JPH0634425B2 - 半導体レ−ザ - Google Patents
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- H01S5/3216—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities quantum well or superlattice cladding layers
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- H01S5/3409—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers special GRINSCH structures
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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3418—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers using transitions from higher quantum levels
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は同時に1つの活性層から複数の波長のレーザ
光を出す半導体レーザに関するものである。
光を出す半導体レーザに関するものである。
第5図は例えば アプライド フィジクス レターズ,
36巻,441頁,1980 年(Appl.Phys.Lett.36.441(198
0))に記載された4種の異なった光を出すトランスバー
ス・ジャンクション・ストライプレーザの層構造を示す
図であり、図において21は上部電極、11はSi2N
4電流阻止層、12はN−AlyGa1-4 Asクラッ
ド層、13はN−Alx1Ga1-x1,As第1活性層、
14はN−Alx2Ga1-x2As第2活性層、15はN
−Alx3Ga1-x3As第3活性層、16はN−Alx
4Ga1-x4As第4活性層、17はN−GaAs基板、
18は下部電極、19の斜線部はZn拡散領域、20の
点線間はZnドライブ領域である。ここで活性層のAl
組成比はx1<x2<x3<x4となっている。
36巻,441頁,1980 年(Appl.Phys.Lett.36.441(198
0))に記載された4種の異なった光を出すトランスバー
ス・ジャンクション・ストライプレーザの層構造を示す
図であり、図において21は上部電極、11はSi2N
4電流阻止層、12はN−AlyGa1-4 Asクラッ
ド層、13はN−Alx1Ga1-x1,As第1活性層、
14はN−Alx2Ga1-x2As第2活性層、15はN
−Alx3Ga1-x3As第3活性層、16はN−Alx
4Ga1-x4As第4活性層、17はN−GaAs基板、
18は下部電極、19の斜線部はZn拡散領域、20の
点線間はZnドライブ領域である。ここで活性層のAl
組成比はx1<x2<x3<x4となっている。
次に動作について説明する。p側の上部電極21から注
入される正孔(ホール)と、n側の下部電極18から注
入される電子とは図中の矢印の経路を通り4つの活性層
13,14,15,16で再結合して発光する。ここで
x1<x2<x3<x4であるためレーザ光の波長はλ
1>λ2>λ3>λ4となる。
入される正孔(ホール)と、n側の下部電極18から注
入される電子とは図中の矢印の経路を通り4つの活性層
13,14,15,16で再結合して発光する。ここで
x1<x2<x3<x4であるためレーザ光の波長はλ
1>λ2>λ3>λ4となる。
従来の多波長発振レーザは上記のようにトランスバース
・ジャンクション・ストライプ型であり複数の活性層か
らそれぞれ1つの波長の光を出すものであるから製造が
困難でコストが高いなどの問題があった。
・ジャンクション・ストライプ型であり複数の活性層か
らそれぞれ1つの波長の光を出すものであるから製造が
困難でコストが高いなどの問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、1つの活性層から複数の波長の異なるレーザ
光を発振することのできる半導体レーザを得ることを目
的とする。
たもので、1つの活性層から複数の波長の異なるレーザ
光を発振することのできる半導体レーザを得ることを目
的とする。
この発明に係る半導体レーザは量子井戸構造より成る活
性層に隣接して超格子構造を有する光閉じ込め層を設
け、該超格子量が形成する量子準位を、活性層の量子井
戸の複数の量子準位のうちの少なくとも1つと等しくし
て、エネルギーの等しい量子準位間で共鳴トンネル効果
を生じさせるようにしたものである。
性層に隣接して超格子構造を有する光閉じ込め層を設
け、該超格子量が形成する量子準位を、活性層の量子井
戸の複数の量子準位のうちの少なくとも1つと等しくし
て、エネルギーの等しい量子準位間で共鳴トンネル効果
を生じさせるようにしたものである。
この発明においては、量子井戸活性層に隣接して超格子
層を設け、該超格子層が形成する量子準位の少なくとも
1つと等しくしてエネルギーの等しい量子準位間で共鳴
トンネル効果を生じさせるようにしたから、量子井戸の
複数の量子準位における電子の占有割合が高量子準位で
高くなり、高量子準位に対応するレーザ発振を可能にす
る。
層を設け、該超格子層が形成する量子準位の少なくとも
1つと等しくしてエネルギーの等しい量子準位間で共鳴
トンネル効果を生じさせるようにしたから、量子井戸の
複数の量子準位における電子の占有割合が高量子準位で
高くなり、高量子準位に対応するレーザ発振を可能にす
る。
以下、この発明の一実施令を図について説明する。第1
図は本発明の一実施例による半導体レーザを示す構造図
であり、図において1は上部電極、2はp+−GaAs
コンタクト層、3はp−AlGaAsクラッド層、4は
超格子層、5はアンドープAlGaAs量子井戸活性
層、6はn−AlGaAsクラッド層、7はn+−Ga
As基板、8は下部電極である。
図は本発明の一実施例による半導体レーザを示す構造図
であり、図において1は上部電極、2はp+−GaAs
コンタクト層、3はp−AlGaAsクラッド層、4は
超格子層、5はアンドープAlGaAs量子井戸活性
層、6はn−AlGaAsクラッド層、7はn+−Ga
As基板、8は下部電極である。
第2図は第1図の半導体レーザにおけるp−AlGaA
sクラッド層3,超格子層4,量子井戸活性層5,及び
n−AlGaAsクラッド層6の伝導帯のエネルギーレ
ベルを示すエネルギーバンド構造図であり、縦方向にエ
ネルギーの高さをとっている。
sクラッド層3,超格子層4,量子井戸活性層5,及び
n−AlGaAsクラッド層6の伝導帯のエネルギーレ
ベルを示すエネルギーバンド構造図であり、縦方向にエ
ネルギーの高さをとっている。
第2図に示すように上記量子井戸活性層5は、いまn=
1とn=2の2つの量子準位をもつものと考える。この
活性層5のp−AlGaAsクラッド層3側にAlGa
AsとAlAaあるいはGaAsとAlAsからなる周
期構造の超格子層4を設け、この超格子が形成するn=
1サブバンドエネルギーと量子井戸活性層のn=1量子
準位エネルギーとを等しくし、両者の間で共鳴トンネル
効果を生ずるように調整する。
1とn=2の2つの量子準位をもつものと考える。この
活性層5のp−AlGaAsクラッド層3側にAlGa
AsとAlAaあるいはGaAsとAlAsからなる周
期構造の超格子層4を設け、この超格子が形成するn=
1サブバンドエネルギーと量子井戸活性層のn=1量子
準位エネルギーとを等しくし、両者の間で共鳴トンネル
効果を生ずるように調整する。
次に動作について説明する。
一般にn=1,n=2の2つの量子準位をもつ量子井戸
活性層でのn=1とn=2の量子準位の電子占有割合は
注入電流レベルと量子井戸内の緩和時間で決められる。
すなわち、低電流注入に対してはn=2からn=1への
緩和がn=2への電子注入に比べて優るためn=1のレ
ベルを占める電子が圧倒的に多く、n=1のレベルに対
応する波長の利得が大きくなり、通常のレーザ発振はこ
の波長で起こる。注入電流を増加させていくとクラッド
層から量子井戸層への電子の注入が多くなりn=2から
n=1への緩和よりもn=2にとどまる電子が多くなり
次第にn=2に対応する波長の利得が増加する。ここで
共振器内部損失が非常に大きい場合には、このn=2の
レーザ発振が観測される。
活性層でのn=1とn=2の量子準位の電子占有割合は
注入電流レベルと量子井戸内の緩和時間で決められる。
すなわち、低電流注入に対してはn=2からn=1への
緩和がn=2への電子注入に比べて優るためn=1のレ
ベルを占める電子が圧倒的に多く、n=1のレベルに対
応する波長の利得が大きくなり、通常のレーザ発振はこ
の波長で起こる。注入電流を増加させていくとクラッド
層から量子井戸層への電子の注入が多くなりn=2から
n=1への緩和よりもn=2にとどまる電子が多くなり
次第にn=2に対応する波長の利得が増加する。ここで
共振器内部損失が非常に大きい場合には、このn=2の
レーザ発振が観測される。
ここで、本実施例ではn−AlGaAsクラッド層6側
から注入された電子は、まず活性層5に入り込むが、こ
の電子は、共鳴トンネル効果により、活性層のn=1の
量子準位から超格子層4のn=1の量子準位へと放出さ
れ、n=2からn=1の量子準位へと緩和する。
から注入された電子は、まず活性層5に入り込むが、こ
の電子は、共鳴トンネル効果により、活性層のn=1の
量子準位から超格子層4のn=1の量子準位へと放出さ
れ、n=2からn=1の量子準位へと緩和する。
そして第3図に示すある電流注入レベルでの利得の波長
特性からもわかるように、p−AlGaAsクラッド層
3側に超格子を設け量子井戸活性層のn=1の量子準位
の電子をクラッド層3側に効率良く共鳴トンネルさせる
ため、n=1の量子準位の電子数が少なく、第3図の曲
線(b)に示す様にn=1の量子準位での利得を小さくす
ることが出来る。従って超格子層4を設けない場合(第
3図の曲線(a)参照)にはn=1のレベルに対応するレ
ーザ発振(λ1)をするものが、超格子層4を設けたこ
とにより高次の量子準位n=2の量子準位に対応するレ
ーザ発振(λ2)が可能となる。従って比較的内部損失
の小さい場合でもn=2のレーザ発振が可能となる。
特性からもわかるように、p−AlGaAsクラッド層
3側に超格子を設け量子井戸活性層のn=1の量子準位
の電子をクラッド層3側に効率良く共鳴トンネルさせる
ため、n=1の量子準位の電子数が少なく、第3図の曲
線(b)に示す様にn=1の量子準位での利得を小さくす
ることが出来る。従って超格子層4を設けない場合(第
3図の曲線(a)参照)にはn=1のレベルに対応するレ
ーザ発振(λ1)をするものが、超格子層4を設けたこ
とにより高次の量子準位n=2の量子準位に対応するレ
ーザ発振(λ2)が可能となる。従って比較的内部損失
の小さい場合でもn=2のレーザ発振が可能となる。
以上のように本実施例ではn=1の量子準位での利得を
トンネル効果により低下できるので、内部損失が比較的
小さいレーザ構造で、また比較的低しきい値電流でもっ
て、n=2の量子準位に対応するレーザ発振が可能であ
る。
トンネル効果により低下できるので、内部損失が比較的
小さいレーザ構造で、また比較的低しきい値電流でもっ
て、n=2の量子準位に対応するレーザ発振が可能であ
る。
なお、上記実施例ではn=1のレベルの電子をトンネル
効果により外に取り出すことを考えたが、さらに第4図
に示すように、n−AlCaAsクラッド層6側にAl
GaAs,AlAs層、あるいはGaAs,AlAs層
より成る超格子10を設け、該超格子の量子準位と活性
層のn=2の量子準位とを等しくなるように調整してク
ラッド層からの電子を、この超格子層をトンネルさせn
=2のレベルに効率良く導くことにより、さらに低しき
い値n=2の量子準位に対応するレーザ発振を行なわせ
ることが可能となる。
効果により外に取り出すことを考えたが、さらに第4図
に示すように、n−AlCaAsクラッド層6側にAl
GaAs,AlAs層、あるいはGaAs,AlAs層
より成る超格子10を設け、該超格子の量子準位と活性
層のn=2の量子準位とを等しくなるように調整してク
ラッド層からの電子を、この超格子層をトンネルさせn
=2のレベルに効率良く導くことにより、さらに低しき
い値n=2の量子準位に対応するレーザ発振を行なわせ
ることが可能となる。
さらにn=1,n=2の2つの量子準位をもつ場合だけ
でなく3つ以上の量子準位をもつ場合においても同様な
考え方を適用でき、n=3のレーザ発振も可能となる。
また超格子層は活性層の量子井戸の量子準位の少なくと
も1つと共鳴する量子準位を形成すればよく、構造に制
限はない。
でなく3つ以上の量子準位をもつ場合においても同様な
考え方を適用でき、n=3のレーザ発振も可能となる。
また超格子層は活性層の量子井戸の量子準位の少なくと
も1つと共鳴する量子準位を形成すればよく、構造に制
限はない。
また、上記実施例では伝導帯電子の場合について説明し
たが、価電子帯の正孔についても同様に考えることがで
きる。しかしこの場合は正孔の有効質量が電子のそれに
比べ大きいため短波長化の効果は小さい。
たが、価電子帯の正孔についても同様に考えることがで
きる。しかしこの場合は正孔の有効質量が電子のそれに
比べ大きいため短波長化の効果は小さい。
以上のように、この発明によれば活性層に隣接して活性
層の量子井戸の量子準位のうち少なくとも一つに対応す
る準位を形成した超格子層を設け、両者間で共鳴トンネ
ル効果を生じさせ、量子井戸活性層の複数の量子準位へ
の電子注入および電子の引き出しを独立に行うことが出
来るように構成したから、内部損失の比較的小さいレー
ザ構造で、かつ低しきい値電流でもって高次の量子準位
間のレーザ波長(短波長)が可能となる効果がある。
層の量子井戸の量子準位のうち少なくとも一つに対応す
る準位を形成した超格子層を設け、両者間で共鳴トンネ
ル効果を生じさせ、量子井戸活性層の複数の量子準位へ
の電子注入および電子の引き出しを独立に行うことが出
来るように構成したから、内部損失の比較的小さいレー
ザ構造で、かつ低しきい値電流でもって高次の量子準位
間のレーザ波長(短波長)が可能となる効果がある。
また複数のレーザ発振およびレーザ波長のスイッチング
も可能となる効果がある。
も可能となる効果がある。
第1図はこの発明の一実施例による半導体レーザを示す
構造図、第2図は第1図の半導体レーザにおけるエネル
ギーバンドを示すバンド構造図、第3図は従来の量子井
戸型半導体と本発明の一実施例による半導体レーザの電
流による利得と共振器損失の関係、及び波長特性を示す
図、第4図は本発明の他の実施例による半導体レーザに
おけるエネルギーバンドを示すバンド構造図、第5図は
従来の多波長発振を行う半導体レーザを示す構造図であ
る。 1は上部電極、2はp+−GaAsコンタクト層、3は
p−AlGaAsクラッド層、4は超格子層、5はアン
ドープAlGaAs量子井戸活性層、6はn−AlGa
Asクラッド層、7はn+−GaAs基板、8は下部電
極。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
構造図、第2図は第1図の半導体レーザにおけるエネル
ギーバンドを示すバンド構造図、第3図は従来の量子井
戸型半導体と本発明の一実施例による半導体レーザの電
流による利得と共振器損失の関係、及び波長特性を示す
図、第4図は本発明の他の実施例による半導体レーザに
おけるエネルギーバンドを示すバンド構造図、第5図は
従来の多波長発振を行う半導体レーザを示す構造図であ
る。 1は上部電極、2はp+−GaAsコンタクト層、3は
p−AlGaAsクラッド層、4は超格子層、5はアン
ドープAlGaAs量子井戸活性層、6はn−AlGa
Asクラッド層、7はn+−GaAs基板、8は下部電
極。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 啓介 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−248391(JP,A) 特開 昭61−248491(JP,A)
Claims (2)
- 【請求項1】量子井戸構造の活性層を有する半導体レー
ザにおいて、 該量子井戸構造を有する単数又は複数の量子準位のうち
の、少なくとも1つと等しいエネルギー準位を形成する
超格子層を有し、 該超格子層と上記量子井戸活性層との間で共鳴トンネル
効果を生じ両層間で電子の移動を生ずるようにしたこと
を特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項2】上記量子井戸活性層の最低量子準位(n=
1)の電子を共鳴トンネル効果により該活性層より上記
超格子層に取り出してこのレベルのレーザ発振を抑え、
高次の量子準位(n≧2)でのレーザ発振を可能とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レ
ーザ。
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61175975A JPH0634425B2 (ja) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | 半導体レ−ザ |
DE3751549T DE3751549T2 (de) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | Halbleiterlaser. |
EP93200589A EP0547044B1 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
EP93200581A EP0547038B1 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
DE87306520T DE3787769T2 (de) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | Halbleiterlaservorrichtung. |
DE3751535T DE3751535T2 (de) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | Halbleiterlaser. |
EP19930200587 EP0547042A3 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
EP87306520A EP0254568B1 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
EP93200588A EP0547043B1 (en) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | A semiconductor laser device |
DE3751548T DE3751548T2 (de) | 1986-07-25 | 1987-07-23 | Halbleiterlaser. |
US07/078,393 US4817110A (en) | 1986-07-25 | 1987-07-24 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61175975A JPH0634425B2 (ja) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6332987A JPS6332987A (ja) | 1988-02-12 |
JPH0634425B2 true JPH0634425B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=16005518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61175975A Expired - Lifetime JPH0634425B2 (ja) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0634425B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH057051A (ja) * | 1990-11-09 | 1993-01-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 量子バリア半導体光素子 |
JP3181063B2 (ja) * | 1991-02-28 | 2001-07-03 | 健一 伊賀 | 超格子構造体,それを用いた電子またはホールの閉じ込め構造および半導体発光素子 |
GB2298735A (en) * | 1995-03-08 | 1996-09-11 | Sharp Kk | Semiconductor device having a miniband |
JP7328101B2 (ja) * | 2019-09-25 | 2023-08-16 | メタウォーター株式会社 | 熱電併給システム |
-
1986
- 1986-07-25 JP JP61175975A patent/JPH0634425B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6332987A (ja) | 1988-02-12 |
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