ型とｐ型の超格子とを積層化して、nipi超格子又はド
ーピング超格子と呼ばれる構造により、実効的に禁制帯
幅を小さくする方法も検討されている。しかしながら、
この構造では、発光に寄与する電子と正孔が真性領域を
挟んで空間的に分離されているため、内部量子効率の大
幅な向上は難しい。
以上のように従来の２〜３μｍの赤外半導体レーザで
は、禁制帯幅が小さいときには、オージェ効果により発
光効率が低下し、又、材料の禁制帯幅を大きくして、ni
pi構造により実効的に小さな禁制帯幅を実現した場合で
も、電子・正孔が空間的に分離され発光効率が低下する
という欠点があった。
は、禁制帯幅が小さいときには、オージェ効果により発
光効率が低下し、又、材料の禁制帯幅を大きくして、ni
pi構造により実効的に小さな禁制帯幅を実現した場合で
も、電子・正孔が空間的に分離され発光効率が低下する
という欠点があった。
（発明の目的および特徴） 本発明は、上述した従来技術の欠点を解決するために
なさされたもので、オージェ効果の影響を受けずに、内
部量子効率の高い赤外半導体レーザを提供することを目
的とする。
なさされたもので、オージェ効果の影響を受けずに、内
部量子効率の高い赤外半導体レーザを提供することを目
的とする。
本発明の特徴は、光導波路層の厚み方向にその不純物
ドーピングレベルを変化させ、その一部を活性領域とす
ることにより、光導波路層の約1/2の禁制帯幅を実効的
に実現することにある。
ドーピングレベルを変化させ、その一部を活性領域とす
ることにより、光導波路層の約1/2の禁制帯幅を実効的
に実現することにある。
（発明の構成および作用） 以下に、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
（実施例） 第１図は、本発明による赤外半導体レーザの断面模式
図である。第１の導電型であるn+−InP基板（この基板
は第１の導電型であるn+−InPクラッド層として用いら
れている）上に、キャリア濃度が1013cm-3以下となる半
絶縁性からキャリア濃度が1018cm-3程度のｐ型（第１の
導電型とは異なる第２の導電型）に電気伝導率が変化し
ている厚さ１μｍのInGaAsP光導波路層（発光波長が約
1.25μｍ組成）２が積層され、さらにp+−InP上部クラ
ッド層3,p+−InGaAsPコンタクト層４が、その上に積層
されている。５及び６は電極である。
図である。第１の導電型であるn+−InP基板（この基板
は第１の導電型であるn+−InPクラッド層として用いら
れている）上に、キャリア濃度が1013cm-3以下となる半
絶縁性からキャリア濃度が1018cm-3程度のｐ型（第１の
導電型とは異なる第２の導電型）に電気伝導率が変化し
ている厚さ１μｍのInGaAsP光導波路層（発光波長が約
1.25μｍ組成）２が積層され、さらにp+−InP上部クラ
ッド層3,p+−InGaAsPコンタクト層４が、その上に積層
されている。５及び６は電極である。
第２図（ａ）及び（ｂ）は、本発明の赤外半導体レー
ザに電圧を加えない場合と、順方向電圧を加えた場合の
エネルギバンド構造を示したものである。
ザに電圧を加えない場合と、順方向電圧を加えた場合の
エネルギバンド構造を示したものである。
破線７はフェルミ準位である。第２図（ｂ）に示すよ
うに連続的にｐ型InP層３より注入された正孔は、InGaA
sP層２が半絶縁性からｐ型に不純物ドーピングレベルが
連続的に変化した構造（第２図（ａ）InGaAsP層２の実
線）となっているため加速電界となり、n+−InP基板１
の境界へ進むが、高いヘテロ障壁の存在のため、結果的
にヘテロ接合面に集中する。
うに連続的にｐ型InP層３より注入された正孔は、InGaA
sP層２が半絶縁性からｐ型に不純物ドーピングレベルが
連続的に変化した構造（第２図（ａ）InGaAsP層２の実
線）となっているため加速電界となり、n+−InP基板１
の境界へ進むが、高いヘテロ障壁の存在のため、結果的
にヘテロ接合面に集中する。
n+−InP基板１の伝導帯の電子は、その波動関数のし
み出しにより、光導波路層２のうち半絶縁性の基板１側
にも存在するため、電子と正孔は、空間的な分離なし
に、この接合面で再結合し発光する。発光波長はn+−In
P基板１とのヘテロ界面のInGaAsPが真性半導体であるこ
とから、禁制帯波長1.25μｍのほぼ２倍の約2.5μｍと
なる。又、この際、光導波路層２の禁制帯幅が格子エネ
ルギに比べて十分大きいため損失も少なく、更にオージ
ェ効果の影響も問題とならない。本発明による構造では
キャリア注入効率が高く、光導波路層２とクラッド層３
とは十分な屈折率差を有しているため、光閉じこめも可
能であり、発光した2.5μｍの光は、両端面のへき開面
からの反射による帰還作用により、室温発振が可能であ
る。尚、光導波路層２の電気伝導性は第２図（ａ）の破
線の如く階段状に変化しても良い。
み出しにより、光導波路層２のうち半絶縁性の基板１側
にも存在するため、電子と正孔は、空間的な分離なし
に、この接合面で再結合し発光する。発光波長はn+−In
P基板１とのヘテロ界面のInGaAsPが真性半導体であるこ
とから、禁制帯波長1.25μｍのほぼ２倍の約2.5μｍと
なる。又、この際、光導波路層２の禁制帯幅が格子エネ
ルギに比べて十分大きいため損失も少なく、更にオージ
ェ効果の影響も問題とならない。本発明による構造では
キャリア注入効率が高く、光導波路層２とクラッド層３
とは十分な屈折率差を有しているため、光閉じこめも可
能であり、発光した2.5μｍの光は、両端面のへき開面
からの反射による帰還作用により、室温発振が可能であ
る。尚、光導波路層２の電気伝導性は第２図（ａ）の破
線の如く階段状に変化しても良い。
また、InGaAsP層２の半絶縁性領域はFeドープに限ら
ず、クロム等他の不純物ドーピングによっても実現でき
る。なお、組成や半導体材料等により半絶縁性にするた
めのキャリア濃度は異なる。
ず、クロム等他の不純物ドーピングによっても実現でき
る。なお、組成や半導体材料等により半絶縁性にするた
めのキャリア濃度は異なる。
以上は、ファブリペロレーザについて説明したが、DF
Bレーザ,DBRレーザ等の単一波長レーザにも適用でき
る。又、発振波長2.5μｍの半導体レーザについて述べ
たが、InGaAsP/InP系では、真性半導体InGaAsPの組成を
変えることにより、２μｍから3.35μｍ程度まで発振波
長を変えることができる。材料は、InGaAsP/InP系に限
らず、AlGaAs/GaAs系やAlInGaAs/InP系,GaInAsSb/AlGaA
sSb系など他の材料系にも適用することができる。更
に、それらの材料で構成される多重量子井戸層を用いる
こともできる。
Bレーザ,DBRレーザ等の単一波長レーザにも適用でき
る。又、発振波長2.5μｍの半導体レーザについて述べ
たが、InGaAsP/InP系では、真性半導体InGaAsPの組成を
変えることにより、２μｍから3.35μｍ程度まで発振波
長を変えることができる。材料は、InGaAsP/InP系に限
らず、AlGaAs/GaAs系やAlInGaAs/InP系,GaInAsSb/AlGaA
sSb系など他の材料系にも適用することができる。更
に、それらの材料で構成される多重量子井戸層を用いる
こともできる。
又、横モード安定化のためのストライプ構造について
は特に触れなかったが、埋込みストライプ構造やリッヂ
導波路，ストライプ構造等の従来の技術がすべて適用可
能である。
は特に触れなかったが、埋込みストライプ構造やリッヂ
導波路，ストライプ構造等の従来の技術がすべて適用可
能である。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明は光導波路層２のドーピン
グレベルを連続的または階段状に変えて、光導波路層２
の一部を活性領域とすることで、光導波路層禁制帯波長
の約２倍の波長で発振する赤外半導体レーザが得られ、
特に２〜３μｍ帯の発光素子で問題となっていたオージ
ェ効果により内部量子効率の低下を解決することができ
る。
グレベルを連続的または階段状に変えて、光導波路層２
の一部を活性領域とすることで、光導波路層禁制帯波長
の約２倍の波長で発振する赤外半導体レーザが得られ、
特に２〜３μｍ帯の発光素子で問題となっていたオージ
ェ効果により内部量子効率の低下を解決することができ
る。
本発明による赤外半導体レーザは、超長距離光ファイ
バ通信の分野に適用され、その効果は極めて大である。
バ通信の分野に適用され、その効果は極めて大である。
第１図は、本発明の実施例の断面模式図、第２図（ａ）
は、本発明の実施例の電流を印加しない時のエネルギバ
ンド構造図、（ｂ）は電流印加時のエネルギーバンド構
造図である。 １……n+−InP基板（n+−InPクラッド層）、２……InGa
AsP光導波路層、 ３……p+−InPクラッド層、 ４……p+−InGaAsPコンタクト層、 5,6……電極、７……フェルミ準位。
は、本発明の実施例の電流を印加しない時のエネルギバ
ンド構造図、（ｂ）は電流印加時のエネルギーバンド構
造図である。 １……n+−InP基板（n+−InPクラッド層）、２……InGa
AsP光導波路層、 ３……p+−InPクラッド層、 ４……p+−InGaAsPコンタクト層、 5,6……電極、７……フェルミ準位。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋葉 重幸 東京都目黒区中目黒２丁目１番23号 国 際電信電話株式会社研究所内 (72)発明者 松島 裕一 東京都目黒区中目黒２丁目１番23号 国 際電信電話株式会社研究所内 (72)発明者 田中 英明 東京都目黒区中目黒２丁目１番23号 国 際電信電話株式会社研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−109884（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−95590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−135992（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】光導波路層の両面に、該光導波路層よりも
屈折率が小なる第１の導電型のクラッド層と、第２の導
電型のクラッド層とが、それぞれ、配置され、前記光導
波路層へ電極から電流を注入することによって２〜３μ
ｍ帯波長の発光をする半導体レーザにおいて、 前記光導波路層の電気伝導性が、前記第１の導電型のク
ラッド層から前記第２の導電型のクラッド層に向かっ
て、第１の導電型から真性又は半絶縁性に、連続的又は
階段状に変化するように構成されたことを特徴とする赤
外半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62157789A JP2529854B2 (ja) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | 赤外半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62157789A JP2529854B2 (ja) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | 赤外半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS644089A JPS644089A (en) | 1989-01-09 |
| JP2529854B2 true JP2529854B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=15657327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62157789A Expired - Fee Related JP2529854B2 (ja) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | 赤外半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2529854B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009080946A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Kayu Fu | 加熱器及びその製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52109884A (en) * | 1976-03-11 | 1977-09-14 | Nec Corp | Stripe type hetero junction semoonductor laser |
| JPS5395590A (en) * | 1977-02-02 | 1978-08-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacture for semiconductor laser unit |
| JPS56135992A (en) * | 1980-03-27 | 1981-10-23 | Semiconductor Res Found | Far infrared electromagnetic wave oscillator |
-
1987
- 1987-06-26 JP JP62157789A patent/JP2529854B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS644089A (en) | 1989-01-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |