JP3255244B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザに関し、
特に量子井戸型の活性層を有する半導体レーザに関す
る。
特に量子井戸型の活性層を有する半導体レーザに関す
る。
【０００２】半導体レーザは、光通信用および民生機器
用光源として今や情報化社会には不可欠の、極めて重要
なデバイスになった。光通信用および民生機器用光源に
共通の開発課題として、低閾値化、温度安定性、単色性
および高出力化等が挙げられる。
用光源として今や情報化社会には不可欠の、極めて重要
なデバイスになった。光通信用および民生機器用光源に
共通の開発課題として、低閾値化、温度安定性、単色性
および高出力化等が挙げられる。
【０００３】
【従来の技術】近年、半導体レーザの活性層に量子井戸
構造を採用すると、従来のＤＨレーザに比べて、優れた
特性が得られることが判った。
構造を採用すると、従来のＤＨレーザに比べて、優れた
特性が得られることが判った。
【０００４】これは、伝導帯および価電子帯の各量子井
戸内では、量子サイズ効果によってエネルギ準位が離散
的な値をとるためである。すなわち、状態密度が階段状
に変化し、伝導帯と価電子帯で同一次数のエネルギ準位
間の遷移のみが生じるので、特定エネルギの再結合発光
が高効率で生じ、また発振閾値を低下させることができ
る。
戸内では、量子サイズ効果によってエネルギ準位が離散
的な値をとるためである。すなわち、状態密度が階段状
に変化し、伝導帯と価電子帯で同一次数のエネルギ準位
間の遷移のみが生じるので、特定エネルギの再結合発光
が高効率で生じ、また発振閾値を低下させることができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】各量子井戸層における
キャリアの状態密度は、単位面積当り
キャリアの状態密度は、単位面積当り
【０００６】
【数１】
【０００７】また、量子井戸層の幅をＬW とすれば、量
子井戸層内でキャリアが取りうるエネルギ固有値Ｅ
j は、
子井戸層内でキャリアが取りうるエネルギ固有値Ｅ
j は、
【０００８】
【数２】
【０００９】で表すことができる。井戸層の高さが十分
高い場合には、光学許容遷移はｊe ＝ｊh となる。一般
に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においては、ｍ* h ＞＞
ｍ* e である。このために、（１）式によれば、同じ量
子数を持つ電子と正孔のエネルギ準位において、Ｄ
（Ｅ）h ＞＞Ｄ（Ｅ）e となる。また、（２）式によれ
ば、Ｅjh＜＜Ｅ jeである。
高い場合には、光学許容遷移はｊe ＝ｊh となる。一般
に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においては、ｍ* h ＞＞
ｍ* e である。このために、（１）式によれば、同じ量
子数を持つ電子と正孔のエネルギ準位において、Ｄ
（Ｅ）h ＞＞Ｄ（Ｅ）e となる。また、（２）式によれ
ば、Ｅjh＜＜Ｅ jeである。
【００１０】すなわち、実際の素子では、量子井戸層の
障壁高さが有限であり、また波動関数の広がりや歪によ
って（１）式、（２）式は緩和されるが、伝導帯の量子
井戸においては各エネルギ準位にある状態密度数が価電
子帯におけるよりも少なく、また準位間隔も伝導帯量子
井戸においてより広くなる。
障壁高さが有限であり、また波動関数の広がりや歪によ
って（１）式、（２）式は緩和されるが、伝導帯の量子
井戸においては各エネルギ準位にある状態密度数が価電
子帯におけるよりも少なく、また準位間隔も伝導帯量子
井戸においてより広くなる。
【００１１】この結果、レーザ遷移の生じるｊ＝１また
はｊ＝２の準位で伝導帯と価電子帯においてキャリア密
度の不均衡が生じる。再結合発光確率は、ｐｎ積に比例
するので、この不均衡を是正しなければ閾値電流密度の
低減や発光効率向上を十分に行なうことは難しいと考え
られる。
はｊ＝２の準位で伝導帯と価電子帯においてキャリア密
度の不均衡が生じる。再結合発光確率は、ｐｎ積に比例
するので、この不均衡を是正しなければ閾値電流密度の
低減や発光効率向上を十分に行なうことは難しいと考え
られる。
【００１２】本発明の目的は、伝導帯または価電子帯の
量子井戸における離散的エネルギを有するキャリアの密
度を実効的に増加させることのできる新規な量子井戸構
造を含む活性層を備えた半導体レーザを提供することで
ある。
量子井戸における離散的エネルギを有するキャリアの密
度を実効的に増加させることのできる新規な量子井戸構
造を含む活性層を備えた半導体レーザを提供することで
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、伝導帯または価電子帯の一方のみに量子井戸を形成
する不対量子井戸層と、該不対量子井戸層と近接して配
置され、伝導帯および価電子帯に対になった量子井戸を
形成する対量子井戸層であって、前記不対量子井戸と対
量子井戸とがトンネル結合した対量子井戸層とを含む。
は、伝導帯または価電子帯の一方のみに量子井戸を形成
する不対量子井戸層と、該不対量子井戸層と近接して配
置され、伝導帯および価電子帯に対になった量子井戸を
形成する対量子井戸層であって、前記不対量子井戸と対
量子井戸とがトンネル結合した対量子井戸層とを含む。
【００１４】
【作用】図１は、本発明の半導体レーザを従来の多重量
子井戸構造の活性層を有する半導体レーザと比較した動
作説明図である。いずれも活性層を構成する量子井戸層
の一部についてエネルギ帯図で示し、図１（Ａ）は従来
の多重量子井戸構造を、また図１（Ｂ）は、本発明の実
施例による多重量子井戸構造を示す。また、図１
（Ａ）、（Ｂ）において、左方の図は熱平衡状態での各
帯量子準位の分布を模式的に示したものであり、右方の
図は順方向バイアスによって各量子井戸にキャリアを注
入する状態およびキャリア遷移を示す。
子井戸構造の活性層を有する半導体レーザと比較した動
作説明図である。いずれも活性層を構成する量子井戸層
の一部についてエネルギ帯図で示し、図１（Ａ）は従来
の多重量子井戸構造を、また図１（Ｂ）は、本発明の実
施例による多重量子井戸構造を示す。また、図１
（Ａ）、（Ｂ）において、左方の図は熱平衡状態での各
帯量子準位の分布を模式的に示したものであり、右方の
図は順方向バイアスによって各量子井戸にキャリアを注
入する状態およびキャリア遷移を示す。
【００１５】図１（Ａ）で示した従来の多重量子井戸構
造においては、伝導帯と価電子帯の量子井戸が、それぞ
れ対をなして同一場所に生じており、一対の量子井戸間
で捕獲したキャリアを直接再結合遷移させる。
造においては、伝導帯と価電子帯の量子井戸が、それぞ
れ対をなして同一場所に生じており、一対の量子井戸間
で捕獲したキャリアを直接再結合遷移させる。
【００１６】図において、離散的に形成された各量子準
位線が井戸層の外側にまで延びているのは、波動関数の
しみだしを示すものである。しかし、隣接する伝導帯あ
るいは価電子帯の量子井戸の量子準位間には、エネルギ
結合がみられない。すなわち、障壁層はトンネルを生じ
させない程度に十分厚い。
位線が井戸層の外側にまで延びているのは、波動関数の
しみだしを示すものである。しかし、隣接する伝導帯あ
るいは価電子帯の量子井戸の量子準位間には、エネルギ
結合がみられない。すなわち、障壁層はトンネルを生じ
させない程度に十分厚い。
【００１７】外部電源を用いて、この多重量子井戸構造
の活性層にキャリアを注入すると、右方の図で示すよう
に、伝導帯、価電子帯共に活性層に注入されたキャリア
の一部は各量子井戸に捕らえられるが、一部はホットな
状態でそのまま量子井戸層を通り過ぎる。
の活性層にキャリアを注入すると、右方の図で示すよう
に、伝導帯、価電子帯共に活性層に注入されたキャリア
の一部は各量子井戸に捕らえられるが、一部はホットな
状態でそのまま量子井戸層を通り過ぎる。
【００１８】一対の伝導帯および価電子帯の量子井戸に
捕らえられたキャリアは、同じ量子数ｊを持つ量子準位
間で遷移し、再結合して発光する。ところで、（１）式
を用いて説明したように、キャリアの有効質量の違いに
よって価電子帯の量子準位の正孔密度が伝導帯の量子準
位の電子密度より圧倒的に高い。
捕らえられたキャリアは、同じ量子数ｊを持つ量子準位
間で遷移し、再結合して発光する。ところで、（１）式
を用いて説明したように、キャリアの有効質量の違いに
よって価電子帯の量子準位の正孔密度が伝導帯の量子準
位の電子密度より圧倒的に高い。
【００１９】それ故、伝導帯の量子井戸深さΔＥｃが、
価電子帯の量子井戸深さΔＥｖに比べてあまり大きくな
い場合には、伝導帯の量子井戸準位にある電子密度が再
結合過程の律速要因となる。すなわち、発光効率や発振
閾値を支配する。
価電子帯の量子井戸深さΔＥｖに比べてあまり大きくな
い場合には、伝導帯の量子井戸準位にある電子密度が再
結合過程の律速要因となる。すなわち、発光効率や発振
閾値を支配する。
【００２０】そこで、図１（Ｂ）に示すように、伝導帯
に不対量子井戸（副量子井戸）Ｓｃを設け、価電子帯の
量子井戸Ｍｖと対になっている伝導帯の主量子井戸（対
量子井戸）Ｍｃにトンネル結合させるならば、右方の図
で示すように、再結合で失われた主量子井戸の量子準位
に不対量子井戸の準位からのトンネリングによって電子
を補給することができる。すなわち、実効的に主量子井
戸へのキャリア注入量を大きくすることができる。
に不対量子井戸（副量子井戸）Ｓｃを設け、価電子帯の
量子井戸Ｍｖと対になっている伝導帯の主量子井戸（対
量子井戸）Ｍｃにトンネル結合させるならば、右方の図
で示すように、再結合で失われた主量子井戸の量子準位
に不対量子井戸の準位からのトンネリングによって電子
を補給することができる。すなわち、実効的に主量子井
戸へのキャリア注入量を大きくすることができる。
【００２１】伝導帯の対量子井戸（主量子井戸）Ｍｃと
不対量子井戸（副量子井戸）Ｓｃをトンネル結合するに
は、空間的に両者をトンネリング可能な距離、または波
動関数がオーバラップする距離、たとえば数十Ａ程度に
近接させる。
不対量子井戸（副量子井戸）Ｓｃをトンネル結合するに
は、空間的に両者をトンネリング可能な距離、または波
動関数がオーバラップする距離、たとえば数十Ａ程度に
近接させる。
【００２２】図１を用いた以上の説明では、伝導帯量子
井戸にトンネル結合した不対量子井戸を用いる例につい
て述べた。しかし、ΔＥｃ＞ΔＥｖなる条件下では、価
電子帯に主量子井戸とトンネル結合した不対量子井戸を
配置することが望ましい。
井戸にトンネル結合した不対量子井戸を用いる例につい
て述べた。しかし、ΔＥｃ＞ΔＥｖなる条件下では、価
電子帯に主量子井戸とトンネル結合した不対量子井戸を
配置することが望ましい。
【００２３】すなわち、この場合には、価電子帯の状態
密度がより高くてもキャリアの熱的オーバフローによっ
て、むしろ価電子帯量子準位に捕らえられた正孔密度が
再結合過程の律速要因になるためである。
密度がより高くてもキャリアの熱的オーバフローによっ
て、むしろ価電子帯量子準位に捕らえられた正孔密度が
再結合過程の律速要因になるためである。
【００２４】以下、本発明を実施例に基づいてより詳し
く述べる。
く述べる。
【００２５】
【実施例】図２は、実施例による半導体レーザの活性層
構造とデバイス構造を示す図である。
構造とデバイス構造を示す図である。
【００２６】図２（Ａ）は、活性層の量子井戸構造を示
すが、伝導帯側に不対量子井戸（価電子帯の量子井戸を
伴わない伝導帯のみの量子井戸）が設けられている。図
示するように、伝導帯の不対量子井戸Ｓｃは、主量子井
戸Ｍｃの両側に１ケずつ設けられている。不対量子井戸
に相当する価電子帯の領域には、浅い障壁層が形成され
るが、順方向バイアスすれば、正孔の走行には事実上、
障害とはならない。
すが、伝導帯側に不対量子井戸（価電子帯の量子井戸を
伴わない伝導帯のみの量子井戸）が設けられている。図
示するように、伝導帯の不対量子井戸Ｓｃは、主量子井
戸Ｍｃの両側に１ケずつ設けられている。不対量子井戸
に相当する価電子帯の領域には、浅い障壁層が形成され
るが、順方向バイアスすれば、正孔の走行には事実上、
障害とはならない。
【００２７】図２（Ｂ）で示すように、本実施例の半導
体レーザは、ＩｎＰ基板１上に、たとえばＭＯＶＰＥ法
やＭＢＥ法を用いて層状堆積させたＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体のエピタキシャル層を利用して製造することがで
きる。
体レーザは、ＩｎＰ基板１上に、たとえばＭＯＶＰＥ法
やＭＢＥ法を用いて層状堆積させたＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体のエピタキシャル層を利用して製造することがで
きる。
【００２８】ｎ型ＩｎＰ基板（Ｔｅドープ、キャリア濃
度約１０18ｃｍ-3）１の（１００）面上に、これと格子
整合するＴｅドープ、キャリア濃度約１０17ｃｍ-3のｎ
型ＡｌＡｓＳｂ層２を約３μｍ堆積してクラッド層とす
る。この層のバンドギャップエネルギは約１．９ｅＶで
ある。
度約１０18ｃｍ-3）１の（１００）面上に、これと格子
整合するＴｅドープ、キャリア濃度約１０17ｃｍ-3のｎ
型ＡｌＡｓＳｂ層２を約３μｍ堆積してクラッド層とす
る。この層のバンドギャップエネルギは約１．９ｅＶで
ある。
【００２９】次に、この上にアンドープのＡｌＡｓＳｂ
層３を約１０ｎｍ、その上にアンドープのＩｎＰ層４を
約１０ｎｍ、その上にアンドープのＡｌＡｓＳｂ層５を
約１０ｎｍ、その上にアンドープのＧａＡｓＳｂ層６を
約１０ｎｍ、その上にアンドープのＡｌＡｓＳｂ層７を
約１０ｎｍ、その上にアンドープのＩｎＰ層８を約１０
ｎｍ、その上にアンドープのＡｌＡｓＳｂ層９を約１０
ｎｍ連続的に堆積する。このアンドープヘテロ接合領域
（多重量子井戸構造）が活性層１３を形成する。
層３を約１０ｎｍ、その上にアンドープのＩｎＰ層４を
約１０ｎｍ、その上にアンドープのＡｌＡｓＳｂ層５を
約１０ｎｍ、その上にアンドープのＧａＡｓＳｂ層６を
約１０ｎｍ、その上にアンドープのＡｌＡｓＳｂ層７を
約１０ｎｍ、その上にアンドープのＩｎＰ層８を約１０
ｎｍ、その上にアンドープのＡｌＡｓＳｂ層９を約１０
ｎｍ連続的に堆積する。このアンドープヘテロ接合領域
（多重量子井戸構造）が活性層１３を形成する。
【００３０】ｉ型ＡｌＡｓＳｂ層３、５、７および９の
組成は、ＩｎＰに整合する組成である。そのバンドギャ
ップエネルギは約１．９６ｅＶである。また、ｉ型Ｇａ
ＡｓＳｂ層６の組成はＧａＳｂリッチであり、バンドギ
ャップエネルギは０．８０ｅＶである。
組成は、ＩｎＰに整合する組成である。そのバンドギャ
ップエネルギは約１．９６ｅＶである。また、ｉ型Ｇａ
ＡｓＳｂ層６の組成はＧａＳｂリッチであり、バンドギ
ャップエネルギは０．８０ｅＶである。
【００３１】なお、ＩｎＰ基板上で歪量子井戸構造を形
成することもできる。障壁層のｉ型ＡｌＡｓＳｂ層３、
５、７および９は、間接遷移型半導体材料であるが、量
子井戸層を構成するｉ型ＩｎＰ層４、８およびｉ型Ｇａ
ＡｓＳｂ層６は、直接遷移型である。
成することもできる。障壁層のｉ型ＡｌＡｓＳｂ層３、
５、７および９は、間接遷移型半導体材料であるが、量
子井戸層を構成するｉ型ＩｎＰ層４、８およびｉ型Ｇａ
ＡｓＳｂ層６は、直接遷移型である。
【００３２】活性層１３上に、Ｚｎドープ、キャリア濃
度約１０17ｃｍ-3のｐ+ 型ＡｌＡｓＳｂ層１０を約３μ
ｍエピタキシャル成長させる。この層の組成はｎ型Ａｌ
ＡｓＳｂ層２と同じであり、ｐ側クラッド層の役割を果
たす。さらに、キャリア濃度約１０18ｃｍ-3のｐ+ 型Ｉ
ｎＰ（コンタクト層）を約１μｍ堆積する。
度約１０17ｃｍ-3のｐ+ 型ＡｌＡｓＳｂ層１０を約３μ
ｍエピタキシャル成長させる。この層の組成はｎ型Ａｌ
ＡｓＳｂ層２と同じであり、ｐ側クラッド層の役割を果
たす。さらに、キャリア濃度約１０18ｃｍ-3のｐ+ 型Ｉ
ｎＰ（コンタクト層）を約１μｍ堆積する。
【００３３】エピタキシャル成長後、パターニングを行
ない、エッチングを行なった後、ｐ層側電極１５として
ＡｕＺｎ／Ａｕを、またｎ層側電極１６としてＡｕＧｅ
／Ａｕを蒸着し、その後熱処理して、レーザ素子を得
る。
ない、エッチングを行なった後、ｐ層側電極１５として
ＡｕＺｎ／Ａｕを、またｎ層側電極１６としてＡｕＧｅ
／Ａｕを蒸着し、その後熱処理して、レーザ素子を得
る。
【００３４】この素子を光共振器内に設置して順方向通
電すると、１．５５μｍのレーザ光が得られる。閾値電
流密度が低く、良好な単色性を有する光通信用光源が得
られる。
電すると、１．５５μｍのレーザ光が得られる。閾値電
流密度が低く、良好な単色性を有する光通信用光源が得
られる。
【００３５】十分薄い障壁を形成するＡｌＡｓＳｂ層
５、７を介して、ＧａＡｓＳｂ層６の主量子井戸に結合
したＩｎＰ層４、８の不対量子井戸から順方向バイアス
時、電子がトンネリングして供給される。ＧａＡｓＳｂ
層６の価電子帯の量子井戸準位に捕らえられた高密度正
孔との間に、直接遷移再結合する電子密度が大幅に増加
するため、閾値電流が低下すると考えられる。
５、７を介して、ＧａＡｓＳｂ層６の主量子井戸に結合
したＩｎＰ層４、８の不対量子井戸から順方向バイアス
時、電子がトンネリングして供給される。ＧａＡｓＳｂ
層６の価電子帯の量子井戸準位に捕らえられた高密度正
孔との間に、直接遷移再結合する電子密度が大幅に増加
するため、閾値電流が低下すると考えられる。
【００３６】図３は、別の実施例による半導体レーザを
示す。図２同様、図３（Ａ）に活性層のバンド構造を示
し、図３（Ｂ）に断面構造を示す。この例においては、
不対量子井戸は価電子帯側にある。各帯内の量子井戸深
さΔＥｃ、ΔＥｖの関係は、ΔＥｖ＜ΔＥｃである。
示す。図２同様、図３（Ａ）に活性層のバンド構造を示
し、図３（Ｂ）に断面構造を示す。この例においては、
不対量子井戸は価電子帯側にある。各帯内の量子井戸深
さΔＥｃ、ΔＥｖの関係は、ΔＥｖ＜ΔＥｃである。
【００３７】キャリア濃度１０18ｃｍ-3程度のｎ+ 型Ｇ
ａＳｂ基板２０の（１００）面上に、ガスソースＭＢＥ
法等を用いて、まずＴｅドープ、キャリア濃度１０18ｃ
ｍ-3程度のｎ+ 型ＡｌＩｎＰＳｂ層２１を約３μｍ成長
させる。この層は、基板と格子整合しており、バンドギ
ャップエネルギは約１．５ｅＶである。この層は、ｎ側
クラッド層として作用する。
ａＳｂ基板２０の（１００）面上に、ガスソースＭＢＥ
法等を用いて、まずＴｅドープ、キャリア濃度１０18ｃ
ｍ-3程度のｎ+ 型ＡｌＩｎＰＳｂ層２１を約３μｍ成長
させる。この層は、基板と格子整合しており、バンドギ
ャップエネルギは約１．５ｅＶである。この層は、ｎ側
クラッド層として作用する。
【００３８】次に、この上に多重量子井戸構造からなる
活性層３２をヘテロエピタキシャル成長させる。まず、
アンドープのｉ型ＡｌＩｎＰＳｂ層２２を成長させる。
この層もＧａＳｂ基板（バンドギャップエネルギは１．
０４ｅＶ）に比較的格子整合している。
活性層３２をヘテロエピタキシャル成長させる。まず、
アンドープのｉ型ＡｌＩｎＰＳｂ層２２を成長させる。
この層もＧａＳｂ基板（バンドギャップエネルギは１．
０４ｅＶ）に比較的格子整合している。
【００３９】この上に、ｉ型ＩｎＧａＳｂ層２３をエピ
タキシャル成長させる。この層のバンドギャップエネル
ギは０．８４ｅＶで非常にＧａＳｂに近い組成となって
いる。これが、価電子帯の不対量子井戸を構成する。
タキシャル成長させる。この層のバンドギャップエネル
ギは０．８４ｅＶで非常にＧａＳｂに近い組成となって
いる。これが、価電子帯の不対量子井戸を構成する。
【００４０】その上に、ｉ型ＡｌＩｎＰＳｂ層２４、そ
の上にｉ型ＩｎＧａＡｓＳｂ層２５、その上にｉ型Ａｌ
ＩｎＰＳｂ層２６、その上にｉ型ＩｎＧａＳｂ層２７、
その上にｉ型ＡｌＩｎＰＳｂ層２８を連続的にヘテロエ
ピタキシャル成長させると、活性層３２が形成される。
の上にｉ型ＩｎＧａＡｓＳｂ層２５、その上にｉ型Ａｌ
ＩｎＰＳｂ層２６、その上にｉ型ＩｎＧａＳｂ層２７、
その上にｉ型ＡｌＩｎＰＳｂ層２８を連続的にヘテロエ
ピタキシャル成長させると、活性層３２が形成される。
【００４１】次に、この上に、ｎ+ 型ＡｌＩｎＰＳｂ層
２１と同じ母体組成からなるＺｎドープキャリア濃度１
０18ｃｍ-3程度のｐ+ 型ＡｌＩｎＰＳｂ層２９を約３μ
ｍの厚さに堆積する。この層は、ｐ側クラッド層として
作用する。クラッド層２９の上にｐ+ 型ＧａＳｂ層３３
を堆積する。
２１と同じ母体組成からなるＺｎドープキャリア濃度１
０18ｃｍ-3程度のｐ+ 型ＡｌＩｎＰＳｂ層２９を約３μ
ｍの厚さに堆積する。この層は、ｐ側クラッド層として
作用する。クラッド層２９の上にｐ+ 型ＧａＳｂ層３３
を堆積する。
【００４２】その後、ｐ側電極としてＡｕＺｎ／Ａｕ電
極３１を、またｎ側電極としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極
３０をそれぞれ形成し、メサエッチングして、図３
（Ｂ）に示すようなストライプ構造を形成する。両端面
をへき開すると、ファブリーペロ形半導体レーザが得ら
れる。
極３１を、またｎ側電極としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極
３０をそれぞれ形成し、メサエッチングして、図３
（Ｂ）に示すようなストライプ構造を形成する。両端面
をへき開すると、ファブリーペロ形半導体レーザが得ら
れる。
【００４３】この実施例のレーザは、活性層３２を構成
する量子井戸の価電子帯側井戸が浅く、量子準位の状態
密度は価電子帯の量子井戸で高いにもかかわらず、熱的
オーバフローによって一旦量子準位に捕らえられた正孔
が逃げるため、注入正孔量は少なくなる。
する量子井戸の価電子帯側井戸が浅く、量子準位の状態
密度は価電子帯の量子井戸で高いにもかかわらず、熱的
オーバフローによって一旦量子準位に捕らえられた正孔
が逃げるため、注入正孔量は少なくなる。
【００４４】しかし、不対量子井戸とのトンネル結合に
より、再結合発光する正孔密度が大幅に高まるため、レ
ーザ発振の閾値を下げることができる。この半導体レー
ザは、２．１８μｍの輻射を行ない、リモートセンシン
グや気象衛星搭載光源として利用することができる。
より、再結合発光する正孔密度が大幅に高まるため、レ
ーザ発振の閾値を下げることができる。この半導体レー
ザは、２．１８μｍの輻射を行ない、リモートセンシン
グや気象衛星搭載光源として利用することができる。
【００４５】以上の実施例では、活性層中に孤立した対
井戸が存在する場合を述べなかった。しかし、前記した
ように、必要に応じて図１（Ｂ）に示すような孤立対量
子井戸とトンネル結合量子井戸の混在型活性層を形成し
うることは云うまでもない。
井戸が存在する場合を述べなかった。しかし、前記した
ように、必要に応じて図１（Ｂ）に示すような孤立対量
子井戸とトンネル結合量子井戸の混在型活性層を形成し
うることは云うまでもない。
【００４６】図１（Ｂ）左方の図で示すように、活性層
を形成する伝導帯量子井戸には、従来の多重量子井戸構
造同様、トンネル結合しない孤立量子井戸ＱＷを一部に
設けることもできる。
を形成する伝導帯量子井戸には、従来の多重量子井戸構
造同様、トンネル結合しない孤立量子井戸ＱＷを一部に
設けることもできる。
【００４７】図は、この場合の伝導帯の量子井戸の量子
準位が井戸幅や深さの調節がされていない状態にある
（従来例の量子井戸と同じ状態にある）ことを示してい
る。これは、判りやすくするために、便宜的に描いたも
のであり、実際に配置する場合には、再結合発光波長を
トンネル結合量子井戸層と等しくするため、量子井戸層
の幅や深さを調節することが好ましい。
準位が井戸幅や深さの調節がされていない状態にある
（従来例の量子井戸と同じ状態にある）ことを示してい
る。これは、判りやすくするために、便宜的に描いたも
のであり、実際に配置する場合には、再結合発光波長を
トンネル結合量子井戸層と等しくするため、量子井戸層
の幅や深さを調節することが好ましい。
【００４８】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれら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。
本発明はこれら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。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
再結合過程を律速する量子準位捕獲正孔または電子の密
度を実効的に高めることができる。この結果、量子井戸
構造半導体レーザの閾値電流密度を低減させ、発光効率
を高めることができる。
再結合過程を律速する量子準位捕獲正孔または電子の密
度を実効的に高めることができる。この結果、量子井戸
構造半導体レーザの閾値電流密度を低減させ、発光効率
を高めることができる。
【図１】多重量子井戸半導体レーザの動作説明図であ
る。
る。
【図２】実施例による半導体レーザを示す。
【図３】別の実施例による半導体レーザを示す。
Ｍ 主量子井戸（対量子井戸） Ｓ 不対量子井戸 １ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２ ｎ+ 型ＡｌＡｓＳｂ層 ３、５、７、９ ｉ型ＡｌＡｓＳｂ層 ４、８ ｉ型ＩｎＰ層 ６ ｉ型ＧａＡｓＳｂ層 １０ ｐ+ 型ＡｌＡｓＳｂ層 １１ ｐ+ 型ＩｎＰ層 １５ ＡｕＺｎ／Ａｕ電極 １６ ＡｕＧｅ／Ａｕ電極 １３ 活性層 ２０ ｎ+ 型ＧａＳｂ基板 ２１ ｎ+ 型ＡｌＩｎＰＳｂ層 ２２、２４、２６、２８ ｉ型ＡｌＩｎＰＳｂ層 ２３、２７ ｉ型ＩｎＧａＳｂ層 ２５ ｉ型ＩｎＧａＡｓＳｂ層 ２９ ｐ+ 型ＡｌＩｎＰＳｂ層 ３０ ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極 ３１ ＡｕＺｎ／Ａｕ電極 ３２ 活性層 ３３ ｐ+ 型ＧａＳｂ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (1)
- 【請求項１】 伝導帯または価電子帯の一方のみに量子
井戸を形成する不対量子井戸層（Ｓ）と、 該不対量子井戸層と近接して配置され、伝導帯および価
電子帯に対になった量子井戸を形成する対量子井戸層で
あって、前記不対量子井戸と対量子井戸とがトンネル結
合した対量子井戸層（Ｍ）とを含む活性層を備えた半導
体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29000192A JP3255244B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29000192A JP3255244B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140713A JPH06140713A (ja) | 1994-05-20 |
| JP3255244B2 true JP3255244B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=17750499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29000192A Expired - Fee Related JP3255244B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3255244B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6437869B2 (ja) * | 2015-04-02 | 2018-12-12 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
-
1992
- 1992-10-28 JP JP29000192A patent/JP3255244B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06140713A (ja) | 1994-05-20 |
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