JPH08222803A - レーザ - Google Patents
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- JPH08222803A JPH08222803A JP7301339A JP30133995A JPH08222803A JP H08222803 A JPH08222803 A JP H08222803A JP 7301339 A JP7301339 A JP 7301339A JP 30133995 A JP30133995 A JP 30133995A JP H08222803 A JPH08222803 A JP H08222803A
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- confinement
- laser
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- 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
- H01S5/34326—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 based on InGa(Al)P, e.g. red laser
-
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- 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
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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- H01S5/3428—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 layer orientation perpendicular to the substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子のヘテロ障壁リークが減少した（ＡｌX
Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5Ｐ物質システムをベースにした
半導体レーザを提供する。 【解決手段】 基体１４を有し、基体に隣接するＮドー
プクラッド層１８を有し、Ｎドープクラッド層に隣接す
る下部閉じ込め層２０を有し、下部閉じ込め層に隣接す
る活性領域２２を有し、活性領域に隣接する上部閉じ込
め層２４を有し、上部閉じ込め層に隣接するＰドープク
ラッド層２６を有し、上部閉じ込め層とＰドープクラッ
ド層の間に配置される高いバンドギャップエネルギーを
有するトンネル障壁層１２を有し、トンネル障壁層は、
十分に薄くΓ電子が間接バレーに拡散せず、従って高
い、Γ状障壁高を維持する。
Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5Ｐ物質システムをベースにした
半導体レーザを提供する。 【解決手段】 基体１４を有し、基体に隣接するＮドー
プクラッド層１８を有し、Ｎドープクラッド層に隣接す
る下部閉じ込め層２０を有し、下部閉じ込め層に隣接す
る活性領域２２を有し、活性領域に隣接する上部閉じ込
め層２４を有し、上部閉じ込め層に隣接するＰドープク
ラッド層２６を有し、上部閉じ込め層とＰドープクラッ
ド層の間に配置される高いバンドギャップエネルギーを
有するトンネル障壁層１２を有し、トンネル障壁層は、
十分に薄くΓ電子が間接バレーに拡散せず、従って高
い、Γ状障壁高を維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ物質
システムをベースにした幾つかの異なるタイプの可視光
線放射半導体レーザが現在開発されている。しかしなが
ら、一般的に、そのようなレーザの動作は、赤外ＡｌＧ
ａＡｓダイオードレーザと比較して比較的弱い電子閉じ
込めによって制限される。この問題は、レーザ出力パワ
ーが増加したり放射波長が短くなったり及び／又はレー
ザの動作温度が上昇したりするとより深刻になる。
システムをベースにした幾つかの異なるタイプの可視光
線放射半導体レーザが現在開発されている。しかしなが
ら、一般的に、そのようなレーザの動作は、赤外ＡｌＧ
ａＡｓダイオードレーザと比較して比較的弱い電子閉じ
込めによって制限される。この問題は、レーザ出力パワ
ーが増加したり放射波長が短くなったり及び／又はレー
ザの動作温度が上昇したりするとより深刻になる。
【０００３】弱い電子閉じ込めの結果、主に電子のヘテ
ロ障壁リークが起こる。ヘテロ障壁リークは、熱励起さ
れた電子が境界で閉じ込めヘテロ障壁を乗り越えること
によって起こり、該境界は、ダブルヘテロ構造レーザの
場合はクラッド層と活性領域の間であり、個別の閉じ込
めヘテロ構造を有する量子井戸レーザの場合はクラッド
層と閉じ込め領域の間である。どちらの場合も、ｐクラ
ッド層にリークする電子がｐ接点に向かって分散及びド
リフトすることによってリーク電流が流れる。ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層の正孔移動度は比較的低いため、ドリ
フト要素が重要になりうる。更に、ＡｌＧａＩｎＰヘテ
ロ構造の閉じ込めポテンシャル（エネルギーポテンシャ
ル）はＡｌＧａＡｓシステムにおけるポテンシャルより
も小さいため、電子リーク電流はダイオード電流全体に
対してより大きな部分を占める。
ロ障壁リークが起こる。ヘテロ障壁リークは、熱励起さ
れた電子が境界で閉じ込めヘテロ障壁を乗り越えること
によって起こり、該境界は、ダブルヘテロ構造レーザの
場合はクラッド層と活性領域の間であり、個別の閉じ込
めヘテロ構造を有する量子井戸レーザの場合はクラッド
層と閉じ込め領域の間である。どちらの場合も、ｐクラ
ッド層にリークする電子がｐ接点に向かって分散及びド
リフトすることによってリーク電流が流れる。ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層の正孔移動度は比較的低いため、ドリ
フト要素が重要になりうる。更に、ＡｌＧａＩｎＰヘテ
ロ構造の閉じ込めポテンシャル（エネルギーポテンシャ
ル）はＡｌＧａＡｓシステムにおけるポテンシャルより
も小さいため、電子リーク電流はダイオード電流全体に
対してより大きな部分を占める。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザの高いヘ
テロ障壁リークはレーザのしきい値電流の温度感度を増
加させレーザの最大動作温度を下降させるため、ヘテロ
障壁リークが減少した（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ物質システムをベースにした半導体レーザが有益であ
る。
テロ障壁リークはレーザのしきい値電流の温度感度を増
加させレーザの最大動作温度を下降させるため、ヘテロ
障壁リークが減少した（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ物質システムをベースにした半導体レーザが有益であ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、改良されたヘ
テロ障壁リーク特性を有する可視光放射半導体レーザを
提供する。薄いトンネル障壁層の結果、改良されたリー
ク特性が得られ、薄いトンネル障壁層は、ＡｌＡｓ、Ａ
ｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＰ、ＧａＰ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭ
ｇＳＳｅ、ＧａＮ、又はＡｌＧａＩｎＮであることが好
ましく、これらはｐクラッド層のエッジに配置される。
このトンネル障壁層はエネルギー障壁を形成し、該エネ
ルギー障壁は、活性（又は閉じ込め）領域からクラッド
層への電子のリークを減少させる。リークの減少の結果
温度感度が減少し、より高い最大動作温度が得られる。
テロ障壁リーク特性を有する可視光放射半導体レーザを
提供する。薄いトンネル障壁層の結果、改良されたリー
ク特性が得られ、薄いトンネル障壁層は、ＡｌＡｓ、Ａ
ｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＰ、ＧａＰ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭ
ｇＳＳｅ、ＧａＮ、又はＡｌＧａＩｎＮであることが好
ましく、これらはｐクラッド層のエッジに配置される。
このトンネル障壁層はエネルギー障壁を形成し、該エネ
ルギー障壁は、活性（又は閉じ込め）領域からクラッド
層への電子のリークを減少させる。リークの減少の結果
温度感度が減少し、より高い最大動作温度が得られる。
【０００６】本発明の請求項１の態様では、レーザであ
って、基体を有し、前記基体に隣接するＮドープクラッ
ド層を有し、前記Ｎドープクラッド層に隣接する下部閉
じ込め層を有し、前記下部閉じ込め層に隣接する活性領
域を有し、前記活性領域に隣接する上部閉じ込め層を有
し、前記上部閉じ込め層に隣接するＰドープクラッド層
を有し、前記上部閉じ込め層と前記Ｐドープクラッド層
の間に配置される高いバンドギャップエネルギーを有す
るトンネル障壁層を有し、前記トンネル障壁層は、十分
に薄くΓ電子が間接バレーに拡散せず、従って高い、Γ
状障壁高を維持する、ことを含む。
って、基体を有し、前記基体に隣接するＮドープクラッ
ド層を有し、前記Ｎドープクラッド層に隣接する下部閉
じ込め層を有し、前記下部閉じ込め層に隣接する活性領
域を有し、前記活性領域に隣接する上部閉じ込め層を有
し、前記上部閉じ込め層に隣接するＰドープクラッド層
を有し、前記上部閉じ込め層と前記Ｐドープクラッド層
の間に配置される高いバンドギャップエネルギーを有す
るトンネル障壁層を有し、前記トンネル障壁層は、十分
に薄くΓ電子が間接バレーに拡散せず、従って高い、Γ
状障壁高を維持する、ことを含む。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の他の態様は、以下の記述
を読み進め、図面を参照することによって明らかになる
であろう。
を読み進め、図面を参照することによって明らかになる
であろう。
【０００８】図面においては、同一番号は同一要素を示
す。更に、以下のテキストは図面に関係して方向を表す
用語（例えば、右、左、頂部、及び底部、下部）を含
む。それらの用語は本発明の理解を助けるものであっ
て、本発明を制限するものではない。
す。更に、以下のテキストは図面に関係して方向を表す
用語（例えば、右、左、頂部、及び底部、下部）を含
む。それらの用語は本発明の理解を助けるものであっ
て、本発明を制限するものではない。
【０００９】本発明はｐクラッド層のエッジに挿入され
たトンネル障壁層を有する半導体レーザを提供する。ト
ンネル障壁層はエネルギー障壁を形成し、該障壁が活性
（又は閉じ込め）領域からクラッド層への電子のリーク
を減少させる。
たトンネル障壁層を有する半導体レーザを提供する。ト
ンネル障壁層はエネルギー障壁を形成し、該障壁が活性
（又は閉じ込め）領域からクラッド層への電子のリーク
を減少させる。
【００１０】図１は本発明の原理に従った典型的な（Ａ
ｌX Ｇａ1-X ）y Ｉｎ1-y Ｐレーザ１０の概略図を示し
ている。レーザ１０において特に重要なものは薄いトン
ネル障壁層１２であり、その位置及び動作は以下に更に
詳細に述べられる。トンネル障壁層は、ＡｌＡｓ、Ａｌ
ＧａＡｓ（アルミニウム含有量が高いことが好まし
い）、ＧａＰ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ又はＡｌＧ
ａＩｎＮから構成されることが好ましい。
ｌX Ｇａ1-X ）y Ｉｎ1-y Ｐレーザ１０の概略図を示し
ている。レーザ１０において特に重要なものは薄いトン
ネル障壁層１２であり、その位置及び動作は以下に更に
詳細に述べられる。トンネル障壁層は、ＡｌＡｓ、Ａｌ
ＧａＡｓ（アルミニウム含有量が高いことが好まし
い）、ＧａＰ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ又はＡｌＧ
ａＩｎＮから構成されることが好ましい。
【００１１】レーザ１０はＧａＡｓ基体１４を有し、そ
の上にＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰバッファ層１６が成
長する。そのバッファ層の上はＮ型クラッド層１８であ
る（ｙ＝０．５±０．０５，０．４＜ｘ＜１．０）。ク
ラッド層１８の上は下部閉じ込め層２０（ｙ＝０．５±
０．０５，０．２＜ｘ＜０．７）である。閉じ込め層２
０の上は活性領域２２（０．２＜ｙ＜０．７，０＜ｘ＜
０．４）である。活性領域は単一の量子井戸か、複数の
量子井戸又はダブルヘテロ構造である。
の上にＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰバッファ層１６が成
長する。そのバッファ層の上はＮ型クラッド層１８であ
る（ｙ＝０．５±０．０５，０．４＜ｘ＜１．０）。ク
ラッド層１８の上は下部閉じ込め層２０（ｙ＝０．５±
０．０５，０．２＜ｘ＜０．７）である。閉じ込め層２
０の上は活性領域２２（０．２＜ｙ＜０．７，０＜ｘ＜
０．４）である。活性領域は単一の量子井戸か、複数の
量子井戸又はダブルヘテロ構造である。
【００１２】活性領域２２の上は上部閉じ込め層（ｙ＝
０．５±０．０５，０．２＜ｘ＜０．７）である。トン
ネル障壁層１２は閉じ込め層２４の上にある。トンネル
障壁層１２の上はＰ型クラッド層２６である（ｙ＝０．
５±０．０５，０．４＜ｘ＜１．０）。金属と半導体間
のオーム接触を容易に行うために、ＧａＩｎＰ障壁減少
層２８及びＧａＡｓｐ+ キャップ層３０がクラッド層２
６の頂部に配置される。
０．５±０．０５，０．２＜ｘ＜０．７）である。トン
ネル障壁層１２は閉じ込め層２４の上にある。トンネル
障壁層１２の上はＰ型クラッド層２６である（ｙ＝０．
５±０．０５，０．４＜ｘ＜１．０）。金属と半導体間
のオーム接触を容易に行うために、ＧａＩｎＰ障壁減少
層２８及びＧａＡｓｐ+ キャップ層３０がクラッド層２
６の頂部に配置される。
【００１３】本発明の原理に従ったレーザの動作プロセ
スは十分に理解されていないが、以下の記述によって発
明者にとって公知のベストな理論が提供される。しかし
ながら、本発明は特許請求の範囲によって定義され、以
下の理論の不正確性によっては制限されないことが理解
される。簡潔に言うと、閉じ込め層２４とクラッド層２
６の間のトンネル障壁層１２が電子リークに対する障壁
を形成する。
スは十分に理解されていないが、以下の記述によって発
明者にとって公知のベストな理論が提供される。しかし
ながら、本発明は特許請求の範囲によって定義され、以
下の理論の不正確性によっては制限されないことが理解
される。簡潔に言うと、閉じ込め層２４とクラッド層２
６の間のトンネル障壁層１２が電子リークに対する障壁
を形成する。
【００１４】図２及び図３は、ＡｌＧａＩｎＰレーザ、
ダブルヘテロ構造レーザ及び量子井戸レーザの伝導帯の
図であり、それぞれは本発明の原理に従ったＡｌＡｓト
ンネル障壁層を有する。ＡｌＧａＩｎＰ活性／閉じ込め
領域のΓバレーの電子に対して、トンネル障壁層は有効
障壁高を０．５ｅＶ（エレクトロンボルト）増加させ
る。トンネル障壁層は薄く、５０Å以下でなければなら
ないため、障壁のΓバレー特性が（下のＸ又はＬバレー
に対向して）保持される。
ダブルヘテロ構造レーザ及び量子井戸レーザの伝導帯の
図であり、それぞれは本発明の原理に従ったＡｌＡｓト
ンネル障壁層を有する。ＡｌＧａＩｎＰ活性／閉じ込め
領域のΓバレーの電子に対して、トンネル障壁層は有効
障壁高を０．５ｅＶ（エレクトロンボルト）増加させ
る。トンネル障壁層は薄く、５０Å以下でなければなら
ないため、障壁のΓバレー特性が（下のＸ又はＬバレー
に対向して）保持される。
【００１５】短周期超格子、共鳴トンネルダイオード及
びヘテロ構造バイポーラトランジスタ（エミッタとベー
スの接合部にＡｌＧａＡｓ障壁を有する）での実験によ
って、ＡｌＡｓトンネル障壁層は十分に薄い（＜５０
Å）ときに非常に高い（Γのような）障壁になることが
示された。一方、該ＡｌＡｓトンネル障壁層が厚くなる
と、有効障壁高はＸバレーまで減少する（即ち、最も低
いエネルギーバンドエッジ）。最も重要なのは、活性／
閉じ込め領域のΓバレーで発生した電子に対しては、該
ＡｌＡｓトンネル障壁層が十分薄い場合、有効障壁高は
ＡｌＡｓ層の（最も高いエネルギーである）Γバンドギ
ャップエネルギーである。即ち、薄いトンネル障壁の場
合、有限なバンド間拡散時間はＸ又はＬバレーへの緩和
を許容しない。
びヘテロ構造バイポーラトランジスタ（エミッタとベー
スの接合部にＡｌＧａＡｓ障壁を有する）での実験によ
って、ＡｌＡｓトンネル障壁層は十分に薄い（＜５０
Å）ときに非常に高い（Γのような）障壁になることが
示された。一方、該ＡｌＡｓトンネル障壁層が厚くなる
と、有効障壁高はＸバレーまで減少する（即ち、最も低
いエネルギーバンドエッジ）。最も重要なのは、活性／
閉じ込め領域のΓバレーで発生した電子に対しては、該
ＡｌＡｓトンネル障壁層が十分薄い場合、有効障壁高は
ＡｌＡｓ層の（最も高いエネルギーである）Γバンドギ
ャップエネルギーである。即ち、薄いトンネル障壁の場
合、有限なバンド間拡散時間はＸ又はＬバレーへの緩和
を許容しない。
【００１６】ＡｌＡｓ及びＡｌＩｎＰ間の価電子帯オフ
セットは、よく知られてはいないが、非常に小さい（約
５０ｍｅＶ）ことが予想される。従って、ＡｌＡｓトン
ネル障壁はＡｌＧａＩｎＰクラッド層のようにｐドープ
されるため、Ｐクラッド／障壁層の境界で僅かな価電子
帯の不連続がある。このことは、トンネル障壁層は活性
／閉じ込め領域への正孔注入を抑制せず、電子のみを閉
じ込める場合に高選択性の障壁として動作するため、非
常に重要である。Ｘバンドギャップ及びＬバンドギャッ
プエネルギーは活性領域のΓ電子の電子閉じ込めを起こ
さない。実際にはＡｌＩｎＰのＸギャップとＡｌＡｓの
Ｘギャップの差及びＡｌＩｎＰのＸギャップとＡｌＡｓ
のＬギャップの差は（低オフセット及び／又は障壁に渡
ったｐドープのいずれかによって価電子帯が一列に並ぶ
ことを仮定すると）それぞれ１８０ｍｅＶ及び５０ｍｅ
Ｖであり、両方ともＡｌＩｎＰと比較するとエネルギー
が低い（図２及び図３参照）。これによって、トンネル
障壁内のバンド間拡散の可能性が低くなるようトンネル
障壁層が薄く形成されるべきであることの必要性が強調
され、従ってΓエネルギーが有効障壁になる。更に、図
３の量子井戸デバイスの構造において、Γ電子のみがＡ
ｌＡｓエネルギー障壁によって閉じ込められるため、こ
の構造は閉じ込め領域が直接遷移のバンドギャップであ
るときのみに有効である。
セットは、よく知られてはいないが、非常に小さい（約
５０ｍｅＶ）ことが予想される。従って、ＡｌＡｓトン
ネル障壁はＡｌＧａＩｎＰクラッド層のようにｐドープ
されるため、Ｐクラッド／障壁層の境界で僅かな価電子
帯の不連続がある。このことは、トンネル障壁層は活性
／閉じ込め領域への正孔注入を抑制せず、電子のみを閉
じ込める場合に高選択性の障壁として動作するため、非
常に重要である。Ｘバンドギャップ及びＬバンドギャッ
プエネルギーは活性領域のΓ電子の電子閉じ込めを起こ
さない。実際にはＡｌＩｎＰのＸギャップとＡｌＡｓの
Ｘギャップの差及びＡｌＩｎＰのＸギャップとＡｌＡｓ
のＬギャップの差は（低オフセット及び／又は障壁に渡
ったｐドープのいずれかによって価電子帯が一列に並ぶ
ことを仮定すると）それぞれ１８０ｍｅＶ及び５０ｍｅ
Ｖであり、両方ともＡｌＩｎＰと比較するとエネルギー
が低い（図２及び図３参照）。これによって、トンネル
障壁内のバンド間拡散の可能性が低くなるようトンネル
障壁層が薄く形成されるべきであることの必要性が強調
され、従ってΓエネルギーが有効障壁になる。更に、図
３の量子井戸デバイスの構造において、Γ電子のみがＡ
ｌＡｓエネルギー障壁によって閉じ込められるため、こ
の構造は閉じ込め領域が直接遷移のバンドギャップであ
るときのみに有効である。
【００１７】ＡｌＧａＩｎＰのＰクラッドとＡｌＡｓト
ンネル障壁の間の小さな価電子帯不連続（ｐドープ又は
本質的に小さいオフセットのいずれかによって得られ
る）の結果、有効電子障壁高の増分は、Ｐクラッドとト
ンネル障壁層の間のΓバンドギャップエネルギーの差に
よって決定される。図２及び図３においては、ＡｌＡｓ
トンネル障壁層がない場合の電子閉じ込めポテンシャル
はＥ0 であり、ＡｌＡｓトンネル障壁を有する場合の最
大可能ポテンシャルはＥ1 によって示される。小さい価
電子帯不連続のみを考えると、電子障壁高の増分はおよ
そ（Ｅ1 −Ｅ0 ）で、これはＡｌＡｓ（Γギャップ＝
３．０２ｅＶ）とＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ（Ｘギャップ＝
２．３５ｅＶ）の間のバンドギャップの差に等しく、即
ち０．６７ｅＶである。これは、このような構造で一般
的に見られるＥ0 の値０．１乃至０．２ｅＶからの大幅
な増加を表す。
ンネル障壁の間の小さな価電子帯不連続（ｐドープ又は
本質的に小さいオフセットのいずれかによって得られ
る）の結果、有効電子障壁高の増分は、Ｐクラッドとト
ンネル障壁層の間のΓバンドギャップエネルギーの差に
よって決定される。図２及び図３においては、ＡｌＡｓ
トンネル障壁層がない場合の電子閉じ込めポテンシャル
はＥ0 であり、ＡｌＡｓトンネル障壁を有する場合の最
大可能ポテンシャルはＥ1 によって示される。小さい価
電子帯不連続のみを考えると、電子障壁高の増分はおよ
そ（Ｅ1 −Ｅ0 ）で、これはＡｌＡｓ（Γギャップ＝
３．０２ｅＶ）とＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰ（Ｘギャップ＝
２．３５ｅＶ）の間のバンドギャップの差に等しく、即
ち０．６７ｅＶである。これは、このような構造で一般
的に見られるＥ0 の値０．１乃至０．２ｅＶからの大幅
な増加を表す。
【００１８】勿論、意図するようにトンネル障壁を動作
させるためには、該障壁は薄くなければならない。従っ
て、若干の電子は依然トンネル障壁を介してＡｌ（Ｇ
ａ）ＩｎＰのＰクラッドへ通過でき、電子リーク電流を
起こす。それでもそのようなトンネル障壁は特定な割合
の電子がリークすることを防ぐため、可視レーザの動作
を向上させる。閉じ込め／活性領域（ここで、電子は高
アルミニウム含有クラッド層のように、Ｘバレーでなく
Γバレーにある）の一連の幾つかの障壁は閉じ込められ
た電子の割合を増加させることに注目すべきである。こ
の場合、障壁の間隔は共鳴トンネル現象を防ぐために選
択されるべきである。
させるためには、該障壁は薄くなければならない。従っ
て、若干の電子は依然トンネル障壁を介してＡｌ（Ｇ
ａ）ＩｎＰのＰクラッドへ通過でき、電子リーク電流を
起こす。それでもそのようなトンネル障壁は特定な割合
の電子がリークすることを防ぐため、可視レーザの動作
を向上させる。閉じ込め／活性領域（ここで、電子は高
アルミニウム含有クラッド層のように、Ｘバレーでなく
Γバレーにある）の一連の幾つかの障壁は閉じ込められ
た電子の割合を増加させることに注目すべきである。こ
の場合、障壁の間隔は共鳴トンネル現象を防ぐために選
択されるべきである。
【００１９】上記はＡｌＡｓトンネル障壁層を有するレ
ーザの動作を説明している。しかしながら、他の物質で
生成されたトンネル障壁も適している。例えば、Ｘがで
きるだけ１．０に近いことが好ましいＡｌX Ｇａ1-x Ａ
ｓトンネル障壁層も使用されうる。しかしながら、Ａｌ
X Ｇａ1-x Ａｓの下部バンドギャップは障壁高を含むの
で、有効トンネル障壁層を形成しない。同様に、トンネ
ル障壁層は薄いため、格子整合された物質で形成される
必要がない。例えば、高い直接遷移バンドギャップエネ
ルギーを有するＧａＰ又はＡｌＧａＰ（ＡｌＡｓのΓバ
ンドギャップと比較するとＧａＰのΓバンドギャップは
低く、ＡｌＰのバンドギャップは高い）もトンネル障壁
層を形成するために使用されうる。同様に、より高いバ
ンドギャップＩＩ〜ＶＩ族（ＺｎＭｇＳＳｅ）又は窒化
物ＩＩＩ〜Ｖ族（ＡｌＧａＩｎＮ）合金も使用されう
る。しかしながら、一般的にこれらの物質はＡｌＡｓよ
りも生成が困難であり、実際は、これらをＡｌＧａＩｎ
Ｐ赤外レーザへ取り込むことは簡単ではない。他の可能
な物質はＡｌＧａＡｓ、ＺｎＳＳｅ及びＧａＮを含む。
ーザの動作を説明している。しかしながら、他の物質で
生成されたトンネル障壁も適している。例えば、Ｘがで
きるだけ１．０に近いことが好ましいＡｌX Ｇａ1-x Ａ
ｓトンネル障壁層も使用されうる。しかしながら、Ａｌ
X Ｇａ1-x Ａｓの下部バンドギャップは障壁高を含むの
で、有効トンネル障壁層を形成しない。同様に、トンネ
ル障壁層は薄いため、格子整合された物質で形成される
必要がない。例えば、高い直接遷移バンドギャップエネ
ルギーを有するＧａＰ又はＡｌＧａＰ（ＡｌＡｓのΓバ
ンドギャップと比較するとＧａＰのΓバンドギャップは
低く、ＡｌＰのバンドギャップは高い）もトンネル障壁
層を形成するために使用されうる。同様に、より高いバ
ンドギャップＩＩ〜ＶＩ族（ＺｎＭｇＳＳｅ）又は窒化
物ＩＩＩ〜Ｖ族（ＡｌＧａＩｎＮ）合金も使用されう
る。しかしながら、一般的にこれらの物質はＡｌＡｓよ
りも生成が困難であり、実際は、これらをＡｌＧａＩｎ
Ｐ赤外レーザへ取り込むことは簡単ではない。他の可能
な物質はＡｌＧａＡｓ、ＺｎＳＳｅ及びＧａＮを含む。
【００２０】電子リークはＡｌＧａＩｎＰレーザにおい
て特に重要な問題であるため、そのようなレーザにおけ
るトンネル障壁層の使用が上記に説明されたが、他のタ
イプのレーザダイオードも本発明の原理から利益を得る
ことができる。例えば、ＡｌＡｓトンネル障壁層も、特
にリーク電流が現れ始める短い（７００ｎｍバンド）波
長のＡｌＧａＡｓレーザダイオードのリークを抑制する
ために使用される。同様に、ＧａＰトンネル障壁層は、
比較的小さい閉じ込めポテンシャルのためリークが問題
であるアルミニウムを含有しない（ＧａＩｎＡｓＰ／Ｇ
ａＩｎＰ）８０８ｎｍレーザ又は９８０ｎｍ（ＧａＩｎ
Ａｓ／ＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ）のレーザ（一般的にこれ
らの構造ではリークは問題ではないが、高温で発生する
ことがある）のリークを減少させる。電子リークはλ＜
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰレーザの性能を制
限もする。従って、これらの構造におけるトンネル障壁
層も性能を向上させることができる。基本的にトンネル
障壁層は任意のレーザダイオード構造において有効に使
用されることができ、Γ電子を該構造の活性領域又は閉
じ込め領域に閉じ込めることによってリークを減少させ
るために有益である。
て特に重要な問題であるため、そのようなレーザにおけ
るトンネル障壁層の使用が上記に説明されたが、他のタ
イプのレーザダイオードも本発明の原理から利益を得る
ことができる。例えば、ＡｌＡｓトンネル障壁層も、特
にリーク電流が現れ始める短い（７００ｎｍバンド）波
長のＡｌＧａＡｓレーザダイオードのリークを抑制する
ために使用される。同様に、ＧａＰトンネル障壁層は、
比較的小さい閉じ込めポテンシャルのためリークが問題
であるアルミニウムを含有しない（ＧａＩｎＡｓＰ／Ｇ
ａＩｎＰ）８０８ｎｍレーザ又は９８０ｎｍ（ＧａＩｎ
Ａｓ／ＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ）のレーザ（一般的にこれ
らの構造ではリークは問題ではないが、高温で発生する
ことがある）のリークを減少させる。電子リークはλ＜
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰレーザの性能を制
限もする。従って、これらの構造におけるトンネル障壁
層も性能を向上させることができる。基本的にトンネル
障壁層は任意のレーザダイオード構造において有効に使
用されることができ、Γ電子を該構造の活性領域又は閉
じ込め領域に閉じ込めることによってリークを減少させ
るために有益である。
【００２１】図面及び上記の記述が本発明を例示してい
るが、これらは例示にすぎないことが理解されるであろ
う。当該技術分野の技術者は、本発明の原理の範囲内で
ある例示された実施の形態の複数の変更及び適合を理解
するであろう。従って、本発明は特許請求の範囲にのみ
制限されようとするものである。
るが、これらは例示にすぎないことが理解されるであろ
う。当該技術分野の技術者は、本発明の原理の範囲内で
ある例示された実施の形態の複数の変更及び適合を理解
するであろう。従って、本発明は特許請求の範囲にのみ
制限されようとするものである。
【図１】本発明の原理に従ったトンネル障壁層を含むＡ
ｌＧａＩｎＰレーザの概略図である。
ｌＧａＩｎＰレーザの概略図である。
【図２】レーザがダブルヘテロ構造活性層を有する際、
図１に概略的に例示されたＡｌＧａＩｎＰレーザの伝導
帯プロファイルである。
図１に概略的に例示されたＡｌＧａＩｎＰレーザの伝導
帯プロファイルである。
【図３】レーザが量子井戸層を有する際、図１に概略的
に例示されたＡｌＧａＩｎＰレーザの伝導帯プロファイ
ルである。
に例示されたＡｌＧａＩｎＰレーザの伝導帯プロファイ
ルである。
１０ （ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐレーザ １２ トンネル障壁層 １４ ＧａＡｓ基体 １６ バッファ層 １８ Ｎ型クラッド層 ２０ 下部閉じ込め層 ２２ 活性領域 ２４ 上部閉じ込め層 ２６ Ｐ型クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エル．ソーントン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94303 イースト パロ アルト ミッシ ョン ドライヴ 123
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザであって、 基体を有し、 前記基体に隣接するＮドープクラッド層を有し、 前記Ｎドープクラッド層に隣接する下部閉じ込め層を有
し、 前記下部閉じ込め層に隣接する活性領域を有し、 前記活性領域に隣接する上部閉じ込め層を有し、 前記上部閉じ込め層に隣接するＰドープクラッド層を有
し、 前記上部閉じ込め層と前記Ｐドープクラッド層の間に配
置される高いバンドギャップエネルギーを有するトンネ
ル障壁層を有し、前記トンネル障壁層は、十分に薄くΓ
電子が間接バレーに拡散せず、従って高い、Γ状障壁高
を維持する、 レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/345,100 US5509024A (en) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | Diode laser with tunnel barrier layer |
| US345100 | 1994-11-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222803A true JPH08222803A (ja) | 1996-08-30 |
| JP2670252B2 JP2670252B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=23353520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7301339A Expired - Lifetime JP2670252B2 (ja) | 1994-11-28 | 1995-11-20 | レーザ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5509024A (ja) |
| EP (1) | EP0715380B1 (ja) |
| JP (1) | JP2670252B2 (ja) |
| DE (1) | DE69515428T2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5588015A (en) * | 1995-08-22 | 1996-12-24 | University Of Houston | Light emitting devices based on interband transitions in type-II quantum well heterostructures |
| JPH11509047A (ja) * | 1996-04-24 | 1999-08-03 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 放射放出半導体ダイオード及びその製造方法 |
| JP2930031B2 (ja) * | 1996-09-26 | 1999-08-03 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| GB2320610A (en) * | 1996-12-21 | 1998-06-24 | Sharp Kk | laser device |
| GB2320609A (en) * | 1996-12-21 | 1998-06-24 | Sharp Kk | Semiconductor laser device |
| GB2344932A (en) * | 1998-12-15 | 2000-06-21 | Sharp Kk | Semiconductor Laser with gamma and X electron barriers |
| GB2346735B (en) | 1999-02-13 | 2004-03-31 | Sharp Kk | A semiconductor laser device |
| US6369403B1 (en) * | 1999-05-27 | 2002-04-09 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Semiconductor devices and methods with tunnel contact hole sources and non-continuous barrier layer |
| US6570898B2 (en) * | 1999-09-29 | 2003-05-27 | Xerox Corporation | Structure and method for index-guided buried heterostructure AlGalnN laser diodes |
| AU2772001A (en) * | 2000-01-07 | 2001-07-24 | Lucent Technologies Inc. | Electronic device having a barrier region including aluminum and a method of manufacture therefor |
| US6574256B1 (en) * | 2000-01-18 | 2003-06-03 | Xerox Corporation | Distributed feedback laser fabricated by lateral overgrowth of an active region |
| US6773949B2 (en) * | 2001-07-31 | 2004-08-10 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Semiconductor devices and methods |
| US6753273B2 (en) * | 2001-07-31 | 2004-06-22 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Semiconductor devices and methods |
| DE10143956A1 (de) * | 2001-09-07 | 2003-04-03 | Fraunhofer Ges Forschung | Quantenkaskadenlaser |
| US6829269B2 (en) | 2002-05-21 | 2004-12-07 | University Of Massachusetts | Systems and methods using phonon mediated intersubband laser |
| FR2866489A1 (fr) * | 2004-02-17 | 2005-08-19 | Linh Trong Nuyen | Dispositifs electroluminescents de haute stabilite en temperature |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0632340B2 (ja) * | 1985-02-07 | 1994-04-27 | 日本電気株式会社 | 半導体発光素子 |
| JPS6218082A (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-27 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS62193192A (ja) * | 1986-02-19 | 1987-08-25 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| US4862471A (en) * | 1988-04-22 | 1989-08-29 | University Of Colorado Foundation, Inc. | Semiconductor light emitting device |
| US5068867A (en) * | 1989-11-20 | 1991-11-26 | Hughes Aircraft Company | Coupled quantum well strained superlattice structure and optically bistable semiconductor laser incorporating the same |
| US5079601A (en) * | 1989-12-20 | 1992-01-07 | International Business Machines Corporation | Optoelectronic devices based on intraband transitions in combinations of type i and type ii tunnel junctions |
| US5289486A (en) * | 1991-02-28 | 1994-02-22 | Omron Corporation | Semiconductor luminous element and superlattice structure |
| EP0506049B1 (en) * | 1991-03-27 | 1996-06-26 | Fujitsu Limited | Non-linear semiconductor optical device having an improved signal-to-noise ratio |
| US5274656A (en) * | 1991-06-12 | 1993-12-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor laser |
| EP0540799A1 (en) * | 1991-11-04 | 1993-05-12 | International Business Machines Corporation | Improved AlGaInP diodes emitting visible light |
| EP0619602A3 (en) * | 1993-04-07 | 1995-01-25 | Sony Corp | Semiconductor device and manufacturing method. |
-
1994
- 1994-11-28 US US08/345,100 patent/US5509024A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-11-20 JP JP7301339A patent/JP2670252B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1995-11-28 EP EP95308534A patent/EP0715380B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-11-28 DE DE69515428T patent/DE69515428T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0715380A1 (en) | 1996-06-05 |
| DE69515428T2 (de) | 2000-07-06 |
| DE69515428D1 (de) | 2000-04-13 |
| US5509024A (en) | 1996-04-16 |
| JP2670252B2 (ja) | 1997-10-29 |
| EP0715380B1 (en) | 2000-03-08 |
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