JPH01283891A - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JPH01283891A
JPH01283891A JP11287888A JP11287888A JPH01283891A JP H01283891 A JPH01283891 A JP H01283891A JP 11287888 A JP11287888 A JP 11287888A JP 11287888 A JP11287888 A JP 11287888A JP H01283891 A JPH01283891 A JP H01283891A
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JP
Japan
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layers
light
layer
emitting layer
light emitting
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Application number
JP11287888A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoji Kitamura
祥司 北村
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To select light emitting layers to be trapped with holes and electrons and to radiate a laser light having a plurality of wavelengths by controlling a potential to be applied to a barrier layer by utilizing the height of a barrier with respect to movements of holes or electrons on the basis of a hetero junction between the barrier layer and the light emitting layers. CONSTITUTION:A semiconductor laminated layer structure made of light emitting layers 3, 5 and a barrier layer 4 is hetero applied to the layers 3, 5 of the end of the structure, and a body of a semiconductor laser device is composed of a pair of clad layers 2, 6 formed as reverse conductivity type semiconductor layers. Means (electrode) 12 for applying a desired potential to the layer 4 is provided, and the potential to be applied to the layer 4 through the means 12 is controlled in a state that a driving voltage is applied between the layers 2 and 6 in a forward bias direction. Thus, the layers 3, 5 in which holes or electrons to be injected from the layers 2, 6 are trapped or confined can be controlled or selected, and laser lights of the wavelengths corresponding to the band gap values of the layers 3, 5 can be switched and output from the layers 3, 5.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数個の波長のレーザ光を取り出すことが可能
な半導体レーザ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor laser device capable of extracting laser light of a plurality of wavelengths.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近の半導体レーザ技術の進展には著しいものがあり、
これとともにその用途も光通信ないしは情報処理のほか
、レーザプリンタ、C−Dプレイヤなどの広い分野に拡
大しつつある0通信用は別として、非常に小形でレーザ
発光量が比較的大な・半導体レーザ装置として、ダブル
ヘテロ接合構造のものが広く採用されており、よく知ら
れていることであるが、第3図にその構造を、第4図に
そのレーザ発光原理をそれぞれ示す。
Recent advances in semiconductor laser technology have been remarkable.
Along with this, its applications are expanding into a wide range of fields such as optical communications and information processing, as well as laser printers and CD players.Aside from communication applications, it is extremely small and emits a relatively large amount of laser light. A double heterojunction structure is widely used as a laser device, and it is well known that the structure is shown in FIG. 3, and the principle of laser emission is shown in FIG. 4.

第3図において、n形のGaAs基板1上にn形のAl
GaAsからなるクラッド層2を被せた上で、同じくn
形の発光層3をAlGaAsで成長させ、さらにその上
から今度はp形でAlGaAsのクラッド層6を被せる
。その上のn形のGaAsの狭窄層7は注入電流を発光
層3の図の中央部に集中させるためのもので、その中央
部に溝を切ってその中を埋めかつ下のクラッド層6と連
続するようにクラッド層8を同じp形のAlGaAsで
成長させる0M後に強いp形の接続層9がGaAsで設
けられる。ついで、電極膜10および11を上下面に設
けて、駆動電圧Vを図のように半導体積層構造に対して
順バイアス方向に掛けることにより、発光層3に狭窄層
7で絞られた電流を注入する。
In FIG. 3, an n-type Al layer is placed on an n-type GaAs substrate 1.
After covering the cladding layer 2 made of GaAs,
A p-type light-emitting layer 3 is grown from AlGaAs, and then a p-type AlGaAs cladding layer 6 is placed over it. The n-type GaAs confinement layer 7 on top of the n-type confinement layer 7 is for concentrating the injected current in the center of the light emitting layer 3 in the figure. After 0M of growing the cladding layer 8 of the same p-type AlGaAs in a continuous manner, a strong p-type connection layer 9 of GaAs is provided. Next, by providing electrode films 10 and 11 on the upper and lower surfaces and applying a driving voltage V in a forward bias direction to the semiconductor laminated structure as shown in the figure, a current narrowed by the confinement layer 7 is injected into the light emitting layer 3. do.

第4図の中央部には発光層3のもつバンドギャップEg
が示されており、互いに逆導電形のクラッド層2および
6がこの発光層3に対してそれぞれヘテロ接合されるの
で、発光層付近のバンド構造は図示のようになる。電導
バンドは図ではハツチラグを施して示されている。p形
のクラッド層6側から発光層3に注入される正孔りは、
発光層3とクラッド層2との間のバリアにより発光層3
内にトラップされ、逆にn形のクラッド層2側から発光
層3に注入される電子eは、発光層3とクラッド層6と
の間のバリアにより発光層3内にトラップされるので、
発光層3内に閉じ込められた正孔と電子の結合によって
レーザ発光が生じて、よく知られているように発光層の
バンドギャップEgの僅に対応する波長λのレーザ光り
が第3図の紙面に直角な方向に発生される。
In the center of FIG. 4, the band gap Eg of the light emitting layer 3 is shown.
is shown, and since the cladding layers 2 and 6 of opposite conductivity types are respectively heterojunctioned to the light emitting layer 3, the band structure near the light emitting layer is as shown in the figure. The conductive band is shown with hatch lugs in the figure. Holes injected into the light emitting layer 3 from the p-type cladding layer 6 side are:
Due to the barrier between the light emitting layer 3 and the cladding layer 2, the light emitting layer 3
Electrons e that are trapped inside and conversely injected into the light emitting layer 3 from the n-type cladding layer 2 side are trapped in the light emitting layer 3 by the barrier between the light emitting layer 3 and the cladding layer 6.
Laser light emission is generated by the combination of holes and electrons confined within the light emitting layer 3, and as is well known, laser light with a wavelength λ slightly corresponding to the bandgap Eg of the light emitting layer is emitted as shown in the paper of FIG. generated in a direction perpendicular to

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述の半導体レーザ装置から得られるレーザ光はあくま
で発光層3のもつバンドギャップ値Egによって決まる
波長λの単色光であるが、用途によっては2種以上の波
長を持つ光を切り換えてレーザ発光できるものが要求さ
れる。このため、近年では多色光が得られる半導体レー
ザ装置が若干提案されているが、本件出願人の知る限り
いずれも上記のような構造の半導体レーザ装置を複数個
組み合わせないしは集積化したものであって、単一の半
導体レーザ装置で複数波長のレーザ光が得られるもので
はなく、このため経済性、量産性、使い勝手などの点で
多かれ少なかれ開題点を抱えている。
The laser light obtained from the above-mentioned semiconductor laser device is monochromatic light with a wavelength λ determined by the bandgap value Eg of the light emitting layer 3, but depending on the application, laser light can be emitted by switching between light having two or more wavelengths. is required. For this reason, in recent years, several semiconductor laser devices that can obtain polychromatic light have been proposed, but as far as the applicant is aware, none of them are combinations or integrations of multiple semiconductor laser devices with the above structure. However, it is not possible to obtain laser beams of multiple wavelengths with a single semiconductor laser device, and as a result, there are more or less open issues in terms of economy, mass production, ease of use, etc.

従って、本発明の目的は単一の半導体レーザ装置であっ
て複数波長のレーザ発光が可能なものを得ることにある
Therefore, an object of the present invention is to provide a single semiconductor laser device capable of emitting laser light of multiple wavelengths.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この目的は本発明によれば、それぞれ異なるバンドギャ
ップ値を有する半導体層としてなる複数個の発光層と、
発光層相互間に挟まれた半導体層としてなりその両側の
発光層とそれぞれヘテロ接合を形成する障壁層と、発光
層および障壁層からなる半導体積層構造を挟んで設けら
れこの積層構造の端部の発光層とそれぞれヘテロ接合し
かつ互いに逆導電形の半導体層としてなる1対のクラッ
ド層と、障壁層に所望の電位を付与可能な手段とにより
半導体レーザ装置を構成し、クラッド層間に順バイアス
方向に駆動電圧を与えた状態で電位付与手段を介して障
壁層に与える電位を制御することによりレーザ発光させ
るべき発光層を選択しながら、各発光層からそのバンド
ギャップ値に対応する波長のレーザ光を切り換えてそれ
ぞれ取り出すことによって達成される。
This purpose, according to the invention, consists of a plurality of light-emitting layers each serving as a semiconductor layer having a different bandgap value;
A barrier layer is provided as a semiconductor layer sandwiched between the light-emitting layers and forms a heterojunction with the light-emitting layers on both sides, and a semiconductor stack structure consisting of the light-emitting layer and the barrier layer is sandwiched between the barrier layers and the barrier layer is provided as a semiconductor layer between the light-emitting layers. A semiconductor laser device is constituted by a pair of cladding layers each having a heterojunction with the light-emitting layer and serving as semiconductor layers of opposite conductivity types, and means capable of applying a desired potential to the barrier layer, and a forward bias direction is applied between the cladding layers. By controlling the potential applied to the barrier layer through the potential applying means with a driving voltage applied to the barrier layer, a light emitting layer to emit laser light is selected, and a laser beam of a wavelength corresponding to the bandgap value is emitted from each light emitting layer. This is achieved by switching and taking out each.

〔作用〕[Effect]

上述のように、レーザ発光する波長は発光層を構成する
半導体がもつバンドギャップ値によって決まるが、この
バンドギャップの大きさは半導体材料の組成例えばAl
GaAsのA1の含有量、つまりその組成をAlx G
a+−x Asで表したときのXの値によって調整する
ことができる。従って、半導体レーザ装置の半導体層の
積層構造内に組成の異なる発光層を複数個作り込んで、
各発光層にそれに固有の波長のレーザ発光をそれぞれさ
せれば、原理的には複数波長のレーザ発光が可能になる
ことにはなる。
As mentioned above, the wavelength of laser emission is determined by the bandgap value of the semiconductor constituting the light emitting layer, and the size of this bandgap depends on the composition of the semiconductor material, such as Al
The content of A1 in GaAs, that is, its composition, is expressed as Alx G
It can be adjusted by the value of X when expressed as a+-x As. Therefore, by creating a plurality of light emitting layers with different compositions in the stacked structure of semiconductor layers of a semiconductor laser device,
If each light-emitting layer is made to emit laser light with its own wavelength, in principle it becomes possible to emit laser light with a plurality of wavelengths.

しかし、そのままではp形のクラッド層から注入される
正孔とn形のクラッド層から注入される電子とがそれぞ
れどの発光層にトラップされるかが必ずしも定まらず、
レーザ発光はある発光層内で正孔と電子とが結合しない
と当然起こらないから、どの発光層も発光しないとか、
複数個の発光層が同時に発光してしまうとかの不都合が
生じることになる。
However, as it is, it is not always determined in which light-emitting layer the holes injected from the p-type cladding layer and the electrons injected from the n-type cladding layer are trapped.
Laser light emission naturally does not occur unless holes and electrons combine within a certain light-emitting layer, so no light-emitting layer will emit light.
This may cause problems such as a plurality of light emitting layers emitting light at the same time.

本発明ではこの点に着目して、正孔および電子の注入源
としてのp形およびn形の1対のクラッド層で挟まれた
半導体積層構造内に、それぞれ異なるバンドギャップ値
をもつ発光層を複数個作り込むとともに、これらの発光
層の相互間にそれらとヘテロ結合を形成する障壁層を組
み込んで電位付与手段1例えば障壁層を露出させた表面
に設けられた電極膜を介してこの障壁層に所望の電位を
与え得るようにしておいた上で、障壁層と各発光層との
間のヘテロ結合に基づく正孔ないし電子の移動に対する
バリアの高さを利用しながら、障壁層に付与する電位を
制御することによって正孔および電子がトラップされる
発光層を選択できるようにする。
Focusing on this point, the present invention includes light-emitting layers each having a different bandgap value within a semiconductor stacked structure sandwiched between a pair of p-type and n-type cladding layers that serve as hole and electron injection sources. A plurality of these light emitting layers are fabricated, and a barrier layer is incorporated between these light emitting layers to form a hetero bond with them. After making it possible to apply a desired potential to the barrier layer, it is applied to the barrier layer while utilizing the height of the barrier against the movement of holes or electrons based on the heterobond between the barrier layer and each light emitting layer. By controlling the potential, it is possible to select a light-emitting layer in which holes and electrons are trapped.

従って本発明によれば、障壁層に与える電位によってレ
ーザ発光させるべき発光層を指定できることになり、こ
れによって本発明に対する前述の課題が解決される。
Therefore, according to the present invention, it is possible to specify the light-emitting layer to emit laser light by the potential applied to the barrier layer, thereby solving the above-mentioned problems of the present invention.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明
する。第1図は本発明による半導体レーザ装置の構成を
例示する断面図、第2図はその動作説明図である。なお
、第1図を参照する説明において、A11l Gap−
l1Asの組成はχΦ値で表すこととする。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a semiconductor laser device according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of its operation. In addition, in the explanation referring to FIG. 1, A11l Gap-
The composition of l1As is expressed by the χΦ value.

第1図において、この実施例では基板1にn形のGaA
sが用いられ、例えばその厚みは100n程度で、St
等のn形の不純物濃度は10I8原子/cd以上とされ
る。同じくn形のクラッド層2は、この上にXが0.4
5程度のAlGaAsを通例のようにCVD法等で1.
5n程度の厚みに成長させて作られ、その不純物濃度は
例えば5xlOI?原子/cd前後とされる0次の下側
の発光層3としては、この実施例では例えばGaAsが
成長される。障壁層4には、この発光層3とヘテロ接合
を形成するようにAlGaAsが用いられ、その組成は
例えばXが0.25とされる。
In FIG. 1, in this embodiment, the substrate 1 is made of n-type GaA.
For example, the thickness is about 100n, and St
The n-type impurity concentration is set to be 10I8 atoms/cd or more. Similarly, the n-type cladding layer 2 has an X of 0.4 on top of it.
AlGaAs of about 1.
It is grown to a thickness of about 5n, and its impurity concentration is, for example, 5xlOI? In this embodiment, GaAs, for example, is grown as the lower light-emitting layer 3 of the 0th order, which is around atoms/cd. AlGaAs is used for the barrier layer 4 so as to form a heterojunction with the light emitting layer 3, and its composition is such that, for example, X is 0.25.

上側の発光層5には、この障壁層4とヘテロ接合しかつ
下側発光層3とはバンドギャップ値が異なるように、例
えばXが0.13の組成のAlGaAsが用いられる。
For the upper light emitting layer 5, AlGaAs having a composition of, for example, X of 0.13 is used so that it forms a heterojunction with the barrier layer 4 and has a different bandgap value from the lower light emitting layer 3.

この実施例では、以上の発光層3と5および障壁層4は
すべてn形とされ、それらの厚みは例えばそれぞれ0.
1n程度とされる。
In this embodiment, the light-emitting layers 3 and 5 and the barrier layer 4 are all n-type, and their thicknesses are, for example, 0.
It is said to be about 1n.

次のクラッド・層6は下側のクラッド層2とは逆導電形
のn形とされ、かつ発光層5とヘテロ接合を形成するよ
うに、例えばXの値が0.45の組成をもつAlGaA
sがo、sn程度の厚みに成長され、そのZn等のp形
不純物の濃度は下側クラッド層2と同程度の5xlO”
原子/C4とされる。狭窄層7としては、クラッド層6
と逆導電形になるように、n形の例えばIQ11原子/
cil程度の高い不純物濃度をもつGaAsが用いられ
、これを0.5n程度の厚みに成長させた後に前述のよ
うにその中央部に溝を切り、この溝を埋めながら下のク
ラッド層6と連続するように、それと同じ導電形および
組成でクラッド層8が成長される0両りラッド眉6およ
び8と狭窄層7とを合わせた厚みは1.5n程度とされ
る。最後に接続層9として、IQ11原子/d程度の高
い不純物濃度をもつn形のGaAsが0.5n程度の厚
みに成長され、これで半導体レーザ装置用の半導体層の
積層構造が完成する。
The next cladding layer 6 is of an n-type conductivity type opposite to that of the lower cladding layer 2, and has a composition of, for example, AlGaA with an X value of 0.45 so as to form a heterojunction with the light emitting layer 5.
s is grown to a thickness of about o and sn, and the concentration of p-type impurities such as Zn is 5xlO, which is about the same as that of the lower cladding layer 2.
Atom/C4. As the narrowing layer 7, the cladding layer 6
For example, an n-type IQ11 atom/
GaAs with a high impurity concentration on the order of cil is used, and after growing it to a thickness of about 0.5 nm, a groove is cut in the center as described above, and while filling this groove, it is continuous with the cladding layer 6 below. The cladding layer 8 is grown with the same conductivity type and composition as the cladding layer 8.The combined thickness of the cladding layers 6 and 8 and the constriction layer 7 is about 1.5n. Finally, n-type GaAs having a high impurity concentration of about IQ11 atoms/d is grown as a connection layer 9 to a thickness of about 0.5n, thereby completing a stacked structure of semiconductor layers for a semiconductor laser device.

本発明では、上記の積層構造内の障壁層4に対する電位
付与手段として図示の1を掻膜12を設けてやる要があ
る戸で、つぎに積層構造体の例えば図の上面からフォト
エツチング等の手段によって障壁層4に達する凹み20
を設ける0図では1個の半導体レーザ装置の分が実線で
示されているが、もちろんまだこの段階では図で一点鎖
線で略示したように多数個の半導体レーザ装置がウェハ
内でつながっている。積層構造体の上下面に電極膜10
および11をそれぞれ付け、凹み20の底の障壁層4の
表面にもそれに対する電位付与手段として電極膜12を
付けた後、最後に臂開面21に沿ってウェハを割ること
によりそれから各半導体レーザ装置を分離する。よく知
られているように、紙面の前後の臂開面が共振面になり
、その一方からレーザ光が取り出される。また、通例の
ようにこれらの共振面には反射膜が1図の左右の側面に
は保護膜がそれぞれ設けられる。
In the present invention, 1 shown in the figure is a door in which it is necessary to provide a scratch film 12 as a means for applying a potential to the barrier layer 4 in the laminated structure, and then photoetching or the like is performed from the upper surface of the laminated structure, for example. Recess 20 reaching barrier layer 4 by means
In Figure 0, one semiconductor laser device is shown by a solid line, but of course, at this stage, many semiconductor laser devices are connected within the wafer as shown schematically by the dashed line in the figure. . Electrode films 10 are provided on the upper and lower surfaces of the laminated structure.
and 11, respectively, and an electrode film 12 is also attached to the surface of the barrier layer 4 at the bottom of the recess 20 as a means for applying a potential thereto.Finally, the wafer is broken along the arm opening 21, and then each semiconductor laser is Separate the equipment. As is well known, the front and rear opening planes of the paper become resonant planes, and laser light is extracted from one of them. Further, as usual, a reflective film is provided on these resonant surfaces, and a protective film is provided on the left and right side surfaces in FIG. 1, respectively.

以上のように構成された半導体レーザ装置は、第1図の
上側電極膜10に正の電圧■を掛けて、順バイアスされ
た状態で使用される。第2図はこの際の上述のような組
成をもつn形のクラッド層2からP形のクラッド層6に
至る部分のバンドギャップ構造を図示するもので、以下
これを参照しながら本発明による半導体レーザ装置の動
作を説明する。
The semiconductor laser device constructed as described above is used in a forward biased state by applying a positive voltage (1) to the upper electrode film 10 in FIG. FIG. 2 illustrates the bandgap structure of the portion from the n-type cladding layer 2 having the above-mentioned composition to the p-type cladding layer 6. The operation of the laser device will be explained.

同図(a)には、下側発光層3.障壁層4および上側発
光層5がもつバンドギャップ値がEgl、8g3および
Eg2でそれぞれ示されており、この例ではこれらの間
にはEgl<Eg2<[!g3の関係がある。また、発
光層3のバンドギャップ値Eglは1.43Vであって
、それに対応するレーザ光の波長は870nmであり、
発光層5のバンドギャップ値Eg2は1.73Vであっ
て7B0nmの波長に対応する。また、この第2図には
正孔りおよび電子eに対する電導バンドがハツチラグを
施して示されている。
In the figure (a), the lower light emitting layer 3. The band gap values of the barrier layer 4 and the upper light emitting layer 5 are shown as Egl, 8g3 and Eg2, respectively, and in this example, the relationship Egl<Eg2<[! There is a g3 relationship. Further, the bandgap value Egl of the light emitting layer 3 is 1.43V, and the wavelength of the laser light corresponding to it is 870 nm.
The bandgap value Eg2 of the light emitting layer 5 is 1.73V, which corresponds to a wavelength of 7B0 nm. Further, in FIG. 2, conductive bands for holes and electrons e are shown with hatching.

同図(a)および■)は障壁層4に対してとくには電位
を付与しない時の状態を示し、この例ではクラッド層6
だけがp形で他の2から5までの層がすべてn形なので
、図示のように下側のバンドレベル構造には障壁層4と
発光層3および5との間のヘテロ接合に基づくバリア構
造が現れるが、上側のバンドレベル構造はほぼバリアが
存在しない構造になる。
Figures (a) and (■) show the state when no potential is applied to the barrier layer 4; in this example, the cladding layer 6
Since only one layer is p-type and the other layers 2 to 5 are all n-type, the lower band-level structure has a barrier structure based on a heterojunction between barrier layer 4 and light-emitting layers 3 and 5, as shown in the figure. appears, but the upper band-level structure has almost no barrier.

同図(a)は、両クラッド層2と6の間に、上側発光層
5のもつバンドギャップ値Eg2に対応する電圧(・[
4g2/e、ただしeは電子の電荷)と同程度の駆動電
圧が掛かった時に対応する。p形のクラッド層6から上
側発光層5に注入される正孔りは、この発光層5と障壁
層4との間のヘテロ接合に基づくバリアによって図示の
ように反射され、発光層5内にトラップされる。しかし
、n形のクラッド層2から発光層3に注入される電子e
は、図かられかるように容易に発光層3および障壁層4
を通過して、発光層5とクラッド層6との間のバリアに
よって初めて反射され、発光層5内にトラップされる。
In the figure (a), a voltage (.[
4g2/e (where e is the electron charge), this corresponds to when a drive voltage of the same magnitude is applied. Holes injected from the p-type cladding layer 6 to the upper light-emitting layer 5 are reflected by the barrier based on the heterojunction between the light-emitting layer 5 and the barrier layer 4 as shown in the figure, and are absorbed into the light-emitting layer 5. Trapped. However, the electrons e injected from the n-type cladding layer 2 to the light emitting layer 3
As can be seen from the figure, the light emitting layer 3 and the barrier layer 4 are easily separated.
The light is reflected for the first time by the barrier between the light emitting layer 5 and the cladding layer 6, and is trapped within the light emitting layer 5.

従って、この発光層5内で正孔と電子の結合によるレー
ザ発光が生じ、この際のレーザ光りの波長は前述の87
0nmになる。
Therefore, laser light emission occurs due to the combination of holes and electrons within this light emitting layer 5, and the wavelength of the laser light at this time is 87.
It becomes 0nm.

同図Φ)は、クラッド層2と6の間に、障壁層4のもつ
バンドギャップ値Eg3に対応する電圧よりも大きな駆
動電圧が与えられた時の状態を示す。
Φ) in the figure shows a state when a driving voltage larger than the voltage corresponding to the bandgap value Eg3 of the barrier layer 4 is applied between the cladding layers 2 and 6.

この場合には、両クラッド層間に掛かる大きな順バイア
スのため、正孔りに対する図の下側の電導バンドの幅が
図示のように発光層5と障壁層4との間のヘテロ接合に
基づくバリアを越えて広がるので、p形のクラッド層6
側から注入される正孔りは発光層5および障壁層4を通
過して発光層3に達することができるようになる。もち
ろんこの発光層3に達した後は、正孔りはそれとクラッ
ドN2との間のバリアによって反射されるので、主に発
光層3内にトラップされることになる。従って、この同
図(b)の場合は発光層3および5で同時に発光が生じ
うることになるが、容易にわかるように駆動電圧を上げ
るに従って発光層3からの前述の78onI11の波長
をもつレーザ発光が支配的になる。
In this case, due to the large forward bias applied between both cladding layers, the width of the conduction band on the lower side of the figure with respect to holes becomes a barrier based on the heterojunction between the light-emitting layer 5 and the barrier layer 4, as shown in the figure. Since it spreads beyond the p-type cladding layer 6
Holes injected from the side can pass through the light emitting layer 5 and the barrier layer 4 and reach the light emitting layer 3. Of course, after reaching the light-emitting layer 3, the holes are reflected by the barrier between the holes and the cladding N2, so that they are mainly trapped within the light-emitting layer 3. Therefore, in the case of (b) in the same figure, light emission can occur simultaneously in the light emitting layers 3 and 5, but as can be easily seen, as the drive voltage is increased, the laser with the aforementioned wavelength of 78 on I11 is emitted from the light emitting layer 3. Luminescence becomes dominant.

第2図(C)は、第1図の電位付与手段としての電橋膜
12に電位Vcを与えることにより、障壁層3をn形の
クラフト層2に対して8g3−Eg2のバンドギャップ
値に対応する電圧を逆バイアス方向に掛けた時の状態を
示す、この逆バイアスによって、図示のように下側のバ
ンドレベル構造からは発光層5と障壁N4との間のバリ
アが消え、このバリアが上側のバンドレベル構造に現れ
るようになる。
FIG. 2(C) shows that the barrier layer 3 has a bandgap value of 8g3-Eg2 with respect to the n-type craft layer 2 by applying a potential Vc to the bridge film 12 as the potential applying means in FIG. This shows the state when a corresponding voltage is applied in the reverse bias direction. Due to this reverse bias, the barrier between the light emitting layer 5 and the barrier N4 disappears from the lower band level structure as shown in the figure, and this barrier It appears in the upper band level structure.

この場合には、図かられかるようにp形のクラッド層6
側から注入された正孔りは容易に発光層3に達してそれ
とクラッド層2との間のバリアにより反射され、n形の
クラッド層2側から発光層3に注入される電子eはそれ
と障壁層4との間に新しくできたバリアによって反射さ
れるので、正孔りおよび電子eとも発光層3内にトラッ
プされることになる。従って、この場合にはレーザ発光
は専ら発光層3内で起こり、半導体レーザ装置からは7
B0nmのレーザ光が発生される。
In this case, as shown in the figure, the p-type cladding layer 6
Holes injected from the side easily reach the light-emitting layer 3 and are reflected by the barrier between it and the cladding layer 2, and electrons e injected from the side of the n-type cladding layer 2 into the light-emitting layer 3 are reflected by the barrier. Since the light is reflected by the newly formed barrier between the light emitting layer 4 and the light emitting layer 4, both holes and electrons e are trapped within the light emitting layer 3. Therefore, in this case, laser light emission occurs exclusively within the light emitting layer 3, and from the semiconductor laser device 7
B0nm laser light is generated.

以上の第2図(a)および(C)に対する説明かられか
るように、本発明では半導体レーザ装置内にそれぞれ固
有のバンドギャップ値をもつ発光層を複数個組み込んで
おき、電位付与手段を介してこれらの発光層の間に挟ま
れた障壁層に適切な電位を付与することによって、半導
体レーザ装置から得られるレーザ光の波長を切り換える
ことができる。
As can be seen from the above description of FIGS. 2(a) and 2(C), in the present invention, a plurality of light-emitting layers each having a unique bandgap value are incorporated in a semiconductor laser device, and a plurality of light-emitting layers each having a unique bandgap value are incorporated into the semiconductor laser device. By applying an appropriate potential to the barrier layer sandwiched between these light-emitting layers, the wavelength of the laser light obtained from the semiconductor laser device can be switched.

また、完全な切り換えとは必ずしもいえないが、障壁層
に対する電位付与をとくにしない状態で、半導体レーザ
装置の駆動電圧値を選択することにより、第2図(b)
に対して説明したように複数個の発光層に同時にレーザ
発光させ、あるいはその内の特定の発光層に支配的なレ
ーザ発光をさせることができる。
In addition, although it cannot necessarily be said that complete switching is performed, by selecting the drive voltage value of the semiconductor laser device without applying any particular potential to the barrier layer, it is possible to achieve the effect shown in FIG. 2(b).
As explained above, a plurality of light emitting layers can be made to emit laser light simultaneously, or a specific light emitting layer among them can be made to emit a dominant laser light.

なお、第2図で説明した本発明による半導体レーザ装置
の動作は、あくまでそれを第1図について説明したよう
に構成した場合の実施態様であって、半導体レーザ装置
に発生させるレーザ光の波長を選択するためにそれに与
える順バイアス値、および電位付与手段を介して障壁層
に与える電位の値は、発光層、障壁層およびクラッド層
にそれぞれ与えておく半導体組成に基づくバンドギャッ
プ値や相互間のヘテロ接合に基づくバリアの値、ならび
にこれらの各層に与えておく導電形に応じて当然適宜に
選択されるべきものである。これかられかるようにに、
本発明は例示された実施例に限定されず、その要旨の範
囲内で種々の変形された態様ないしは応用されたm様で
実施をすることが可能である。
Note that the operation of the semiconductor laser device according to the present invention explained in FIG. 2 is an embodiment in which it is configured as explained in FIG. The forward bias value given to it for selection and the value of the potential given to the barrier layer via the potential applying means are determined based on the band gap value based on the semiconductor composition given to the light-emitting layer, barrier layer and cladding layer, respectively, and the value of the potential given to the barrier layer through the potential applying means. Naturally, it should be selected appropriately depending on the value of the barrier based on the heterojunction and the conductivity type given to each of these layers. As you will see from now on,
The present invention is not limited to the illustrated embodiments, but can be implemented in various modified or applied ways within the scope of the invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明においては、それぞれ異なるバ
ンドギャップ値を存する半導体層としてなる複数個の発
光層と、発光層相互間に挟まれた半導体層としてなりそ
の両側の発光層とそれぞれヘテロ接合を形成する障壁層
と、発光層および障壁層からなる半導体積層構造を挟ん
で設けられこの積層構造の端部の発光層とそれぞれヘテ
ロ接合しかつ互いに逆導電形の半導体層としてなる1対
のクランド層とで半導体レーザ装置の本体を構成した上
で、障壁層に所望の電位を付与可能な手段を設けたので
、クラッド層間に順バイアス方向に駆動電圧を与えた状
態で電位付与手段を介して障壁層に与える電位を制御す
ることにより、クラッド層側から注入される正孔や電子
がトラップないしは閉じ込められる発光層をIInない
しは選択することが可能になり、これによって各発光層
からそのバンドギャップ値に対応する波長のレーザ光を
切り換えて取り出すことができる。
As described above, in the present invention, a plurality of light emitting layers are formed as semiconductor layers each having a different band gap value, and a semiconductor layer is formed as a semiconductor layer sandwiched between the light emitting layers, and a heterojunction is formed with each of the light emitting layers on both sides. a barrier layer to be formed, and a pair of ground layers that are provided across a semiconductor laminated structure consisting of a light-emitting layer and a barrier layer, are in heterojunction with the light-emitting layer at the end of this laminated structure, and are semiconductor layers of opposite conductivity types. The main body of the semiconductor laser device is constituted by the above, and a means capable of applying a desired potential to the barrier layer is provided. By controlling the potential applied to the layer, it is possible to select IIn or a light-emitting layer in which holes and electrons injected from the cladding layer are trapped or confined, and this allows each light-emitting layer to have its bandgap value. Laser beams of corresponding wavelengths can be switched and extracted.

本発明の興味のある応用例の一つに3色の発光が可能な
半導体レーザ装置がある。このためには赤、青および緑
をそれぞれレーザ発光する3個の発光層をそれに組み込
むことができ、あるいは赤と青をそれぞれ発光する2個
の発光層だけを組み込んでおき、これらの発光層を単独
および同時にレーザ発光させることにより、黄色を含む
3色を切り換えて取り出すこともできる。また、よく知
られているように、光通信では光ファイバの特性上から
最適な波長が0 、9 n ’IIと1.55n帯との
二つがあり、本発明を利用すれば1個の半導体レーザ装
置をこれらのいずれの波長帯にも切り換え使用すること
が可能になる。さらに、本発明による半導体レーザ装置
のレーザ光の波長切り換えはごく簡単なので、2種の周
波数を用いてディジタル通信系を構成すれば、従来より
も格段に信鯨性の高い光通信を実現することも可能にな
る。
One of the interesting applications of the present invention is a semiconductor laser device capable of emitting light in three colors. For this purpose, three emissive layers emitting red, blue and green laser light can be incorporated into it, or only two emissive layers emitting red and blue light respectively can be incorporated and these emissive layers can be integrated. By emitting laser light individually or simultaneously, three colors including yellow can be switched and extracted. Furthermore, as is well known, in optical communications, there are two optimal wavelengths due to the characteristics of optical fibers: 0,9n'II and 1.55n bands, and if the present invention is used, one semiconductor It becomes possible to use the laser device by switching to any of these wavelength bands. Furthermore, since switching the wavelength of the laser beam of the semiconductor laser device according to the present invention is very simple, if a digital communication system is configured using two types of frequencies, optical communication with much higher reliability than before can be realized. It also becomes possible.

このように、本発明は広範な用途に適用してその特長を
生かすことができ、今後の光応用技術の進歩と新分野の
開拓に多大な貢献をすることが期待される。
As described above, the present invention can be applied to a wide range of applications and take advantage of its features, and is expected to make a significant contribution to the advancement of optical application technology and the development of new fields in the future.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図が本発明に関し、第1図は本発明に
よる半導体レーザ装置の実施例を示す断面図、第2図は
その動作を例示するバンドギャップ構成図である。第3
図以降は従来技術に関し、第3図は1種の波長のレーザ
光を発生する従来のダブルヘテロ構造の半導体レーザ装
置の断面図、第4図はその動作を示すバンドギャップ構
成図である1図において、
1 and 2 relate to the present invention; FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention, and FIG. 2 is a bandgap configuration diagram illustrating its operation. Third
The following figures relate to the prior art: Figure 3 is a cross-sectional view of a conventional double-hetero structure semiconductor laser device that generates laser light of one wavelength, and Figure 4 is a bandgap configuration diagram showing its operation. In,

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] それぞれ異なるバンドギャップ値を有する半導体層とし
てなる複数個の発光層と、発光層相互間に挟まれた半導
体層としてなりその両側の発光層とそれぞれヘテロ接合
を形成する障壁層と、発光層および障壁層からなる半導
体積層構造を挟んで設けられこの積層構造の端部の発光
層とそれぞれヘテロ接合しかつ互いに逆導電形の半導体
層としてなる1対のクラッド層と、障壁層に所望の電位
を付与可能な手段とを備えてなり、両クラッド層間に順
バイアス方向に駆動電圧を与えた状態で電位付与手段を
介して障壁層に与える電位を制御することによりレーザ
発光する発光層を選択して、各発光層からそのバンドギ
ャップ値に対応する波長のレーザ光を切り換えて取り出
しうるようにしたことを特徴とする半導体レーザ装置。
A plurality of light-emitting layers each serving as a semiconductor layer having a different bandgap value, a barrier layer serving as a semiconductor layer sandwiched between the light-emitting layers and forming a heterojunction with the light-emitting layers on both sides thereof, and the light-emitting layer and the barrier. A desired potential is applied to a pair of cladding layers which are provided sandwiching a semiconductor laminated structure consisting of layers, and which are in heterojunction with the light-emitting layer at the end of this laminated structure, and which are semiconductor layers of opposite conductivity types, and a barrier layer. selecting a light-emitting layer that emits laser light by controlling the potential applied to the barrier layer via the potential applying means with a driving voltage applied in a forward bias direction between both cladding layers; A semiconductor laser device characterized in that laser light having a wavelength corresponding to the bandgap value of each light emitting layer can be switched and extracted from each light emitting layer.
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