JPH0832172A - Semiconductor laser - Google Patents
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- JPH0832172A JPH0832172A JP6166885A JP16688594A JPH0832172A JP H0832172 A JPH0832172 A JP H0832172A JP 6166885 A JP6166885 A JP 6166885A JP 16688594 A JP16688594 A JP 16688594A JP H0832172 A JPH0832172 A JP H0832172A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、量子井戸構造を備えた
半導体レーザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser having a quantum well structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から用いられている量子井戸構造を
備えた半導体レーザ（以下、量子井戸レーザとよぶ）の
活性層のポテンシャル構造を図３から図５に示す。2. Description of the Related Art Potential structures of active layers of a semiconductor laser (hereinafter referred to as a quantum well laser) having a quantum well structure which has been conventionally used are shown in FIGS.
【０００３】量子井戸レーザの従来からの基本的構造
は、ダブルヘテロ構造の半導体レーザの活性層の厚さ３
１を１０ｎｍ以下にし、この活性層３０を量子井戸とし
たものである（図３）。しかし、この構造では、キャリ
アよりも波長の長い光を活性層３０に効果的に閉じ込め
ることができないために、光閉じ込め係数が小さく、レ
ーザのしきい値電流がかなり大きくなってしまう。The conventional basic structure of a quantum well laser is a double hetero structure semiconductor laser having an active layer thickness of 3
1 is 10 nm or less, and the active layer 30 is a quantum well (FIG. 3). However, in this structure, since light having a wavelength longer than that of carriers cannot be effectively confined in the active layer 30, the optical confinement coefficient is small and the threshold current of the laser is considerably large.
【０００４】これを改善するために、多重量子井戸４１
を用い、光の閉じ込め領域を広げ、光閉じ込め係数を増
大させる試みがなされている（図４）。In order to improve this, multiple quantum well 41
Attempts have been made to widen the light confinement region and increase the light confinement coefficient (FIG. 4).
【０００５】また、さらに、ＧＲＩＮ・ＳＣＨ（ｇｒａ
ｄｅｄ ｉｎｄｅｘ ｓｅｐａｒａｔｅ ｃｏｎｆｉｎ
ｅｍｅｎｔ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ば
れる構造が提案されている（図５）。この構造は、キャ
リアと光とを別々に閉じ込め、しきい値電流密度の増大
を防ぐことを特徴としている。図５の構造では、キャリ
アは、井戸４２に閉じ込められ、光は、井戸４２を中心
にポテンシャルが放物線を描く領域４４に閉じ込められ
る。Further, GRIN / SCH (gra
ded index separate confin
A structure called “element heterostructure” has been proposed (FIG. 5). This structure is characterized in that carriers and light are separately confined to prevent an increase in threshold current density. In the structure of FIG. 5, the carriers are confined in the well 42, and the light is confined in the region 44 centered on the well 42 where the potential draws a parabola.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来とは異
なる構造を用いて、しきい値電流密度を低減させた半導
体レーザを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser having a threshold current density reduced by using a structure different from the conventional one.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明では、半導体材料
で構成されたポテンシャルの低い井戸領域と、少なくと
も一方向について井戸領域を両側から挾む、井戸領域よ
りもポテンシャルの高い周辺領域とを有する量子井戸構
造を活性領域に備えた半導体レーザにおいて、上記目的
を達成するために以下のような構造を提供する。According to the present invention, a well region made of a semiconductor material having a low potential and a peripheral region having a potential higher than that of the well region sandwiching the well region from both sides in at least one direction are provided. In a semiconductor laser having a quantum well structure in an active region, the following structure is provided to achieve the above object.
【０００８】まず、第一の態様として、井戸領域と周辺
領域との間に、周辺領域よりもポテンシャルの高い障壁
領域を配置する。First, as a first aspect, a barrier region having a higher potential than the peripheral region is arranged between the well region and the peripheral region.
【０００９】また、第二の態様として、周辺領域に、周
辺領域よりもポテンシャルの高い複数の障壁領域を配置
する。As a second aspect, a plurality of barrier regions having a higher potential than the peripheral region are arranged in the peripheral region.
【００１０】さらに、第三の態様として、井戸領域の幅
を、（井戸領域内のキャリアの存在確率）／（井戸領域
の幅）が最大値となる時の井戸領域の幅とする。As a third aspect, the width of the well region is set to the width of the well region when (probability of existence of carriers in the well region) / (width of well region) becomes maximum.
【００１１】[0011]
【作用】本発明の第一の態様の半導体レーザでは、井戸
領域と周辺領域との間のポテンシャルを周囲より高くす
る。この周囲より高いポテンシャルは、井戸領域の幅が
狭いときにはキャリア閉じ込め領域へキャリアが流入す
ることを妨げるポテンシャル障壁となり、井戸領域にお
けるキャリアの捕獲効率が小さくなる。しかしながら、
井戸領域の幅を広げた場合、このポテンシャル障壁は、
今度はキャリアの流出を防ぐ役目を果たすことになり、
キャリアの捕獲効率を高めることができる。したがっ
て、ポテンシャル障壁がない半導体レーザに比べ、第一
の態様の半導体レーザは、レーザ活性層におけるキャリ
ア密度が上昇し、しきい値電流密度を減少させることが
できる。In the semiconductor laser of the first aspect of the present invention, the potential between the well region and the peripheral region is made higher than the surroundings. The potential higher than the surroundings serves as a potential barrier that prevents carriers from flowing into the carrier confinement region when the width of the well region is narrow, and the carrier trapping efficiency in the well region becomes small. However,
When the width of the well region is expanded, this potential barrier becomes
This time it will play a role in preventing career outflow,
The carrier capture efficiency can be increased. Therefore, in the semiconductor laser of the first aspect, the carrier density in the laser active layer can be increased and the threshold current density can be reduced, as compared with the semiconductor laser having no potential barrier.
【００１２】また、本発明の第二の態様の半導体レーザ
において、井戸領域の周辺領域に配置されたポテンシャ
ルの高い複数の障壁領域は、井戸領域から発生した光を
閉じ込める作用をする。これによって、光は、これら複
数の障壁領域がない場合よりも、井戸領域を中心とした
狭い領域に閉じ込められるため、光の密度が高められ、
レーザ発振のためのしきい値電流を低くすることができ
る。Further, in the semiconductor laser of the second aspect of the present invention, the plurality of high-potential barrier regions arranged in the peripheral region of the well region act to confine light generated from the well region. As a result, the light is confined in a narrow region centered on the well region as compared with the case where the plurality of barrier regions are not provided, so that the light density is increased,
The threshold current for laser oscillation can be lowered.
【００１３】また、量子井戸構造において、適当な井戸
幅を選んでやることによりキャリアの閉じ込め効率を上
昇させることができる（共鳴効果）。本発明の第三の態
様では、この共鳴効果を利用して、レーザの活性領域に
おけるキャリア密度を上昇させる。In the quantum well structure, the carrier confinement efficiency can be increased by selecting an appropriate well width (resonance effect). In the third aspect of the present invention, this resonance effect is utilized to increase the carrier density in the active region of the laser.
【００１４】図６は、この第三の態様の共鳴効果を表す
グラフである。矩形ポテンシャル近似、有効質量近似に
基づき、基底状態にある電子のポテンシャル井戸領域で
の存在確率、および、（存在確率）／（井戸領域の幅）
を示したものである。但し、図６中では、井戸領域をキ
ャリア閉じ込め領域と記している。FIG. 6 is a graph showing the resonance effect of the third mode. Probability of existence of electrons in the ground state in the potential well region, and (probability of existence) / (width of well region) based on rectangular potential approximation and effective mass approximation
Is shown. However, in FIG. 6, the well region is described as a carrier confinement region.
【００１５】この図６から、井戸領域の幅が広がるにつ
れて、井戸領域内の電子の存在確率は、高くなっていく
ことがわかる。しかし、（存在確率）／（井戸領域の
幅）は、ある一定の井戸領域の幅で最大値をとり、その
後井戸幅が大きくなっていくに従って、徐々に減少して
いくことがわかる。この最大値の位置での井戸領域の幅
で電子は共鳴効果を起こし、井戸領域内の電子の捕獲効
率が増していると考えられる。From FIG. 6, it is understood that the probability of the existence of electrons in the well region becomes higher as the width of the well region becomes wider. However, it is understood that (probability of existence) / (well region width) takes a maximum value at a certain width of the well region and then gradually decreases as the well width increases. It is considered that the electrons have a resonance effect in the width of the well region at the position of the maximum value and the efficiency of trapping electrons in the well region is increased.
【００１６】したがって、この（存在確率）／（井戸領
域の幅）が最大値をとるときの井戸領域の幅を用いた本
発明の第三の態様の半導体レーザは、井戸領域のキャリ
ア密度が上昇するため、レーザ発振のしきい値電流を低
減することができる。Therefore, in the semiconductor laser of the third aspect of the present invention which uses the width of the well region when this (presence probability) / (width of the well region) takes the maximum value, the carrier density of the well region increases. Therefore, the threshold current of laser oscillation can be reduced.
【００１７】また、本発明の第一、第二、第三の態様
は、上述のように単独で作用し、しきい値電流を低減す
る効果が得られるが、これらのうち２つの態様または３
つすべての態様を組み合わせることにより、さらに上述
の作用を相互に高めることができる。たとえば、井戸領
域の幅を、（存在確率）／（井戸領域の幅）が最大値を
とるときの井戸領域の幅とし、さらに、井戸領域と周辺
領域の間に障壁領域を配置した場合には、井戸領域内で
の電子の共鳴効果が顕著となり、井戸領域内の電子の捕
獲効率が大きく高められる。すなわち、図６のように、
（存在確率）／（井戸領域の幅）が最大値をとるときの
井戸領域の幅は、井戸領域と周辺領域との間に障壁領域
を配置した場合の方が、障壁がない場合よりも大きくな
る。これにより、井戸領域のキャリア密度がさらに高め
られ、しきい値電流がさらに低減される。また、この構
造に、第二の態様の複数の障壁を周辺領域に配置した場
合、発生した光の閉じ込めが大きくなるため、しきい値
電流は大きく低減できる。The first, second and third aspects of the present invention operate independently as described above, and the effect of reducing the threshold current can be obtained.
By combining all three aspects, the above-mentioned effects can be further enhanced. For example, the width of the well region is set to the width of the well region when (probability of existence) / (width of well region) takes the maximum value, and when the barrier region is arranged between the well region and the peripheral region, The electron resonance effect in the well region becomes remarkable, and the electron trapping efficiency in the well region is greatly improved. That is, as shown in FIG.
The width of the well region when (probability of existence) / (width of well region) takes the maximum value is larger when the barrier region is arranged between the well region and the peripheral region than when there is no barrier. Become. This further increases the carrier density in the well region and further reduces the threshold current. When a plurality of barriers of the second aspect are arranged in the peripheral region in this structure, the generated light is more confined, so that the threshold current can be greatly reduced.
【００１８】また、上述の第一、第二、第三の態様にお
いて、井戸領域を多重量子井戸構造を導入することが可
能である。この場合、図７に示すように電子のエネルギ
ー固有値は大きくなる。同様に重い正孔、軽い正孔のエ
ネルギー固有値は小さくなり、従ってバンドギャップが
広くなる。これにより、レーザの発振波長を短波長化す
ることができる。Further, in the above-mentioned first, second and third aspects, it is possible to introduce a multiple quantum well structure into the well region. In this case, the energy eigenvalue of the electron becomes large as shown in FIG. Similarly, the energy eigenvalues of heavy holes and light holes are small, and therefore the band gap is wide. Thereby, the oscillation wavelength of the laser can be shortened.
【００１９】[0019]
【実施例】本発明による一実施例の半導体レーザを図面
を用いて詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor laser according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００２０】本実施例は、ファブリーペロー型の半導体
レーザの活性層に量子井戸構造を用いたものである。In this embodiment, a quantum well structure is used for the active layer of a Fabry-Perot type semiconductor laser.
【００２１】本実施例の半導体レーザは、図８、図９の
ように、ＧａＡｓ基板１の上に、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで
形成したクラッド層１７、多層膜で形成した活性層１
４、、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで形成したクラッド層１３、
ＧａＡｓで形成したキャップ層１２を備えるものであ
る。キャップ層１２上には、一対の電極１１が配置され
ている。また一対の電極１１の下部には、クラッド層１
７に達する深さまでｐ型拡散層１５と、ｎ型拡散層１６
がそれぞれ設けられられている。活性層１４で発生した
光は、活性層１４の両端面２０で反復されて増幅され
る。As shown in FIGS. 8 and 9, the semiconductor laser of this embodiment has a clad layer 17 formed of Al 0.3 Ga 0.7 As and an active layer 1 formed of a multilayer film on a GaAs substrate 1.
4, a cladding layer 13 formed of Al 0.3 Ga 0.7 As,
The cap layer 12 is made of GaAs. A pair of electrodes 11 is arranged on the cap layer 12. The clad layer 1 is formed under the pair of electrodes 11.
P-type diffusion layer 15 and n-type diffusion layer 16 to a depth of 7
Are provided respectively. The light generated in the active layer 14 is repeated and amplified on both end surfaces 20 of the active layer 14.
【００２２】活性層１４の層構造とそのポテンシャル構
造を図１を用いてさらに詳細に説明する。The layer structure of the active layer 14 and its potential structure will be described in more detail with reference to FIG.
【００２３】活性層１４は、図１のように多層構造にな
っている。各層が、それぞれ活性層の厚さ方向にポテン
シャルの領域を形成している。キャリア閉じ込め領域
（井戸領域）３１は、キャリア閉じ込めのためのポテン
シャル障壁３２に挾まれ、その両側には、さらに光閉じ
込めのためのポテンシャル障壁領域３３が配置されてい
る。The active layer 14 has a multi-layer structure as shown in FIG. Each layer forms a potential region in the thickness direction of the active layer. The carrier confinement region (well region) 31 is sandwiched by potential barriers 32 for carrier confinement, and potential barrier regions 33 for light confinement are further arranged on both sides thereof.
【００２４】キャリア閉じ込め領域３１は、５層のＡｌ
0.07Ｇａ0.93Ａｓ層を、６層のＧａＡｓ層の層間に挾ん
だ多重量子井戸構造である。The carrier confinement region 31 has five layers of Al.
It is a multiple quantum well structure in which a 0.07 Ga 0.93 As layer is sandwiched between six GaAs layers.
【００２５】キャリア閉じ込め領域３１の両側のポテン
シャル障壁３２は、Ａｌ0.35Ｇａ0. 65Ａｓ層である。The sides of the potential barrier 32 of the carrier confinement region 31 is Al 0.35 Ga 0. 65 As layer.
【００２６】光閉じ込めのためのポテンシャル障壁領域
３３は、１０層のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層を、１１層のＡ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ａｓ層の間に挾んだ構成であり、Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層が光閉じ込めのための障壁となってい
る。キャリア閉じ込め領域３１からｉ番目のＡｌ0.3Ｇ
ａ0.7Ａｓ層の厚さをｗi、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層とＡｌ
0.07Ｇａ0.93Ａｓ層とのポテンシャルの差をＵ、キャリ
ア閉じ込め領域３１の中心から障壁領域までの距離をｘ
iとした場合、The potential barrier region 33 for confining light includes 10 layers of Al 0.3 Ga 0.7 As layer and 11 layers of A layer.
l 0.07 Ga 0.93 As sandwiched between As layers,
The 0.3 Ga 0.7 As layer serves as a barrier for optical confinement. I-th Al 0.3 G from the carrier confinement region 31
a 0.7 the thickness of the As layer w i, Al 0.3 Ga 0.7 As layer and Al
The potential difference from the 0.07 Ga 0.93 As layer is U, and the distance from the center of the carrier confinement region 31 to the barrier region is x.
If i ,
【００２７】[0027]
【数２】 [Equation 2]
【００２８】の関係を満たすように、Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層の厚さが定められてい
る。但し、ｆ（ｘ）は、図１のように、放物線を描く関
数である。Al 0.07 Ga 0.93 to satisfy the relation of
The thickness of the As layer and the Al 0.3 Ga 0.7 As layer is defined. However, f (x) is a function that draws a parabola as shown in FIG.
【００２９】ここで、図１に示した活性層のキャリア閉
じ込め領域３１における井戸幅すなわち領域３１の幅
（厚さ）は、存在確率／井戸幅が最大値をとるときの井
戸幅とすることによって、最適化したものである。この
最適化は以下のようにして行った。まず、キャリア閉じ
込め領域３１の幅を変えながら、矩形ポテンシャル近
似、有効質量近似に基づき、基底状態にある電子のキャ
リア閉じ込め領域３１における存在確率を求め、さらに
（存在確率）／（キャリア閉じ込め領域３１の幅）を求
めた。この値とキャリア閉じ込め領域３１の幅との関係
をプロットすると図６のようになる。図６のように（存
在確率）／（キャリア閉じ込め領域３１の幅）は、ある
一定のキャリア閉じ込め領域の幅で最大値をとる。この
最大値の時のキャリア閉じ込め領域の幅で電子は共鳴効
果を起こし、キャリア閉じ込め領域内の電子の捕獲効率
が増していると考えられるので、この値をキャリア閉じ
込め領域３１の幅とした。Here, the well width in the carrier confinement region 31 of the active layer shown in FIG. 1, that is, the width (thickness) of the region 31 is set to the well width when the existence probability / well width has the maximum value. , Optimized. This optimization was performed as follows. First, while changing the width of the carrier confinement region 31, the existence probability of electrons in the ground state in the carrier confinement region 31 is obtained based on the rectangular potential approximation and the effective mass approximation, and further, (presence probability) / (carrier confinement region 31 Width). A plot of the relationship between this value and the width of the carrier confinement region 31 is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, (probability of existence) / (width of carrier confinement region 31) takes a maximum value at a certain width of the carrier confinement region. It is considered that electrons have a resonance effect in the width of the carrier confinement region at the maximum value and the electron trapping efficiency in the carrier confinement region is increased, so this value is set as the width of the carrier confinement region 31.
【００３０】また、本実施例では、キャリア閉じ込め領
域３１と領域３３の間に障壁３２を配置しているので、
領域３１内での電子の共鳴効果が顕著となり、図６のよ
うに、（存在確率）／（領域３１の幅）が最大値をとる
ときの領域３１の幅は、領域３１と周辺領域３３との間
に障壁３２を配置した場合の方が、障壁３２がない場合
よりも大きくなっている。Further, in this embodiment, since the barrier 32 is arranged between the carrier confinement region 31 and the region 33,
The resonance effect of electrons in the region 31 becomes remarkable, and as shown in FIG. 6, the width of the region 31 when (probability of existence) / (width of region 31) takes the maximum value is The case where the barrier 32 is arranged between the two is larger than the case where the barrier 32 is not provided.
【００３１】この活性層１４の電子の波動関数を具体的
に図２に示す。電子の波動関数は中央のキャリア閉じ込
め領域３１で大きな振幅を持つ。すなわち電子はこの領
域３１に局在していることを表す。重い正孔、軽い正孔
に関してもこの領域３１に局在している。ここで、電子
と重い正孔の基底状態のエネルギー準位は、フェルミレ
ベルをエネルギーの原点にとれば、それぞれ０．８５５
ｅＶ、−０．６３３ｅＶであり、これからエネルギーギ
ャップは１．４９９ｅＶ（波長換算で８３３ｎｍ）とな
ることがわかる。The electron wave function of the active layer 14 is specifically shown in FIG. The electron wave function has a large amplitude in the central carrier confinement region 31. That is, the electrons are localized in this region 31. Heavy holes and light holes are also localized in this region 31. Here, the energy levels of electrons and heavy holes in the ground state are 0.855 when the Fermi level is the origin of energy.
It is eV and -0.633 eV, and it can be seen that the energy gap is 1.499 eV (833 nm in terms of wavelength).
【００３２】このように、バンドギャップが広くなって
いるのは、キャリア閉じ込め領域３１に多重量子井戸構
造を導入しているためである。多重量子井戸構造を用い
ることで、図７に示すように電子のエネルギー固有値は
大きくなり、同様に重い正孔、軽い正孔のエネルギー固
有値は小さくなる。これにより、本実施例の半導体レー
ザの発振波長を短波長化している。The wide band gap is due to the introduction of the multiple quantum well structure in the carrier confinement region 31. By using the multiple quantum well structure, the energy eigenvalues of electrons become large as shown in FIG. 7, and similarly, the energy eigenvalues of heavy holes and light holes become small. As a result, the oscillation wavelength of the semiconductor laser of this embodiment is shortened.
【００３３】また、キャリア閉じ込め領域３１で電子と
重い正孔が再結合することによって生じた光は、ポテン
シャル障壁領域３３に配置された、外側にいくほど間隔
の狭い複数の障壁によって、領域３１、３２、３３に閉
じ込められる。そして、活性層１４の両端面で反復され
て増幅され、レーザ発振する。Further, the light generated by the recombination of electrons and heavy holes in the carrier confinement region 31 is caused by a plurality of barriers arranged in the potential barrier region 33 and having a narrower interval toward the outside. Trapped in 32, 33. Then, the laser light is oscillated by being repeatedly amplified on both end surfaces of the active layer 14.
【００３４】本実施例では、活性層１４を構成する各層
を分子線成長（ＭＢＥ）法で成長させた。In this example, each layer constituting the active layer 14 was grown by the molecular beam growth (MBE) method.
【００３５】以上のように、上記の実施例によれば、キ
ャリア閉じ込め領域３１における電子の密度が高く、し
かも、光が狭い領域に閉じ込められているため、しきい
値電流密度の小さい半導体レーザを得ることができる。
また、多重量子井戸構造を用いることにより、発振波長
の短いレーザがえられる。As described above, according to the above-mentioned embodiment, since the electron density in the carrier confinement region 31 is high and the light is confined in a narrow region, a semiconductor laser having a small threshold current density is obtained. Obtainable.
Further, by using the multiple quantum well structure, a laser having a short oscillation wavelength can be obtained.
【００３６】なお上記実施例では、ファブリーペロー型
レーザを示したが、同様に分布帰還型等他の形状の半導
体レーザの活性層に図１の構造を用いることも可能であ
る。Although the Fabry-Perot type laser is shown in the above embodiment, it is also possible to use the structure shown in FIG. 1 for the active layer of a semiconductor laser of other shapes such as a distributed feedback type.
【００３７】上述の実施例では、領域３３に１０個の障
壁を形成するためにを計２１層の多層構造にしたが、図
１０に示すように、障壁の数を減らすことも可能であ
る。この場合、領域１３３に２つの障壁を形成している
ため領域１３３が５層構造となっており、容易に製造す
ることができる。この場合にも、発生した光を領域１３
１、１３２、１３３に効果的に閉じ込めることができ
る。In the above embodiment, a total of 21 layers were formed in order to form 10 barriers in the region 33, but the number of barriers can be reduced as shown in FIG. In this case, since the two barriers are formed in the region 133, the region 133 has a five-layer structure and can be easily manufactured. Also in this case, the generated light is transmitted to the area 13
1, 132, 133 can be effectively confined.
【００３８】また、上記実施例では、１）キャリア閉じ
込め領域の幅の最適化、２）キャリア閉じ込め領域を障
壁で挾むこと、３）複数の障壁を備えた光の閉じ込め領
域を配置すること、４）キャリア閉じ込め領域を多重量
子井戸にすることを同時に備えた半導体レーザについて
説明したが、これに限らず、１）、２）、３）の少なく
ともいずれか一つを備えることによりしきい値電流の低
減を図ることができる。当然ながら、１）、２）、
３）、４）のうちの２以上を組み合わせて備えた半導体
レーザを形成することももちろん可能である。In the above embodiment, 1) optimization of the width of the carrier confinement region, 2) sandwiching the carrier confinement region with a barrier, and 3) disposing a light confinement region having a plurality of barriers. 4) The description has been given of the semiconductor laser provided with the carrier confinement region at the same time as the multiple quantum well. However, the present invention is not limited to this, and by providing at least one of 1), 2) and 3) Can be reduced. Of course, 1), 2),
It is of course possible to form a semiconductor laser provided by combining two or more of 3) and 4).
【００３９】上記実施例では、ＡｌＧａＡｓ系の多重量
子井戸をもちいた場合について述べたが、これに限ら
ず、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系などの半導体材料を用い
た場合にも同様に適用できる。In the above embodiment, the case of using the AlGaAs multi-quantum well is described, but the present invention is not limited to this, and is similarly applicable to the case of using a semiconductor material such as InP / InGaAsP system.
【００４０】また、本発明は、上記実施例の活性層の層
構成に限定されるものではない。キャリア閉じ込め領域
の両端の障壁３２のポテンシャルが、周囲のポテンシャ
ルより高く、またキャリア閉じ込め領域３１のポテンシ
ャルが他の領域のそれより低く、キャリアが十分閉じ込
められるようであれば、その形状でのキャリア閉じ込め
領域の幅の最適化を行えばよい。The present invention is not limited to the layer structure of the active layer of the above embodiment. If the potentials of the barriers 32 at both ends of the carrier confinement region are higher than the potentials of the surroundings and the potential of the carrier confinement region 31 is lower than that of other regions, and carriers are sufficiently confined, the carrier confinement in that shape is performed. The width of the area may be optimized.
【００４１】上記実施例では、光の閉じ込めを大きくす
るために、光閉じ込めのための障壁領域３３の障壁の高
さを一定にして、障壁を配置する間隔をキャリア閉じ込
め領域３１から離れるほど短くしたが、これに限らず障
壁の高さや障壁の幅、障壁と障壁の間のポテンシャルの
深さをかえて、数１を満たすことももちろん可能であ
る。In the above-mentioned embodiment, in order to increase the light confinement, the height of the barrier region 33 for confining the light is made constant, and the interval at which the barriers are arranged is shortened as the distance from the carrier confinement region 31 increases. However, not limited to this, it is also possible to satisfy Formula 1 by changing the height of the barrier, the width of the barrier, and the depth of the potential between the barriers.
【００４２】また、上記実施例では、光閉じ込めのため
の障壁領域３３の配置を定める数２において、関数ｆ
（ｘ）を放物線状にしたが、これに限らず線形状等のよ
うに他の関数を用いることもできる。Further, in the above-mentioned embodiment, the function f is defined in the equation 2 which defines the arrangement of the barrier region 33 for confining light.
Although (x) has a parabolic shape, it is not limited to this and other functions such as a linear shape can be used.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上に述べてきたように、本発明によれ
ば、しきい値電流密度の低い半導体レーザ活性層を得る
ことができる。As described above, according to the present invention, a semiconductor laser active layer having a low threshold current density can be obtained.
【図１】本発明の半導体レーザの活性層の層構成とその
ポテンシャルを示す説明図。FIG. 1 is an explanatory view showing a layer structure of an active layer of a semiconductor laser of the present invention and its potential.
【図２】図１の半導体レーザの電子の波動関数を示す説
明図。FIG. 2 is an explanatory view showing an electron wave function of the semiconductor laser of FIG.
【図３】従来の量子井戸構造を備えた半導体レーザの活
性層のポテンシャルを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a potential of an active layer of a semiconductor laser having a conventional quantum well structure.
【図４】従来の量子井戸構造を備えた半導体レーザの活
性層のポテンシャルを示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the potential of an active layer of a semiconductor laser having a conventional quantum well structure.
【図５】従来の量子井戸構造を備えた半導体レーザの活
性層のポテンシャルを示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a potential of an active layer of a semiconductor laser having a conventional quantum well structure.
【図６】本発明の共鳴効果を用いたキャリア閉じ込め領
域の幅の最適化を説明するための説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining optimization of the width of the carrier confinement region using the resonance effect of the present invention.
【図７】本発明のキャリア閉じ込め領域の多重量子井戸
かによるエネルギーの短波長化を説明するための説明
図。FIG. 7 is an explanatory view for explaining the shortening of energy wavelength due to the multiple quantum well in the carrier confinement region of the present invention.
【図８】図１の半導体レーザの全体の構成を示すための
断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the semiconductor laser of FIG.
【図９】図８のＡ−Ａ’断面図。9 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.
【図１０】本発明の別の実施例の半導体レーザの活性層
の波動関数とポテンシャルを示す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a wave function and a potential of an active layer of a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.
１…基板板、１２…キャップ層、１３、１７…クラッド
層、１４…活性層、３１、１３１…キャリア閉じ込め領
域、３２、１３２…キャリア閉じ込めのためのポテンシ
ャル障壁、３３、１３３…光閉じ込めのためのポテンシ
ャル障壁領域。1 ... Substrate plate, 12 ... Cap layer, 13, 17 ... Clad layer, 14 ... Active layer, 31, 131 ... Carrier confinement region, 32, 132 ... Potential barrier for carrier confinement, 33, 133 ... For optical confinement Potential barrier region.
Claims (10)
い井戸領域と、少なくとも一方向について前記井戸領域
を両側から挾む、前記井戸領域よりもポテンシャルの高
い周辺領域とを有する量子井戸構造を活性領域に備えた
半導体レーザであって、 前記井戸領域と周辺領域との間には、前記周辺領域より
もポテンシャルの高い障壁領域が配置されていることを
特徴とする半導体レーザ。1. A quantum well structure having a low potential well region made of a semiconductor material and a peripheral region having a potential higher than that of the well region and sandwiching the well region from both sides in at least one direction. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a barrier region having a higher potential than that of the peripheral region is arranged between the well region and the peripheral region.
量子井戸構造であることを特徴とする半導体レーザ。2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the well region has a multiple quantum well structure.
い井戸領域と、少なくとも一方向について前記井戸領域
を両側から挾む、前記井戸領域よりもポテンシャルの高
い周辺領域とを有する量子井戸構造を活性領域に備えた
半導体レーザであって、 前記周辺領域には、前記周辺領域よりもポテンシャルの
高い複数の障壁領域が配置されていることを特徴とする
半導体レーザ。3. A quantum well structure having a low potential well region made of a semiconductor material, and a peripheral region having a potential higher than that of the well region and sandwiching the well region from both sides in at least one direction. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a plurality of barrier regions having a higher potential than the peripheral region are arranged in the peripheral region.
た位置に配置されている隣合う２つの障壁領域の間隔
は、前記井戸領域から近い位置に配置されている隣合う
２つの障壁領域の間隔より短いことを特徴とする半導体
レーザ。4. The space between two adjacent barrier regions arranged at a position apart from the well region according to claim 3, the distance between two adjacent barrier regions arranged at a position close to the well region. A semiconductor laser characterized by being shorter than the interval.
てｉ番目の障壁領域の幅をｗi、その障壁領域と周辺領
域とのポテンシャルの差をＵi、前記井戸領域から障壁
領域までの距離をｘi、とした場合、 【数１】 の関係を満たすように配置されていることを特徴とする
半導体レーザ。5. The method according to claim 4, wherein the width of the i-th barrier region counted from the well region is w i , the potential difference between the barrier region and the peripheral region is U i , and the distance from the well region to the barrier region is If the distance is x i , then The semiconductor laser is arranged so as to satisfy the relationship of.
井戸領域の中心を頂点とした放物線を描く関数であるこ
とを特徴とする半導体レーザ。6. The semiconductor laser according to claim 4, wherein f (x) is a function of drawing a parabola with the center of the well region as an apex.
い井戸領域と、少なくとも一方向について前記井戸領域
を両側から挾む、前記井戸領域よりもポテンシャルの高
い周辺領域とを有する量子井戸構造を活性領域に備えた
半導体レーザであって、 前記井戸領域の幅は、（井戸領域内のキャリアの存在確
率）／（井戸領域の幅）が最大値となるものであること
を特徴とする半導体レーザ。7. A quantum well structure having a low potential well region made of a semiconductor material, and a peripheral region having a potential higher than that of the well region and sandwiching the well region from both sides in at least one direction. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the well region has a maximum width of (probability of existence of carriers in well region) / (width of well region).
域との間には、前記周辺領域よりもポテンシャルの高い
障壁領域が配置されていることを特徴とする半導体レー
ザ。8. The semiconductor laser according to claim 7, wherein a barrier region having a higher potential than that of the peripheral region is arranged between the well region and the peripheral region.
い井戸領域と、少なくとも一方向について前記井戸領域
を両側から挾む、前記井戸領域よりもポテンシャルの高
い周辺領域とを有する量子井戸構造を活性領域に備えた
半導体レーザであって、 前記井戸領域と周辺領域との間には、前記周辺領域より
もポテンシャルの高い障壁領域が配置され、 前記周辺領域には、前記周辺領域よりもポテンシャルの
高い複数の障壁領域が配置され、 前記井戸領域の幅は、（井戸領域内のキャリアの存在確
率）／（井戸領域の幅）が最大値となるものであり、 前記井戸領域は、多重量子井戸構造であることを特徴と
する半導体レーザ。9. A quantum well structure having a low potential well region made of a semiconductor material and a peripheral region having a potential higher than that of the well region and sandwiching the well region from both sides in at least one direction. A barrier region having a potential higher than that of the peripheral region is disposed between the well region and the peripheral region, and a plurality of barrier regions having a potential higher than that of the peripheral region are provided in the peripheral region. Barrier regions are arranged, the width of the well region is such that (probability of existence of carriers in the well region) / (width of the well region) has a maximum value, and the well region has a multiple quantum well structure. A semiconductor laser characterized in that there is.
低い井戸領域と、少なくとも一方向について前記井戸領
域を両側から挾む、前記井戸領域よりもポテンシャルの
高い周辺領域とを有する量子井戸構造を活性領域に備え
た半導体レーザであって、 前記半導体材料で量子井戸構造を構成した場合の（井戸
領域内のキャリアの存在確率）／（井戸領域の幅）を井
戸領域の幅を変数として求め、 この値が最も大きくなるときの井戸領域の幅を求めて、
前記量子井戸構造の井戸領域の幅とすることを特徴とす
る半導体レーザ。10. A quantum well structure having a low potential well region made of a semiconductor material, and a peripheral region having a potential higher than that of the well region and sandwiching the well region from both sides in at least one direction. In the case of a semiconductor laser having a quantum well structure formed of the semiconductor material, (probability of existence of carriers in well region) / (width of well region) is obtained by using the width of the well region as a variable, Find the width of the well region when
A semiconductor laser having a width of a well region of the quantum well structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6166885A JPH0832172A (en) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6166885A JPH0832172A (en) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | Semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0832172A true JPH0832172A (en) | 1996-02-02 |
Family
ID=15839429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6166885A Pending JPH0832172A (en) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0832172A (en) |
-
1994
- 1994-07-19 JP JP6166885A patent/JPH0832172A/en active Pending
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