JPH07112089B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPH07112089B2 JPH07112089B2 JP21416382A JP21416382A JPH07112089B2 JP H07112089 B2 JPH07112089 B2 JP H07112089B2 JP 21416382 A JP21416382 A JP 21416382A JP 21416382 A JP21416382 A JP 21416382A JP H07112089 B2 JPH07112089 B2 JP H07112089B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- well
- thickness
- barrier
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- 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
- H01S5/343—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- 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
- H01S5/343—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
- H01S5/3432—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs
Description
【発明の詳細な説明】 （ａ）発明の技術分野 本発明は半導体発光装置、特にウエル層に注入されるキ
ャリアの分布改善によって、キャリア注入効率が向上し
閾値電流等の特性が向上される多重量子井戸レーザに関
する。
ャリアの分布改善によって、キャリア注入効率が向上し
閾値電流等の特性が向上される多重量子井戸レーザに関
する。
（ｂ）技術の背景 光通信ならびに各種の産業或いは民生分野における光を
情報信号の媒体とするシステムにおいて、半導体発光装
置は最も重要な構成要素であって、要求される波長帯域
の実現，安定した単一の基本零次横モード発振，単一の
縦モード発振，光ビーム発散角の現象，閾値電流の低
減，電流−光出力特性の直線性の向上，出力の増大及び
これら特性の温度依存性の減少など諸特性の向上につい
て多くの努力が重ねられているが、特に特性の安定性と
長寿命の実現とが重要である。
情報信号の媒体とするシステムにおいて、半導体発光装
置は最も重要な構成要素であって、要求される波長帯域
の実現，安定した単一の基本零次横モード発振，単一の
縦モード発振，光ビーム発散角の現象，閾値電流の低
減，電流−光出力特性の直線性の向上，出力の増大及び
これら特性の温度依存性の減少など諸特性の向上につい
て多くの努力が重ねられているが、特に特性の安定性と
長寿命の実現とが重要である。
（ｃ）従来技術と問題点 前記の目的のために現在までに数多くの半導体発光装
置、特にレーザが提案されているが、その一つとして量
子井戸構造を有する半導体レーザがある。
置、特にレーザが提案されているが、その一つとして量
子井戸構造を有する半導体レーザがある。
量子井戸（Quantum Well）半導体レーザとは、ダブルヘ
テロ構造の活性層の厚さをキャリアのドウ・ブローイー
波長λｄ（GaAsではλｄ≒30〔nm〕）以下としたもの
で、活性層は量子力学的井戸形ポテンシャルとして機能
して、キャリアの厚さ方向の運動が量子化された二次元
電子状態となる。量子井戸レーザには活性層として１層
のウエル層から構成されるSingle Quantum Wellレーザ
と、ウエル層とバリア層とが交互に多重に積層されたMu
lti Quantum Wellレーザとがある。
テロ構造の活性層の厚さをキャリアのドウ・ブローイー
波長λｄ（GaAsではλｄ≒30〔nm〕）以下としたもの
で、活性層は量子力学的井戸形ポテンシャルとして機能
して、キャリアの厚さ方向の運動が量子化された二次元
電子状態となる。量子井戸レーザには活性層として１層
のウエル層から構成されるSingle Quantum Wellレーザ
と、ウエル層とバリア層とが交互に多重に積層されたMu
lti Quantum Wellレーザとがある。
量子井戸レーザの特徴としては、（イ）閾値電流が低い
こと。（ロ）閾値電流の特性温度T0が通常のダブルヘテ
ロレーザに比較して大きく、閾値電流の温度上昇に対す
る安定性が優れていること。（ハ）単一モード発振が得
られやすいこと。（ニ）電流−光出力特性の直線性が良
いこと。（ホ）微分量子効率が高いこと。（ヘ）ウエル
幅やバリア高さを選択することにより発振波長を設計で
きること。などが挙げられ、先に述べた半導体発光装置
の進歩に寄与することが期待されている。
こと。（ロ）閾値電流の特性温度T0が通常のダブルヘテ
ロレーザに比較して大きく、閾値電流の温度上昇に対す
る安定性が優れていること。（ハ）単一モード発振が得
られやすいこと。（ニ）電流−光出力特性の直線性が良
いこと。（ホ）微分量子効率が高いこと。（ヘ）ウエル
幅やバリア高さを選択することにより発振波長を設計で
きること。などが挙げられ、先に述べた半導体発光装置
の進歩に寄与することが期待されている。
既に知られている多重量子井戸レーザーの一例を第１図
に断面図によって示す。図において、１はｎ形ガリウム
・砒素（GaAs）基板、２はｎ型GaAsバッファ層、３はｎ
型アルミニウム・ガリウム砒素（AlxGa1−xAs）クラッ
ド層、４は多重量子井戸構造であって、ウエル層はGaA
s、バリア層はAlxGa1−xAsによって形成されている。ま
た５はｐ型AlxGa1−xAsクラッド層、６はｐ型GaAsキャ
ップ層、７は保護幕、８はｐ側電極、９はｎ側電極であ
る。
に断面図によって示す。図において、１はｎ形ガリウム
・砒素（GaAs）基板、２はｎ型GaAsバッファ層、３はｎ
型アルミニウム・ガリウム砒素（AlxGa1−xAs）クラッ
ド層、４は多重量子井戸構造であって、ウエル層はGaA
s、バリア層はAlxGa1−xAsによって形成されている。ま
た５はｐ型AlxGa1−xAsクラッド層、６はｐ型GaAsキャ
ップ層、７は保護幕、８はｐ側電極、９はｎ側電極であ
る。
前記例において各半導体層の組成の例を図示すれば第２
図（ａ）又は（ｂ）に示す如くである。ただし、第１図
と同一符号によって対応する部位を示す。従来の多重量
子井戸レーザにおいては、バリア層の組成はクラッド層
の組成とは必ずしも同一ではないが、バリア層相互間で
は組成は同一である。またバリア層の厚さも同一とされ
ている。更にウエル層に就いても、その組成及び厚さは
ウエル層相互間で同一とされている。
図（ａ）又は（ｂ）に示す如くである。ただし、第１図
と同一符号によって対応する部位を示す。従来の多重量
子井戸レーザにおいては、バリア層の組成はクラッド層
の組成とは必ずしも同一ではないが、バリア層相互間で
は組成は同一である。またバリア層の厚さも同一とされ
ている。更にウエル層に就いても、その組成及び厚さは
ウエル層相互間で同一とされている。
AlxGa1−xAsで挾まれたGaAs量子井戸のエネルギーダイ
ヤグラムを第３図に示す。図中Lzは量子井戸の幅すなわ
ちGaAsウエル層の厚さを示し、このLzは電子のドウ・ブ
ローイー波長λｄ以下である。
ヤグラムを第３図に示す。図中Lzは量子井戸の幅すなわ
ちGaAsウエル層の厚さを示し、このLzは電子のドウ・ブ
ローイー波長λｄ以下である。
図に示す如く、伝導帯のバリアはAlGa1−xAsとGaAsとの
電子親和度の差ΔEcによって与えられまた価電子帯のバ
リアはAlxGa1−xAsとGaAsとの禁制帯幅Egの差から前記
ΔEcを引いたΔEvによって与えられる。
電子親和度の差ΔEcによって与えられまた価電子帯のバ
リアはAlxGa1−xAsとGaAsとの禁制帯幅Egの差から前記
ΔEcを引いたΔEvによって与えられる。
GaAsウエル層内において、電子及び正孔はそれぞれ前記
バリアΔEc及びΔEvによって閉じ込められて、そのエネ
ルギーＥは で表わされ、AlxGa1−xAsバリア層のバリア高さが無限
大であるとき で与えられる。ただし、 はプランク定数，m*は実効質量,kx及びkyは波数ベクト
ルのｘ及びｙ方向成分である。
バリアΔEc及びΔEvによって閉じ込められて、そのエネ
ルギーＥは で表わされ、AlxGa1−xAsバリア層のバリア高さが無限
大であるとき で与えられる。ただし、 はプランク定数，m*は実効質量,kx及びkyは波数ベクト
ルのｘ及びｙ方向成分である。
Enは模式的に第３図に示されるが、Ehhnは重い正孔,Elh
nは軽い正孔に対応する。
nは軽い正孔に対応する。
このようなエネルギーをもつキャリアの状態密度は階段
状となって、三次元自由キャリアに比較してバンド端の
状態密度が著しく大きくなる。以上の如く量子化された
キャリアの輻射遷移に対する選択則はΔｎ＝０であっ
て、例えばE1の電子はEhh2又はElh1の正孔と再結合す
る。量子井戸構造においては先に述べた如くサブバンド
端での状態密度が大きいために電子及び正孔はサブバン
ド端附近に集中しており、電子−正孔の再結合はサブバ
ンド端間で起こる。
状となって、三次元自由キャリアに比較してバンド端の
状態密度が著しく大きくなる。以上の如く量子化された
キャリアの輻射遷移に対する選択則はΔｎ＝０であっ
て、例えばE1の電子はEhh2又はElh1の正孔と再結合す
る。量子井戸構造においては先に述べた如くサブバンド
端での状態密度が大きいために電子及び正孔はサブバン
ド端附近に集中しており、電子−正孔の再結合はサブバ
ンド端間で起こる。
量子井戸構造が多重化された場合のエネルギーダイヤグ
ラムを例示すれば第４図の如き形状となる。図中、Lzn
（ｎ＝1,2,3……）は量子井戸の幅すなわちウエル層の
厚さ、LBn（ｎ＝1,2,3……）はバリア幅すなわちバリア
層の厚さを示す。
ラムを例示すれば第４図の如き形状となる。図中、Lzn
（ｎ＝1,2,3……）は量子井戸の幅すなわちウエル層の
厚さ、LBn（ｎ＝1,2,3……）はバリア幅すなわちバリア
層の厚さを示す。
先に第１図に例示した構造を有する多重量子井戸レーザ
において、多重量子井戸構造の一つのウエル層から隣接
するウエル層へのキャリアの注入は、電子及び正孔がバ
リア層を量子力学的にトンネリングすることによって行
なわれる。従ってウエル層へのキャリア注入はトンネリ
ングするバリア層の数とともに減少して、積層数の大き
い場合には注入効率が非常に低下する。
において、多重量子井戸構造の一つのウエル層から隣接
するウエル層へのキャリアの注入は、電子及び正孔がバ
リア層を量子力学的にトンネリングすることによって行
なわれる。従ってウエル層へのキャリア注入はトンネリ
ングするバリア層の数とともに減少して、積層数の大き
い場合には注入効率が非常に低下する。
量子井戸構造の多重化は光出力の増大などに有効である
だけにこの注入効率の低下は重要な問題であって、これ
を改善する手段が要望されている。
だけにこの注入効率の低下は重要な問題であって、これ
を改善する手段が要望されている。
（ｄ）発明の目的 本発明は半導体発光装置、特に多重量子井戸レーザにつ
いてそのキャリア注入効率が改善されて、閾値電流の低
減等の特性向上が得られる構造を提供することを目的と
する。
いてそのキャリア注入効率が改善されて、閾値電流の低
減等の特性向上が得られる構造を提供することを目的と
する。
（ｅ）発明の構成 本発明の前記目的は、電子波のドウ・ブローイー波長以
下の厚さを有するウエル層と、該ウエル層より大なる禁
制帯幅を有するバリア層とが交互に積層された多重量子
井戸構造を備えて、該ウエル層及び該バリア層の少なく
とも一方に、その厚さ及び組成の少なくとも一つが相互
に異なる層が含まれてなる半導体発光装置により達成さ
れる。
下の厚さを有するウエル層と、該ウエル層より大なる禁
制帯幅を有するバリア層とが交互に積層された多重量子
井戸構造を備えて、該ウエル層及び該バリア層の少なく
とも一方に、その厚さ及び組成の少なくとも一つが相互
に異なる層が含まれてなる半導体発光装置により達成さ
れる。
以下、本発明の構成を説明する。
先に述べた如く、多重量子井戸構造の一つのウエル層か
ら隣接するウエル層へのキャリアの注入はバリア層のト
ンネリングによって行なわれて、その注入量はトンネル
確率に支配される。
ら隣接するウエル層へのキャリアの注入はバリア層のト
ンネリングによって行なわれて、その注入量はトンネル
確率に支配される。
トンネル確率は、トンネル前後のキャリアのエネルギ準
位，バリア高さ及びバリア幅に依存する。キャリアに対
するバリア高さ即ち前記ΔEc又はΔEvを以下VBと表記
し、バリア幅をLBとするとき、トンネル確率は近似的に
はバリア高さの平方根と幅との積 で決定される。
位，バリア高さ及びバリア幅に依存する。キャリアに対
するバリア高さ即ち前記ΔEc又はΔEvを以下VBと表記
し、バリア幅をLBとするとき、トンネル確率は近似的に
はバリア高さの平方根と幅との積 で決定される。
従来の多重量子井戸構造においてはバリア高さVB及び
LB，従ってトンネル確率は各層について同一とされてい
る。これに対して本発明においてはバリア層の厚さ及び
組成の少なくとも一つを変化させた多重量子井戸構造を
形成することによって、キャリア注入の進行方向に を次第に減少させて、トンネル確率を次第に増大させる
ものである。
LB，従ってトンネル確率は各層について同一とされてい
る。これに対して本発明においてはバリア層の厚さ及び
組成の少なくとも一つを変化させた多重量子井戸構造を
形成することによって、キャリア注入の進行方向に を次第に減少させて、トンネル確率を次第に増大させる
ものである。
現実の半導体材料について、電子と正孔との双方に対し
て同時にこの条件を成立させることは通常不可能である
が、例えばGaAs/AlGaAs系半導体においては電子に対す
る伝導帯のバリアΔEcが正孔に対する価電子帯のバリア
ΔEvより大きい如く、ΔEcとΔEvとの間にかなりの差が
ある場合、若しくは量子井戸を構成する半導体層を例え
ばＰ型にドーピングすることによって正孔のトンネル確
率を増大した上で電子側のトンネル確率について本発明
を適用して、第５図に模式的に示す如く、 として最適化することによって注入効率の改善が達成さ
れる。ΔEvとΔEcより大きい場合、若しくは半導体層を
ｎ型にドーピングして電子のトンネル確率が増大された
場合には、正孔側のトンネル確率について本発明を適用
する。
て同時にこの条件を成立させることは通常不可能である
が、例えばGaAs/AlGaAs系半導体においては電子に対す
る伝導帯のバリアΔEcが正孔に対する価電子帯のバリア
ΔEvより大きい如く、ΔEcとΔEvとの間にかなりの差が
ある場合、若しくは量子井戸を構成する半導体層を例え
ばＰ型にドーピングすることによって正孔のトンネル確
率を増大した上で電子側のトンネル確率について本発明
を適用して、第５図に模式的に示す如く、 として最適化することによって注入効率の改善が達成さ
れる。ΔEvとΔEcより大きい場合、若しくは半導体層を
ｎ型にドーピングして電子のトンネル確率が増大された
場合には、正孔側のトンネル確率について本発明を適用
する。
なお、上記のトンネル確率の最適化のためにバリア高さ
VBに差を設けるならば、ウエル層のキャリアのエネルギ
準位に差を生ずる。第６図に伝導帯のバリア高さVBと電
子のエネルギー準位Enとの相関を模式的に示す。図に示
す如くバリア高さVBの減少に伴なって電子のエネルギー
準位Enも減少する。
VBに差を設けるならば、ウエル層のキャリアのエネルギ
準位に差を生ずる。第６図に伝導帯のバリア高さVBと電
子のエネルギー準位Enとの相関を模式的に示す。図に示
す如くバリア高さVBの減少に伴なって電子のエネルギー
準位Enも減少する。
しかるに効率良くレーザ発振を行なわせるためには、誘
導放出の確率を高めるためにも、各ウエル層でとり得る
エネルギー準位を等しくすることが望ましい。このウエ
ル層でとり得るエネルギー準位の最適化は、先に示した
式（２）によって近似的に示される如くウエル層の厚さ
Lzに差を設け、或いはウエル層の組成の差を設けること
によって行なうことができる。例えばバリア高さVBを小
さくすることの補償を、ウエル層の厚さLzを小さくし、
或いはGaAs/AlxGa1−xAs系半導体を用いている場合にAl
の組成比ｘを大きくすることの何れか又は双方を同じに
行なうことによって、基底状態あるいは高次の準位の何
かのエネルギー準位をウエル層相互間で一致させること
ができる。
導放出の確率を高めるためにも、各ウエル層でとり得る
エネルギー準位を等しくすることが望ましい。このウエ
ル層でとり得るエネルギー準位の最適化は、先に示した
式（２）によって近似的に示される如くウエル層の厚さ
Lzに差を設け、或いはウエル層の組成の差を設けること
によって行なうことができる。例えばバリア高さVBを小
さくすることの補償を、ウエル層の厚さLzを小さくし、
或いはGaAs/AlxGa1−xAs系半導体を用いている場合にAl
の組成比ｘを大きくすることの何れか又は双方を同じに
行なうことによって、基底状態あるいは高次の準位の何
かのエネルギー準位をウエル層相互間で一致させること
ができる。
バリア高さVB先に述べた如く、ウエル層とバリア層との
間の伝導帯のエネルギー差ΔEc又は価電子帯のエネルギ
ー差ΔEvであって、その制御はバリア層の組成の選択に
よって行なわれるのが普通であるが、ウエル層の選択に
よってバリア高さVBを制御することも可能である。特に
先に述べたウエル層相互間のエネルギー準位の一致のた
めにウエル層の組成に差を設ける場合等においては、同
時にウエル層側でバリア高さVBの制御を行なうことも可
能である。
間の伝導帯のエネルギー差ΔEc又は価電子帯のエネルギ
ー差ΔEvであって、その制御はバリア層の組成の選択に
よって行なわれるのが普通であるが、ウエル層の選択に
よってバリア高さVBを制御することも可能である。特に
先に述べたウエル層相互間のエネルギー準位の一致のた
めにウエル層の組成に差を設ける場合等においては、同
時にウエル層側でバリア高さVBの制御を行なうことも可
能である。
（ｆ）発明の実施例 以下、本発明を実施例により図面を参照して具体的に説
明する。
明する。
第７図は本発明の実施例を示す断面図であり、その各半
導体層は分子線エピタキシャル成長方法或いは有機金属
熱分解気相成長方法等によって半導体基板上に順次成長
させるが、基板及び量子井戸構造以外の各半導体層は次
のとおりである。
導体層は分子線エピタキシャル成長方法或いは有機金属
熱分解気相成長方法等によって半導体基板上に順次成長
させるが、基板及び量子井戸構造以外の各半導体層は次
のとおりである。
n+型GaAs基板11; 厚さ100〔μｍ〕，不純物濃度１×1018〔cm-3〕 n+型GaAsバッファ層12; 厚さ3.5〔μｍ〕，不純物濃度１×1018〔cm-3〕 ｎ型Al0.5Ga0.5Asクラッド層13; 厚さ１乃至1.5〔μｍ〕，不純物濃度３乃至５×1017〔c
m-3〕 ｐ型Al0.5Ga0.5Asクラッド層15; 厚さ１乃至1.5〔μｍ〕，不純物濃度３乃至５×1017〔c
m-3〕 p+型GaAsキャップ層16; 厚さ0.5〔μｍ〕，不純物濃度１×1019〔cm-3〕以上 ただし、以上示した各数値は代表的な値を示すものであ
る。また不純物としては、分子線エピタキシャル成長方
法ではｎ型に錫（Sn）又はシリコン（Si）,p型にベリリ
ウム（Be），有機金属熱分解気相成長方法ではｎ型にテ
ルル（Te）又はSn,p型に亜鉛（Zn）又はカドミウム（C
d）などが適当である。
m-3〕 ｐ型Al0.5Ga0.5Asクラッド層15; 厚さ１乃至1.5〔μｍ〕，不純物濃度３乃至５×1017〔c
m-3〕 p+型GaAsキャップ層16; 厚さ0.5〔μｍ〕，不純物濃度１×1019〔cm-3〕以上 ただし、以上示した各数値は代表的な値を示すものであ
る。また不純物としては、分子線エピタキシャル成長方
法ではｎ型に錫（Sn）又はシリコン（Si）,p型にベリリ
ウム（Be），有機金属熱分解気相成長方法ではｎ型にテ
ルル（Te）又はSn,p型に亜鉛（Zn）又はカドミウム（C
d）などが適当である。
なお、17は保護膜、18はｐ側電極、19はｎ側電極を示
す。
す。
第７図に示す量子井戸構造14の詳細を、第８図（ａ）乃
至（ｃ）に各層の厚さ及びAlの組成比を図表的に示す３
実施例について説明する。
至（ｃ）に各層の厚さ及びAlの組成比を図表的に示す３
実施例について説明する。
第８図（ａ）参照 本実施例は電子のトンネル確率制御のためにバリア層の
組成を変化させたものである。
組成を変化させたものである。
ウエル層14a1乃至14a4 組成 GaAs 厚さLz1 乃至Lz4 10〔nm〕 第１バリア層14b1 （基板11に最も近いバリア層） 組成 Al0.4Ga0.6As 厚さLB1 ３〔nm〕 第２バリア層14b2 組成 Al0.3Ga0.6As 厚さLB2 ３〔nm〕 第３バリア層14b3 組成 Al0.2Ga0.8As 厚さLB3 ３〔nm〕 ただし、以下各例に共通して各層ともノンドープでも効
果が得られるが、５×1017乃至１×1018〔cm-3〕程度の
不純物を含むｐ型とすることが望ましい。
果が得られるが、５×1017乃至１×1018〔cm-3〕程度の
不純物を含むｐ型とすることが望ましい。
第８図（ｂ）参照 本実施例は電子のトンネル確率制御のためにバリア層の
厚さを変化させたものである。
厚さを変化させたものである。
ウエル層14a1乃至14a4； 前記例に同じ。
第１バリア層14b1 組成 Al0.3Ga0.7As 厚さLB1 ３〔nm〕 第２バリア層14b2 組成 Al0.3Ga0.7As 厚さLB2 ２〔nm〕 第３バリア層14b3 組成 Al0.3Ga0.7As 厚さLB3 1.5〔nm〕 前記２例においては、ウエル層14a1乃至14a4のエネルギ
ー準位の間には若干のずれを生じる。その幅は光波長に
換算して数〔nm〕程度であってレーザ発振はこの幅内の
単一波長で生ずる。前記２例においては発振波長は約86
2〔nm〕である。
ー準位の間には若干のずれを生じる。その幅は光波長に
換算して数〔nm〕程度であってレーザ発振はこの幅内の
単一波長で生ずる。前記２例においては発振波長は約86
2〔nm〕である。
第８図（ｃ）参照 本実施例は各ウエル層のエネルギー準位を波長780〔n
m〕に一致させたものである。
m〕に一致させたものである。
第１ウエル層14a1（ｎ型クラッド層13に接するウエル
層） 組成 GaAs 厚さLz1 ５〔nm〕 第２ウエル層14a2 組成 Al0.05Ga0.95As 厚さLZ2 ８〔nm〕 第３ウエル層14a3 組成 Al0.14Ga0.86As 厚さLZ3 12〔nm〕 バリア層14b1及び14b2 組成 Al0.35Ga0.65As 厚さLb1 及びLb2 ３〔nm〕 本実施例においてはバリア層14b1と14b2との組成及び厚
さが同一であるが、ウエル層の組成が順次変化すること
によってバリア高さVBも制御され、更にウエル層幅（厚
さ）が電子注入側が最も狭く、次第に拡大されることに
よって本発明の効果が得られる。
層） 組成 GaAs 厚さLz1 ５〔nm〕 第２ウエル層14a2 組成 Al0.05Ga0.95As 厚さLZ2 ８〔nm〕 第３ウエル層14a3 組成 Al0.14Ga0.86As 厚さLZ3 12〔nm〕 バリア層14b1及び14b2 組成 Al0.35Ga0.65As 厚さLb1 及びLb2 ３〔nm〕 本実施例においてはバリア層14b1と14b2との組成及び厚
さが同一であるが、ウエル層の組成が順次変化すること
によってバリア高さVBも制御され、更にウエル層幅（厚
さ）が電子注入側が最も狭く、次第に拡大されることに
よって本発明の効果が得られる。
以上説明した実施例について、その閾値電流密度Jthが
相当する従来例に比較して50乃至70〔％〕程度に減少す
ることが確認されている。
相当する従来例に比較して50乃至70〔％〕程度に減少す
ることが確認されている。
以上の説明はGaAs/AlGaAs系量子井戸レーザを例として
いるが、本発明は他の半導体材料、例えばInP/InGaAsP
系等に適用して同様の効果を得ることができる。
いるが、本発明は他の半導体材料、例えばInP/InGaAsP
系等に適用して同様の効果を得ることができる。
（ｇ）発明の効果 以上説明した如く本発明によれば、多重量子井戸レーザ
のウエル層に注入されるキャリア量の漸減が改善される
ことによって、キャリア注入効率が増大し、閾値電流の
低減，温度上昇の低減等の特性向上が達成される。
のウエル層に注入されるキャリア量の漸減が改善される
ことによって、キャリア注入効率が増大し、閾値電流の
低減，温度上昇の低減等の特性向上が達成される。
第１図は多重量子井戸レーザの従来例を示す断面図、第
２図（ａ）及び（ｂ）は該従来例の各半導体層の組成例
を示す図表、第３図は量子井戸のエネルギーダイヤグラ
ム、第４図は多重量子井戸のエネルギーダイヤグラム、
第５図は本発明を説明するためのエネルギーダイヤグラ
ム、第６図は伝導帯のバリア高さと電子のエネルギー準
位との相関を示す図表、第７図は本発明の実施例の断面
図、第８図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の実施例の量子井
戸構造の各層の厚さと組成比とを示す図表である。 図において、11はn+型GaAs基板、12はn+型GaAsバッファ
層、13はｎ型AlGaAsクラッド層、14は量子井戸構造、14
a1，14a2等はウエル層、14b1，14b2等はバリア層、15は
ｐ型AlGaAsクラッド層、16はp+型GaAsキャップ層、17は
保護膜、18はＰ側電極、19はｎ側電極を示す。
２図（ａ）及び（ｂ）は該従来例の各半導体層の組成例
を示す図表、第３図は量子井戸のエネルギーダイヤグラ
ム、第４図は多重量子井戸のエネルギーダイヤグラム、
第５図は本発明を説明するためのエネルギーダイヤグラ
ム、第６図は伝導帯のバリア高さと電子のエネルギー準
位との相関を示す図表、第７図は本発明の実施例の断面
図、第８図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の実施例の量子井
戸構造の各層の厚さと組成比とを示す図表である。 図において、11はn+型GaAs基板、12はn+型GaAsバッファ
層、13はｎ型AlGaAsクラッド層、14は量子井戸構造、14
a1，14a2等はウエル層、14b1，14b2等はバリア層、15は
ｐ型AlGaAsクラッド層、16はp+型GaAsキャップ層、17は
保護膜、18はＰ側電極、19はｎ側電極を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】電子波のドウ・ブローイー波長以下の厚さ
を有するウエル層と、該ウエル層より大なる禁制帯幅を
有するバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造
を備えて、該ウエル層及び該バリア層の少なくとも一方
に、その厚さ及び組成の少なくとも一つが相互に異なる
層が含まれてなることを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】前記ウエル層相互間に、等しい許容エネル
ギー準位が存在することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21416382A JPH07112089B2 (ja) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21416382A JPH07112089B2 (ja) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59104191A JPS59104191A (ja) | 1984-06-15 |
| JPH07112089B2 true JPH07112089B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=16651274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21416382A Expired - Lifetime JPH07112089B2 (ja) | 1982-12-07 | 1982-12-07 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07112089B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61102084A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-20 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| CA1279394C (en) * | 1985-07-26 | 1991-01-22 | Naoki Chinone | Multiple quantum well type semiconductor laser |
| JP2644729B2 (ja) * | 1986-02-14 | 1997-08-25 | 株式会社日立製作所 | 半導体レーザ装置 |
| DE3850139T2 (de) * | 1987-02-27 | 1994-10-06 | Canon Kk | Halbleiterlaser mit variabler Oszillationswellenlänge. |
| JPH01179488A (ja) * | 1988-01-07 | 1989-07-17 | Nec Corp | 光増幅器 |
| JPH02116820A (ja) * | 1988-10-27 | 1990-05-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光スイッチ |
| JP2003031902A (ja) * | 2001-07-16 | 2003-01-31 | Denso Corp | 半導体レーザ |
| JP5521068B1 (ja) * | 2013-01-30 | 2014-06-11 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP6895690B2 (ja) | 2019-06-25 | 2021-06-30 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 半導体レーザ |
| JP6893365B2 (ja) | 2019-06-25 | 2021-06-23 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 半導体レーザ |
-
1982
- 1982-12-07 JP JP21416382A patent/JPH07112089B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59104191A (ja) | 1984-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4794611A (en) | Semiconductor laser having superlattice structure | |
| US5583878A (en) | Semiconductor optical device | |
| JP2724827B2 (ja) | 赤外発光素子 | |
| US5541949A (en) | Strained algainas quantum-well diode lasers | |
| US4207122A (en) | Infra-red light emissive devices | |
| US5222090A (en) | 700-850 nanometer semiconductor diode laser | |
| US5003548A (en) | High power (1,4 W)AlGaInP graded-index separate confinement heterostructure visible (λ-658 nm) laser | |
| JPH05283791A (ja) | 面発光型半導体レーザ | |
| JPH0661570A (ja) | 歪多重量子井戸半導体レーザ | |
| JP3189791B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH0143472B2 (ja) | ||
| US5406574A (en) | Semiconductor laser device | |
| JPH07112089B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
| EP0610893B1 (en) | Laser diode | |
| EP0188080B1 (en) | Light-emitting semiconductor device having a super lattice | |
| JPH0523074B2 (ja) | ||
| US5737353A (en) | Multiquantum-well semiconductor laser | |
| JPH07112090B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
| WO1999057790A2 (en) | Laser diode having separate-confinement, highly strained quantum wells | |
| JPH0371679A (ja) | 半導体発光素子 | |
| US5483547A (en) | Semiconductor laser structure for improved stability of the threshold current with respect to changes in the ambient temperature | |
| JPH04350988A (ja) | 量子井戸構造発光素子 | |
| US4430740A (en) | Long-wavelength semiconductor laser | |
| US5362974A (en) | Group II-VI material semiconductor optical device with strained multiquantum barriers | |
| JP3033333B2 (ja) | 半導体レーザ素子 |