JP2748570B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2748570B2 JP2748570B2 JP16866989A JP16866989A JP2748570B2 JP 2748570 B2 JP2748570 B2 JP 2748570B2 JP 16866989 A JP16866989 A JP 16866989A JP 16866989 A JP16866989 A JP 16866989A JP 2748570 B2 JP2748570 B2 JP 2748570B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体レーザ素子に関し、特に情報処理用の
光源として最適な半導体レーザに関する。
光源として最適な半導体レーザに関する。
（従来の技術） AlGaAs又はAlGaInPの化合物半導体を用いた半導体レ
ーザは0.8〜0.6μｍの近赤外から可視域の波長帯で発振
するため、情報処理用の光源として、近年需要が高まっ
てきている。
ーザは0.8〜0.6μｍの近赤外から可視域の波長帯で発振
するため、情報処理用の光源として、近年需要が高まっ
てきている。
従来の半導体レーザ構造としては、エレクトロニクス
レター（Elect.Lett.）vol.18,p1095〜1097,1982に記載
されている第５図に示すようなSCH型量子井戸構造があ
る。図において、１はｎ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、
４はｐ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、13はAl0.3Ga0.7As
ガイド層、14はAl0.05Ga0.95As量子井戸活性層をそれぞ
れ示す。本構造によれば、量子効果による発光効率の増
加に加えて、SCH構造によって光および注入キャリヤが
有効に閉じ込まれるため、低しきい値で、高効率な半導
体レーザが実現できる。
レター（Elect.Lett.）vol.18,p1095〜1097,1982に記載
されている第５図に示すようなSCH型量子井戸構造があ
る。図において、１はｎ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、
４はｐ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、13はAl0.3Ga0.7As
ガイド層、14はAl0.05Ga0.95As量子井戸活性層をそれぞ
れ示す。本構造によれば、量子効果による発光効率の増
加に加えて、SCH構造によって光および注入キャリヤが
有効に閉じ込まれるため、低しきい値で、高効率な半導
体レーザが実現できる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の構造では、注入キャリヤの一部
はAl0.3Ga0.7Asガイド層13で再結合してしまうので、量
子井戸層14に注入されない無効電流が存在する。ガイド
層13での再結合のライフタイムは数nsecと比較的短いた
め、この部分で消費される電流は無視できない。この無
効電流は、発振しきい値電流の上昇をもたらすことにな
る。さらに、ガイド層13での再結合電流は、温度に対し
て強い依存性があるため、発振温度特性の悪化を招くこ
とになる。こうしたガイド層部分での無効電流による発
振しきい値の上昇、温度特性の低下が従来の技術の問題
点であった。
はAl0.3Ga0.7Asガイド層13で再結合してしまうので、量
子井戸層14に注入されない無効電流が存在する。ガイド
層13での再結合のライフタイムは数nsecと比較的短いた
め、この部分で消費される電流は無視できない。この無
効電流は、発振しきい値電流の上昇をもたらすことにな
る。さらに、ガイド層13での再結合電流は、温度に対し
て強い依存性があるため、発振温度特性の悪化を招くこ
とになる。こうしたガイド層部分での無効電流による発
振しきい値の上昇、温度特性の低下が従来の技術の問題
点であった。
（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するため本発明の半導体レーザはAl
GaAs又はAlGaInPの化合物半導体を用いたSCH構造を有す
る半導体レーザ素子において、前記SCH構造のSCHガイド
層がAlxGa1-xAsとこれと同等なバンドギャップを有する
（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐとを交互に積層した超格子から
なり、またAlGaAs又はAlGaInPの化合物半導体を用いた
ダブルヘテロ構造を有する半導体レーザ素子において、
前記ダブルヘテロ構造のｐおよびｎクラッド層がAlxGa
1-xAsとこれと同等なバンドギャップを有する（AlyGa
1-y）0.5In0.5Ｐとを交互に積層した超格子からなる。
GaAs又はAlGaInPの化合物半導体を用いたSCH構造を有す
る半導体レーザ素子において、前記SCH構造のSCHガイド
層がAlxGa1-xAsとこれと同等なバンドギャップを有する
（AlyGa1-y）0.5In0.5Ｐとを交互に積層した超格子から
なり、またAlGaAs又はAlGaInPの化合物半導体を用いた
ダブルヘテロ構造を有する半導体レーザ素子において、
前記ダブルヘテロ構造のｐおよびｎクラッド層がAlxGa
1-xAsとこれと同等なバンドギャップを有する（AlyGa
1-y）0.5In0.5Ｐとを交互に積層した超格子からなる。
（作用） 上述の本発明の構造によれば、超格子ガイド層の価電
帯、伝導体それぞれに200meV以上のエネルギー障壁が形
成されるため、電子とホールはそれぞれのポテンシャル
井戸中に局在化する。超格子を形成している物質のエネ
ルギーギャップは同じであるため、価電帯、伝導帯それ
ぞれに形成されるポテンシャル井戸は成長層方向に交互
に形成され、電子とホールは空間的に分離される。この
結果、電子−ホール対が再結合する遷移確率が減少し、
バルクに比べて少数キャリヤのライフタイムが長くな
る。このことは、ガイド層で再結合して消費される無効
電流が減少することを意味し、低しきい値で温度特性の
よい半導体レーザを実現することが可能となる。
帯、伝導体それぞれに200meV以上のエネルギー障壁が形
成されるため、電子とホールはそれぞれのポテンシャル
井戸中に局在化する。超格子を形成している物質のエネ
ルギーギャップは同じであるため、価電帯、伝導帯それ
ぞれに形成されるポテンシャル井戸は成長層方向に交互
に形成され、電子とホールは空間的に分離される。この
結果、電子−ホール対が再結合する遷移確率が減少し、
バルクに比べて少数キャリヤのライフタイムが長くな
る。このことは、ガイド層で再結合して消費される無効
電流が減少することを意味し、低しきい値で温度特性の
よい半導体レーザを実現することが可能となる。
（実施例） 次に本発明について図面を参照しながら説明する。
第１図と第２図は本発明の半導体レーザ素子の一実施
例におけるエネルギーバンド図である。第１図において
１はｎ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、２はGa0.5In0.5P/
Al0.4Ga0.6As超格子ガイド層、３はGaAs活性層、４はｐ
−Al0.75Ga0.25Asクラッド層を示し、また第２図は超格
子ガイド層２のエネルギーバンド図であり、５はAl0.4G
a0.6As、６はGa0.5In0.5Ｐを示す。本実施例構造を得る
には、ｎ型GaAs基板上にMOCVD気相成長法を用いて、層
厚2.0μｍのｎ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層１、層厚0.2
μｍのGa0.5In0.5P/Al0.4Ga0.6As超格子ガイド層２、層
厚0.01μｍのGaAs活性層３、層厚2.0μｍのｐ−Al0.75G
a0.25Asクラッド層４順次成長する。ここで、超格子ガ
イド層２はGa0.5In0.5ＰとAl0.4Ga0.6Asとを50Åずつ交
互に積層した超格子構造から形成されている。この超格
子は、それぞれの物質の電子親和力から第２図に示すよ
うに価電帯、伝導体に230meVのエネルギー障壁が形成さ
れる。一方、超格子をガイド層に用いても屈折率分布は
活性層３に対して対称な構造となっているため、光は活
性層３に有効に閉じこもる。
例におけるエネルギーバンド図である。第１図において
１はｎ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、２はGa0.5In0.5P/
Al0.4Ga0.6As超格子ガイド層、３はGaAs活性層、４はｐ
−Al0.75Ga0.25Asクラッド層を示し、また第２図は超格
子ガイド層２のエネルギーバンド図であり、５はAl0.4G
a0.6As、６はGa0.5In0.5Ｐを示す。本実施例構造を得る
には、ｎ型GaAs基板上にMOCVD気相成長法を用いて、層
厚2.0μｍのｎ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層１、層厚0.2
μｍのGa0.5In0.5P/Al0.4Ga0.6As超格子ガイド層２、層
厚0.01μｍのGaAs活性層３、層厚2.0μｍのｐ−Al0.75G
a0.25Asクラッド層４順次成長する。ここで、超格子ガ
イド層２はGa0.5In0.5ＰとAl0.4Ga0.6Asとを50Åずつ交
互に積層した超格子構造から形成されている。この超格
子は、それぞれの物質の電子親和力から第２図に示すよ
うに価電帯、伝導体に230meVのエネルギー障壁が形成さ
れる。一方、超格子をガイド層に用いても屈折率分布は
活性層３に対して対称な構造となっているため、光は活
性層３に有効に閉じこもる。
第３図と第４図は活性層にGa0.5In0.5Ｐを用いて可視
域で発振する半導体レーザを形成した実施例についての
エネルギーバンド図である。図において、７はAl0.5In
0.5Ｐクラッド層、８は（Al0.5Ga0.5）In0.5P/Al0.6Ga
0.4As超格子ガイド層、９はGa0.5In0.5Ｐ活性層、10は
ｐ−Al0.5In0.5Ｐクラッド層、11はAl0.6Ga0.4As、12は
（Al0.5Ga0.5）In0.5Ｐをそれぞれ示す。また、ガイド
層８は第１図の例と同様に（Al0.5Ga0.5）In0.5ＰとAl
0.6Ga0.4Asとを交互に50Aずつ積層した超格子構造から
形成されている。この場合も第４図に示すように価電
帯、伝導帯にそれぞれに320meVのエネルギー障壁が形成
される。クラッド層厚、超格子ガイド層厚、および活性
層厚は第１図の実施例と同様に設定されている。これら
のエピタキシャル成長層のｐ側、ｎ側にそれぞれ電極を
形成することにより半導体レーザ構造が実現される。
域で発振する半導体レーザを形成した実施例についての
エネルギーバンド図である。図において、７はAl0.5In
0.5Ｐクラッド層、８は（Al0.5Ga0.5）In0.5P/Al0.6Ga
0.4As超格子ガイド層、９はGa0.5In0.5Ｐ活性層、10は
ｐ−Al0.5In0.5Ｐクラッド層、11はAl0.6Ga0.4As、12は
（Al0.5Ga0.5）In0.5Ｐをそれぞれ示す。また、ガイド
層８は第１図の例と同様に（Al0.5Ga0.5）In0.5ＰとAl
0.6Ga0.4Asとを交互に50Aずつ積層した超格子構造から
形成されている。この場合も第４図に示すように価電
帯、伝導帯にそれぞれに320meVのエネルギー障壁が形成
される。クラッド層厚、超格子ガイド層厚、および活性
層厚は第１図の実施例と同様に設定されている。これら
のエピタキシャル成長層のｐ側、ｎ側にそれぞれ電極を
形成することにより半導体レーザ構造が実現される。
上述の実施例ではSCH構造におけるガイド層部分に超
格子構造を適用した場合のみ述べたが、通常のダルブヘ
テロ構造のクラッド層に用いても同様な無効電流の減少
をもたらすことが可能である。
格子構造を適用した場合のみ述べたが、通常のダルブヘ
テロ構造のクラッド層に用いても同様な無効電流の減少
をもたらすことが可能である。
以上本発明の構造によれば、0.6〜0.8μｍ帯で発振す
る半導体レーザの全ての構造に対して無効電流を減少さ
せ、低しきい値で温度特性のよい半導体レーザを再現性
よく実現することができる。
る半導体レーザの全ての構造に対して無効電流を減少さ
せ、低しきい値で温度特性のよい半導体レーザを再現性
よく実現することができる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の構造によれば、超格子
ガイド層の価電帯、伝導帯にそれぞれに200meV以上のエ
ネルギー障壁が形成されるため、電子とホールはそれぞ
れのポテンシャル井戸中に局在化する。超格子を形成し
ている物質のエネルギーギャップは同じであるため、価
電帯、伝導帯にそれぞれに形成されるポテンシャル井戸
は成長層方向に交互に形成され、電子とホールは空間的
に分離される。
ガイド層の価電帯、伝導帯にそれぞれに200meV以上のエ
ネルギー障壁が形成されるため、電子とホールはそれぞ
れのポテンシャル井戸中に局在化する。超格子を形成し
ている物質のエネルギーギャップは同じであるため、価
電帯、伝導帯にそれぞれに形成されるポテンシャル井戸
は成長層方向に交互に形成され、電子とホールは空間的
に分離される。
この結果、電子−ホール対が再結合する遷移確率が減
少し、バルクに比べて少数キャリヤのライフタイムが長
くなる。このことはガイド層で再結合して消費される無
効電流が減少することを意味し、低しきい値で温度特性
のよい半導体レーザ素子を実現することが可能となる。
少し、バルクに比べて少数キャリヤのライフタイムが長
くなる。このことはガイド層で再結合して消費される無
効電流が減少することを意味し、低しきい値で温度特性
のよい半導体レーザ素子を実現することが可能となる。
第１図、第２図、第３図および第４図は本発明の実施例
の半導体レーザ素子におけるエネルギーバンド図、第５
図は従来の半導体レーザ素子におけるエネルギーバンド
図をそれぞれ示す。 １……ｎ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、２……Ga0.5In
0.5P/Al0.4Ga0.6As超格子ガイド層、３……GaAs活性
層、４……ｐ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、５……Al
0.4Ga0.6As、６……Ga0.5In0.5Ｐ、７……Al0.5In0.5Ｐ
クラッド層、８……（Al0.5Ga0.5）In0.5P/Al0.6Ga0.4A
s超格子ガイド層、９……Ga0.5In0.5Ｐ活性層、10……
ｐ−Al0.5In0.5Ｐクラッド層、11……Al0.6Ga0.4As、12
……（Al0.5Ga0.5）In0.5Ｐ、13……Al0.3Ga0.7Asガイ
ド層、14……Al0.05Ga0.95As量子井戸活性層。
の半導体レーザ素子におけるエネルギーバンド図、第５
図は従来の半導体レーザ素子におけるエネルギーバンド
図をそれぞれ示す。 １……ｎ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、２……Ga0.5In
0.5P/Al0.4Ga0.6As超格子ガイド層、３……GaAs活性
層、４……ｐ−Al0.75Ga0.25Asクラッド層、５……Al
0.4Ga0.6As、６……Ga0.5In0.5Ｐ、７……Al0.5In0.5Ｐ
クラッド層、８……（Al0.5Ga0.5）In0.5P/Al0.6Ga0.4A
s超格子ガイド層、９……Ga0.5In0.5Ｐ活性層、10……
ｐ−Al0.5In0.5Ｐクラッド層、11……Al0.6Ga0.4As、12
……（Al0.5Ga0.5）In0.5Ｐ、13……Al0.3Ga0.7Asガイ
ド層、14……Al0.05Ga0.95As量子井戸活性層。
Claims (2)
- 【請求項１】AlGaAs又はAlGaInPの化合物半導体を用い
たSCH構造を有する半導体レーザ素子において、前記SCH
構造のSCHガイド層がAlxGa1-xAsとこれと同等なバンド
ギャップを有する（AlyGa1-y) 0.5In0.5Ｐとを交互に積
層した超格子からなることを特徴とする半導体レーザ素
子。 - 【請求項２】AlGaAs又はAlGaInPの化合物半導体を用い
たダブルヘテロ構造を有する半導体レーザ素子におい
て、前記ダブルヘテロ構造のｐおよびｎクラッド層がAl
xGa1-xAsとこれと同等なバンドギャップを有する（AlyG
a1-y）0.5In0.5Ｐとを交互に積層した超格子からなるこ
とを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16866989A JP2748570B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16866989A JP2748570B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0334488A JPH0334488A (ja) | 1991-02-14 |
| JP2748570B2 true JP2748570B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=15872300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16866989A Expired - Fee Related JP2748570B2 (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2748570B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2687694B2 (ja) * | 1990-07-24 | 1997-12-08 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| JP4704820B2 (ja) * | 2004-06-30 | 2011-06-22 | 株式会社インプレス | 組み立て式簡易貯液槽用枠体、組み立て式簡易貯液槽、及びその枠体を構成可能な分割枠体 |
| JP2007014490A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Ensky:Kk | 額縁 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP16866989A patent/JP2748570B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0334488A (ja) | 1991-02-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |