JP2814584B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2814584B2 JP2814584B2 JP17982589A JP17982589A JP2814584B2 JP 2814584 B2 JP2814584 B2 JP 2814584B2 JP 17982589 A JP17982589 A JP 17982589A JP 17982589 A JP17982589 A JP 17982589A JP 2814584 B2 JP2814584 B2 JP 2814584B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は低消費電力で、高温動作可能な半導体レーザ
に関する。
に関する。
（従来の技術） AlXGa1-XAsを活性層とする半導体レーザは、0.65〜0.
9μｍの波長帯で発振し、光ディスク用、光通信用、そ
の他の用途に広く用いられている。
9μｍの波長帯で発振し、光ディスク用、光通信用、そ
の他の用途に広く用いられている。
従来、第３図に示すようなAlXGa1-XAs活性層半導体レ
ーザの構造が例えば、Electonics Letters vol.18,no.2
5,1095ページ−1097ページ（1982年）に提案されてい
る。以下の説明においては、AlXGa1-XAs活性層半導体レ
ーザの内、特にGaAsを活性層とする半導体レーザを例に
とって説明する。
ーザの構造が例えば、Electonics Letters vol.18,no.2
5,1095ページ−1097ページ（1982年）に提案されてい
る。以下の説明においては、AlXGa1-XAs活性層半導体レ
ーザの内、特にGaAsを活性層とする半導体レーザを例に
とって説明する。
第３図において、半導体レーザはｎ型GaAs基板１、ｎ
型Al0.75Ga0.25As層２、ｎ型Al0.3Ga0.7As層12,GaAs活
性層４、ｐ型Al0.3Ga0.7As層13、ｐ型Al0.75Ga0.25As層
６、ｐ型GaAs層７、ｐ電極８、ｎ電極９からなってい
る。第４図には、この構造におけるエネルギーバンド構
造が示されている。
型Al0.75Ga0.25As層２、ｎ型Al0.3Ga0.7As層12,GaAs活
性層４、ｐ型Al0.3Ga0.7As層13、ｐ型Al0.75Ga0.25As層
６、ｐ型GaAs層７、ｐ電極８、ｎ電極９からなってい
る。第４図には、この構造におけるエネルギーバンド構
造が示されている。
第４図において、各層における伝導帯14は、GaAs活性
層４の伝導帯より高いエネルギーを持ち、そのエネルギ
ー差は、ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｐ型Al0.7Ga0.25As
層６において883meV、ｎ型Al0.3Ga0.7As層12、ｐ型Al
0.3Ga0.7As層13において318meVとなる。価電子帯15にお
いては、これとは逆に、各層においてGaAs活性層４の価
電子帯より低エネルギーを持ち、そのエネルギー差は、
ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｐ型Al0.75Ga0.25As層６にお
いて156meV,n型Al0.3Ga0,7As層12、ｐ型Al0.3Ga0.7As層
13において56meVとなる。上記AlGaAs/AlGaAsのヘテロ接
合では、このようにバンドギャップ差は伝導帯に85％、
価電子帯に15％の比率で分配される。この、伝導帯14お
よび価電子帯15におけるエネルギー差により、ｎ型層か
ら供給される電子、ｐ型層から供給されるホールはGaAs
活性層４に閉じ込められ、効果的に発光再結合を行な
う。さらに、バンドギャップの大きい層ほど小さい屈折
率を持っているため、発光再結合により生じた光は、屈
折率のもっとも大きいGaAs活性層４に閉じ込められる。
このようにして、光とキャリアは効果的に同じ領域に閉
じ込められ、低い電流注入でレーザ発振を行なうことが
できる。この従来構造においては、クラッド層が屈折率
の低いｎ型およびｐ型の層と、それよりも屈折率がGaAs
活性層15に近いｎ型およびｐ型の層の２つに分割された
構造となっているため、光のGaAs活性層15への閉じ込め
効果は大きい。
層４の伝導帯より高いエネルギーを持ち、そのエネルギ
ー差は、ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｐ型Al0.7Ga0.25As
層６において883meV、ｎ型Al0.3Ga0.7As層12、ｐ型Al
0.3Ga0.7As層13において318meVとなる。価電子帯15にお
いては、これとは逆に、各層においてGaAs活性層４の価
電子帯より低エネルギーを持ち、そのエネルギー差は、
ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｐ型Al0.75Ga0.25As層６にお
いて156meV,n型Al0.3Ga0,7As層12、ｐ型Al0.3Ga0.7As層
13において56meVとなる。上記AlGaAs/AlGaAsのヘテロ接
合では、このようにバンドギャップ差は伝導帯に85％、
価電子帯に15％の比率で分配される。この、伝導帯14お
よび価電子帯15におけるエネルギー差により、ｎ型層か
ら供給される電子、ｐ型層から供給されるホールはGaAs
活性層４に閉じ込められ、効果的に発光再結合を行な
う。さらに、バンドギャップの大きい層ほど小さい屈折
率を持っているため、発光再結合により生じた光は、屈
折率のもっとも大きいGaAs活性層４に閉じ込められる。
このようにして、光とキャリアは効果的に同じ領域に閉
じ込められ、低い電流注入でレーザ発振を行なうことが
できる。この従来構造においては、クラッド層が屈折率
の低いｎ型およびｐ型の層と、それよりも屈折率がGaAs
活性層15に近いｎ型およびｐ型の層の２つに分割された
構造となっているため、光のGaAs活性層15への閉じ込め
効果は大きい。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の従来の半導体レーザは以下に述
べるような欠点をもつ。即ち活性層に注入されるキャリ
アは、非発光再結合を除外すれば、フォノンを介して活
性層のエネルギーバンドの底に緩和して、レーザ発振に
寄与するものと、活性層をオーバーフローして反対側の
クラッド層に流れていくものと大別にされる。そしてフ
ォノンを介した活性層のエネルギーバンドの底への緩和
は、活性層と、活性層に接したクラッド層とのエネルギ
ー差が小さいほど効率が良く、一方、オーバーフローに
活性層と、活性層に接したクラッド層とのエネルギー差
が大きいほど少なくなる。ところが、上記の従来例とし
て示したような材料から成る半導体レーザでは、この２
つの現象を同時に最適化できない。
べるような欠点をもつ。即ち活性層に注入されるキャリ
アは、非発光再結合を除外すれば、フォノンを介して活
性層のエネルギーバンドの底に緩和して、レーザ発振に
寄与するものと、活性層をオーバーフローして反対側の
クラッド層に流れていくものと大別にされる。そしてフ
ォノンを介した活性層のエネルギーバンドの底への緩和
は、活性層と、活性層に接したクラッド層とのエネルギ
ー差が小さいほど効率が良く、一方、オーバーフローに
活性層と、活性層に接したクラッド層とのエネルギー差
が大きいほど少なくなる。ところが、上記の従来例とし
て示したような材料から成る半導体レーザでは、この２
つの現象を同時に最適化できない。
（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために、本発明では、AlXGa1-X
As活性層と、該活性層に接し、かつ前記活性層よりバン
ドギャップの大きいｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層
とを含む、ダブルヘテロ構造の半導体レーザにおいて、
前記ｐ型クラッド層がAlYGa1-YAs（Ｙ＞Ｘ）で、前記ｎ
型クラッド層が（AlZGa1-Z）0.51In0.49Ｐで、それぞれ
構成されている。また上記活性層は、AlUGa1-UAs/AlVGa
1-VAs単一又は多重量子井戸、またはAlWGa1-WAs/（AlSG
a1-S）0.51In0.49Ｐ単一又は多重量子井戸でも構成され
得る。
As活性層と、該活性層に接し、かつ前記活性層よりバン
ドギャップの大きいｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層
とを含む、ダブルヘテロ構造の半導体レーザにおいて、
前記ｐ型クラッド層がAlYGa1-YAs（Ｙ＞Ｘ）で、前記ｎ
型クラッド層が（AlZGa1-Z）0.51In0.49Ｐで、それぞれ
構成されている。また上記活性層は、AlUGa1-UAs/AlVGa
1-VAs単一又は多重量子井戸、またはAlWGa1-WAs/（AlSG
a1-S）0.51In0.49Ｐ単一又は多重量子井戸でも構成され
得る。
（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図は、本発明にかかる半導体レーザの構造の１例
である。ここで、第３図と同一符号は同一部材を示す。
である。ここで、第３図と同一符号は同一部材を示す。
第１図において、本発明による半導体レーザはｎ型Ga
As基板１、ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｎ型Ga0.51In0.49
Ｐ層３、GaAs活性層４、ｐ型Al0.39Ga0.61As層５、ｐ型
Al0.75Ga0.25As層６、ｐ型GaAs層７、ｐ電極８、ｎ電極
９から成っている。第２図には、この構造におけるエネ
ルギーバンドの構造が示されている。
As基板１、ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｎ型Ga0.51In0.49
Ｐ層３、GaAs活性層４、ｐ型Al0.39Ga0.61As層５、ｐ型
Al0.75Ga0.25As層６、ｐ型GaAs層７、ｐ電極８、ｎ電極
９から成っている。第２図には、この構造におけるエネ
ルギーバンドの構造が示されている。
第２図において、各層における伝導帯10は、GaAs活性
層４の伝導帯より高いエネルギーを持ち、そのエネルギ
ー差は、ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｐ型Al0.75Ga0.25As
層６において883meV、ｎ型Ga0.51In0.49Ｐ層３において
190meV、ｐ型Al0.39Ga0.61As層５において413meVとな
る。価電子帯11においては、これとは逆に、各層におい
てGaAs活性層４の価電子帯より低いエネルギーを持ち、
そのエネルギー差は、ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｐ型Al
0.75Ga0.25As層６において156meV、ｎ型Ga0.51In0.49Ｐ
層３において300meV、ｐ型Al0.39Ga0.61As層５において
73meVとなる。
層４の伝導帯より高いエネルギーを持ち、そのエネルギ
ー差は、ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｐ型Al0.75Ga0.25As
層６において883meV、ｎ型Ga0.51In0.49Ｐ層３において
190meV、ｐ型Al0.39Ga0.61As層５において413meVとな
る。価電子帯11においては、これとは逆に、各層におい
てGaAs活性層４の価電子帯より低いエネルギーを持ち、
そのエネルギー差は、ｎ型Al0.75Ga0.25As層２、ｐ型Al
0.75Ga0.25As層６において156meV、ｎ型Ga0.51In0.49Ｐ
層３において300meV、ｐ型Al0.39Ga0.61As層５において
73meVとなる。
前述のように、従来のAlGaAs/AlGaAsのヘテロ接合で
は、バンドギャップ差は伝導帯に85％、価電子帯に15％
の比率で分配されるが、本発明のAlGaAs/AlZGa1-ZIn
0.49Ｐヘテロ接合では、バンドギャップ差は伝導帯に約
39％、価電子帯に約61％の比率で分配される。このこと
は、AppIied Physics Letters 50（14）,6 pp.906
−908（1987年）においても示されている。
は、バンドギャップ差は伝導帯に85％、価電子帯に15％
の比率で分配されるが、本発明のAlGaAs/AlZGa1-ZIn
0.49Ｐヘテロ接合では、バンドギャップ差は伝導帯に約
39％、価電子帯に約61％の比率で分配される。このこと
は、AppIied Physics Letters 50（14）,6 pp.906
−908（1987年）においても示されている。
本発明においては、このバンド不連続の違いを利用し
て、ｐ型クラッド層にはAlGaAsを用い、ｎ型クラッド層
には（AlZGa1-Z）0.51In0.49Ｐを用いてフォノンを介し
た活性層のエネルギーバンドの底への緩和効率の向上及
びオーバーフローの減少を図るものである。
て、ｐ型クラッド層にはAlGaAsを用い、ｎ型クラッド層
には（AlZGa1-Z）0.51In0.49Ｐを用いてフォノンを介し
た活性層のエネルギーバンドの底への緩和効率の向上及
びオーバーフローの減少を図るものである。
この構造の特徴は、電子、ホールに対してそれぞれ、
活性層４に注入されるときの活性層４のバンド端からの
エネルギー差が小さく、オーバーフローするときのエネ
ルギー障壁が高くなっていることである。したがって、
活性層に注入されるキャリアにおいて、フォノンを介し
て活性層のエネルギーバンドの底に緩和する速度が大き
くなり、かつ、活性層をオーバーフローして反対側のク
ラッド層に流ていく確率が小さくなる。したがって、活
性層に効果的にキャリアが注入され、レーザ発振に寄与
しない無効電流が減少する。また、Ga0.51In0.49Ｐ層３
の屈折率は、同じバンドギャップをもつAl0.39Ga0.61As
層５の屈折率とほぼ同じであり、従来構造における光の
閉じ込め効果も同時に得ることができる。この結果、発
振しきい値が低く、かつ高温でも動作できる半導体レー
ザを得ることができる。
活性層４に注入されるときの活性層４のバンド端からの
エネルギー差が小さく、オーバーフローするときのエネ
ルギー障壁が高くなっていることである。したがって、
活性層に注入されるキャリアにおいて、フォノンを介し
て活性層のエネルギーバンドの底に緩和する速度が大き
くなり、かつ、活性層をオーバーフローして反対側のク
ラッド層に流ていく確率が小さくなる。したがって、活
性層に効果的にキャリアが注入され、レーザ発振に寄与
しない無効電流が減少する。また、Ga0.51In0.49Ｐ層３
の屈折率は、同じバンドギャップをもつAl0.39Ga0.61As
層５の屈折率とほぼ同じであり、従来構造における光の
閉じ込め効果も同時に得ることができる。この結果、発
振しきい値が低く、かつ高温でも動作できる半導体レー
ザを得ることができる。
尚上記の実施例の説明においては、GaAsを活性層と
し、Ga0.51In0.49Ｐをｎクラッドとする半導体レーザに
ついて述べたが、AlXGa1-XAsを活性層とし、（AlZG
a1-Z）0.51In0.49Ｐをクラッドとする半導体レーザにお
いても同様な効果が得られる。また、活性層として、Al
UGa1-UAs/AlVGa1-VAs単一又は多重量子井戸層やAlWGa
1-WAs/（AlSGa1-S）0.51In0.49Ｐ単一又は多重量子井戸
層を用いれば、さらに発振しきい値が低く、より高温で
も動作できる半導体レーザを得ることができる。
し、Ga0.51In0.49Ｐをｎクラッドとする半導体レーザに
ついて述べたが、AlXGa1-XAsを活性層とし、（AlZG
a1-Z）0.51In0.49Ｐをクラッドとする半導体レーザにお
いても同様な効果が得られる。また、活性層として、Al
UGa1-UAs/AlVGa1-VAs単一又は多重量子井戸層やAlWGa
1-WAs/（AlSGa1-S）0.51In0.49Ｐ単一又は多重量子井戸
層を用いれば、さらに発振しきい値が低く、より高温で
も動作できる半導体レーザを得ることができる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明による半導体レーザは活
性層のバンド端からのエネルギー差が小さくて、オーバ
ーフローするときのエネルギー障壁が高くなっているの
で、発振しきい値が低く、かつ高温動作が可能となると
いう効果がある。
性層のバンド端からのエネルギー差が小さくて、オーバ
ーフローするときのエネルギー障壁が高くなっているの
で、発振しきい値が低く、かつ高温動作が可能となると
いう効果がある。
第１図と第２図は本発明の半導体レーザの構造図とその
エネルギーバンド構造図、第３図と第４図は従来の半導
体レーザの構造図とエネルギーバンド構造図である。 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型Al0.75Ga0.25As層、３
……ｎ型Ga0.51In0.49Ｐ層、４……GaAs活性層、５……
ｐ型Al0.39Ga0.61As層、６……ｐ型Al0.75Ga0.25As層、
７……ｐ型GaAs層、８……ｐ電極、９……ｎ電極、10,1
4……伝導帯、11,15……価電子帯、12……ｎ型Al0.3Ga
0.7As層、13……ｐ型Al0.3Ga0.7As層。
エネルギーバンド構造図、第３図と第４図は従来の半導
体レーザの構造図とエネルギーバンド構造図である。 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型Al0.75Ga0.25As層、３
……ｎ型Ga0.51In0.49Ｐ層、４……GaAs活性層、５……
ｐ型Al0.39Ga0.61As層、６……ｐ型Al0.75Ga0.25As層、
７……ｐ型GaAs層、８……ｐ電極、９……ｎ電極、10,1
4……伝導帯、11,15……価電子帯、12……ｎ型Al0.3Ga
0.7As層、13……ｐ型Al0.3Ga0.7As層。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01L 33/00
Claims (3)
- 【請求項１】AlXGa1-XAs活性層と、該活性層に接し、か
つ前記活性層よりバンドギャップの大きいｐ型クラッド
層及びｎ型クラッド層とを含む、ダブルヘテロ構造の半
導体レーザにおいて、前記ｐ型クラッド層がAlYGa1-YAs
（Ｙ＞Ｘ）で、前記ｎ型クラッド層が（AlZGa1-Z）0.51
In0.49Ｐで、それぞれ構成されていることを特徴とする
半導体レーザ。 - 【請求項２】前記活性層が、AlUGa1-UAs/AlVGa1-VAs単
一又は多重量子井戸からなることを特徴とする請求項１
に記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】前記活性層が、AlWGa1-WAs/（AlSGa1-S）
0.51In0.49Ｐ単一又は多重量子井戸からなることを特徴
とする請求項１に記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17982589A JP2814584B2 (ja) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17982589A JP2814584B2 (ja) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0344990A JPH0344990A (ja) | 1991-02-26 |
| JP2814584B2 true JP2814584B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=16072551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17982589A Expired - Lifetime JP2814584B2 (ja) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2814584B2 (ja) |
-
1989
- 1989-07-12 JP JP17982589A patent/JP2814584B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，Ｌｅｔｔ，１８［２５］（１９８２）ｐ．１０９５−１０９７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0344990A (ja) | 1991-02-26 |
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