JPH0864909A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH0864909A JPH0864909A JP19830694A JP19830694A JPH0864909A JP H0864909 A JPH0864909 A JP H0864909A JP 19830694 A JP19830694 A JP 19830694A JP 19830694 A JP19830694 A JP 19830694A JP H0864909 A JPH0864909 A JP H0864909A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- band
- impurity level
- well layer
- layer
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低しきい値電流動作が可能で、消費電力の低
減および長寿命化を図ることのできる半導体レーザ装置
を実現する。 【構成】 井戸層１１のバンドギャップ内に不純物準位
１５を引き起こす不純物が井戸層１１内に添加され、不
純物準位１５による利得スペクトルがエキシトン吸収の
位置まで伸びる濃度のキャリアが注入され、不純物準位
１５と価電子帯または伝導帯との遷移による光利得によ
りレーザ発振を起こす構成となっている。
減および長寿命化を図ることのできる半導体レーザ装置
を実現する。 【構成】 井戸層１１のバンドギャップ内に不純物準位
１５を引き起こす不純物が井戸層１１内に添加され、不
純物準位１５による利得スペクトルがエキシトン吸収の
位置まで伸びる濃度のキャリアが注入され、不純物準位
１５と価電子帯または伝導帯との遷移による光利得によ
りレーザ発振を起こす構成となっている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光情報処理分
野などに用いられる半導体レーザに関するものである。
野などに用いられる半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】以下に従来の半導体レーザについて、図
面を参照しながら説明する。
面を参照しながら説明する。
【０００３】図３は、代表的な分離閉じ込め型多重量子
井戸(SCH-MQW)レーザのエネルギーバンド図を示したも
のである。図３に示すように、この半導体レーザは、井
戸層１とバリア層２とからなる多重量子井戸３を光ガイ
ド層４で挟み、さらにクラッド層５で挟みこんだ構造と
なっている。そして、この場合、レーザ発振は伝導帯の
最低のサブバンドレベルと価電子帯の最高のサブバンド
レベル間の光遷移により発生する。
井戸(SCH-MQW)レーザのエネルギーバンド図を示したも
のである。図３に示すように、この半導体レーザは、井
戸層１とバリア層２とからなる多重量子井戸３を光ガイ
ド層４で挟み、さらにクラッド層５で挟みこんだ構造と
なっている。そして、この場合、レーザ発振は伝導帯の
最低のサブバンドレベルと価電子帯の最高のサブバンド
レベル間の光遷移により発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体レーザ
のしきい値電流は、キャリアである電子、正孔の反転分
布の起こりやすさで決まり、しきい値電流は伝導帯、価
電子帯の状態密度に大きく左右される。すなわち、伝導
帯、価電子帯の状態密度が大きくなると、しきい値電流
も大きくなる。
のしきい値電流は、キャリアである電子、正孔の反転分
布の起こりやすさで決まり、しきい値電流は伝導帯、価
電子帯の状態密度に大きく左右される。すなわち、伝導
帯、価電子帯の状態密度が大きくなると、しきい値電流
も大きくなる。
【０００５】ここで一般にバンドギャップの大きい材料
においては、価電子帯の状態密度が大きいため、しきい
値電流を下げることは特に困難であった。
においては、価電子帯の状態密度が大きいため、しきい
値電流を下げることは特に困難であった。
【０００６】またレーザの発振波長についても、この発
振波長は量子井戸の構造や活性層の材料で決まってしま
うため、量子井戸の構造が一旦決定されてしまうと、発
振波長を制御することは困難であった。従って、バンド
ギャップより小さい波長の光を得ることできない。
振波長は量子井戸の構造や活性層の材料で決まってしま
うため、量子井戸の構造が一旦決定されてしまうと、発
振波長を制御することは困難であった。従って、バンド
ギャップより小さい波長の光を得ることできない。
【０００７】本発明はかかる点を鑑み、低しきい値電流
動作が可能で、消費電力の低減および長寿命化が図れ、
発振波長の制御が容易な半導体レーザを提供することを
目的とする。
動作が可能で、消費電力の低減および長寿命化が図れ、
発振波長の制御が容易な半導体レーザを提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体レーザは、活性層内に量子井戸
構造を用いた半導体レーザであって、井戸層のバンドギ
ャップ内に不純物準位を引き起こす不純物が井戸層内に
添加され、不純物準位による利得スペクトルがエキシト
ン吸収の位置まで伸びる濃度のキャリアが注入され、不
純物準位と価電子帯または伝導帯との遷移による光利得
によりレーザ発振を起こす構成を有している。
め、本発明に係る半導体レーザは、活性層内に量子井戸
構造を用いた半導体レーザであって、井戸層のバンドギ
ャップ内に不純物準位を引き起こす不純物が井戸層内に
添加され、不純物準位による利得スペクトルがエキシト
ン吸収の位置まで伸びる濃度のキャリアが注入され、不
純物準位と価電子帯または伝導帯との遷移による光利得
によりレーザ発振を起こす構成を有している。
【０００９】
【作用】上記の構成によれば、量子井戸層にそのバンド
ギャップ内に不純物準位を引き起こす不純物を添加し、
価電子帯または伝導帯と前記不純物準位との遷移による
光利得によってレーザ発振を起こさせるため、不純物準
位の状態密度は、ディスクリート的で連続的な価電子帯
または伝導帯の状態密度に比べて小さく、またその量
は、不純物の添加量によって制御でき、その結果、低し
きい値電流動作が可能となり、半導体レーザ装置の消費
電力を低減することができると共に、発熱量を抑えて装
置の長寿命化を図ることができる。また、不純物準位が
バンドギャップ内にあるため、バンド端発光よりも長波
長の光を得ることができる。
ギャップ内に不純物準位を引き起こす不純物を添加し、
価電子帯または伝導帯と前記不純物準位との遷移による
光利得によってレーザ発振を起こさせるため、不純物準
位の状態密度は、ディスクリート的で連続的な価電子帯
または伝導帯の状態密度に比べて小さく、またその量
は、不純物の添加量によって制御でき、その結果、低し
きい値電流動作が可能となり、半導体レーザ装置の消費
電力を低減することができると共に、発熱量を抑えて装
置の長寿命化を図ることができる。また、不純物準位が
バンドギャップ内にあるため、バンド端発光よりも長波
長の光を得ることができる。
【００１０】
【実施例】次に、本発明の実施例における半導体レーザ
について図面を参照しながら説明する。
について図面を参照しながら説明する。
【００１１】図１は本発明に係る半導体レーザの一実施
例におけるエネルギーバンドを示す図である。
例におけるエネルギーバンドを示す図である。
【００１２】図１に示すように、本実施例における半導
体レーザは、GaNからなる井戸層１１を有する多重量子
井戸を光ガイド層１２で挟み、さらにクラッド層１３で
挟み込んだ構造となっている。光ガイド層１２およびク
ラッド層１３は、AlxGa1-xNからなっており、光ガイド
層のAlのモル比xは０．２、クラッド層１３は０．３と
している。また井戸層１１およびバリア層１４の幅はと
もに約８０Åとしている。上記の井戸層１１、光ガイド
層１２、クラッド層１３及びバリア層１４の構成に関し
ては図３に示した従来の半導体レーザと同様の構成であ
る。
体レーザは、GaNからなる井戸層１１を有する多重量子
井戸を光ガイド層１２で挟み、さらにクラッド層１３で
挟み込んだ構造となっている。光ガイド層１２およびク
ラッド層１３は、AlxGa1-xNからなっており、光ガイド
層のAlのモル比xは０．２、クラッド層１３は０．３と
している。また井戸層１１およびバリア層１４の幅はと
もに約８０Åとしている。上記の井戸層１１、光ガイド
層１２、クラッド層１３及びバリア層１４の構成に関し
ては図３に示した従来の半導体レーザと同様の構成であ
る。
【００１３】ここで、本実施例の半導体レーザは、井戸
層１１にZnを1011cm-2程度添加し、価電子帯近くにアク
セプタ的な不純物準位１５を形成している。
層１１にZnを1011cm-2程度添加し、価電子帯近くにアク
セプタ的な不純物準位１５を形成している。
【００１４】図２にこの場合の吸収スペクトルのキャリ
ア濃度依存性を示す。本発明の実施例における半導体レ
ーザの構造において、電流注入によって電極からキャリ
アを活性層に注入すると、伝導帯、価電子帯の量子井戸
内にキャリアが閉じ込められると同時に、上記の不純物
準位１５に正孔が詰められ、キャリア濃度を2x1017cm-2
程度まで増加してゆくと伝導帯と不純物準位１５との間
で反転分布が生じ、吸収スペクトルにおいて利得が生じ
始める。
ア濃度依存性を示す。本発明の実施例における半導体レ
ーザの構造において、電流注入によって電極からキャリ
アを活性層に注入すると、伝導帯、価電子帯の量子井戸
内にキャリアが閉じ込められると同時に、上記の不純物
準位１５に正孔が詰められ、キャリア濃度を2x1017cm-2
程度まで増加してゆくと伝導帯と不純物準位１５との間
で反転分布が生じ、吸収スペクトルにおいて利得が生じ
始める。
【００１５】しかしながら、上記のように伝導帯と不純
物準位との間に電子と正孔の反転分布が生じ始めたとき
の2x1017cm-2という非常に少ないキャリア濃度ではまだ
伝導帯と価電子帯との間では反転分布は生じていない。
そのため高エネルギー側にバンド端のエキシトンによる
鋭い吸収が観られる。
物準位との間に電子と正孔の反転分布が生じ始めたとき
の2x1017cm-2という非常に少ないキャリア濃度ではまだ
伝導帯と価電子帯との間では反転分布は生じていない。
そのため高エネルギー側にバンド端のエキシトンによる
鋭い吸収が観られる。
【００１６】上記のように半導体レーザの共振器内の損
失が非常に小さい場合、上記した実施例に示すようにZn
を1011cm-2添加し、不純物準位を形成することにより、
このような低キャリア濃度で発振することが可能とな
り、不純物準位がない場合に比べて約１０分の１のしき
い値電流で動作することができる。
失が非常に小さい場合、上記した実施例に示すようにZn
を1011cm-2添加し、不純物準位を形成することにより、
このような低キャリア濃度で発振することが可能とな
り、不純物準位がない場合に比べて約１０分の１のしき
い値電流で動作することができる。
【００１７】また発振波長もバンド端発光よりも長波長
で、不純物原子の種類によって波長を制御することがで
きる。
で、不純物原子の種類によって波長を制御することがで
きる。
【００１８】さらに、上記の2x1017cm-2というキャリア
濃度に対して、キャリア濃度を増加して、6x1017cm-2程
度にすると図２に示すように、不純物準位１５による利
得スペクトルが高エネルギー側のエキシトン吸収の位置
まで伸びて、バンド端間のエキシトン効果によって不純
物準位による利得スペクトルが著しく増強され、この利
得によってレーザ発振が生じる。
濃度に対して、キャリア濃度を増加して、6x1017cm-2程
度にすると図２に示すように、不純物準位１５による利
得スペクトルが高エネルギー側のエキシトン吸収の位置
まで伸びて、バンド端間のエキシトン効果によって不純
物準位による利得スペクトルが著しく増強され、この利
得によってレーザ発振が生じる。
【００１９】上記のようにレーザ発振が生じた際であっ
ても、キャリア濃度は6x1017cm-2と少なく、伝導帯と価
電子帯との間では反転分布は生じていない。この時のレ
ーザ発振のためのしきい値電流も不純物準位１５がない
場合に比べて小さく、５分の１程度であった。
ても、キャリア濃度は6x1017cm-2と少なく、伝導帯と価
電子帯との間では反転分布は生じていない。この時のレ
ーザ発振のためのしきい値電流も不純物準位１５がない
場合に比べて小さく、５分の１程度であった。
【００２０】すなわち、本実施例のように、井戸層１１
に不純物を添加して不純物準位を形成してやると、レー
ザ発振のしきい値電流が小さくなり、さらにキャリア濃
度を不純物準位による利得スペクトルがエキシトン吸収
の位置まで伸ばすと、利得スペクトルが著しく向上させ
ることができる。
に不純物を添加して不純物準位を形成してやると、レー
ザ発振のしきい値電流が小さくなり、さらにキャリア濃
度を不純物準位による利得スペクトルがエキシトン吸収
の位置まで伸ばすと、利得スペクトルが著しく向上させ
ることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体レーザ装置によれば、量子井戸層内に不純物準位を設
けることにより、低いキャリア密度で不純物準位と伝導
帯もしくは価電子帯との間で反転分布をおこさせ、その
利得そのものまたは、バンド端のエキシトン効果によっ
て増強された利得を用いることによって、低しきい値電
流動作が可能となり、半導体レーザ装置の消費電力を低
減することができるとともに、発熱量を減少させて装置
の長寿命化を図ることができる。
体レーザ装置によれば、量子井戸層内に不純物準位を設
けることにより、低いキャリア密度で不純物準位と伝導
帯もしくは価電子帯との間で反転分布をおこさせ、その
利得そのものまたは、バンド端のエキシトン効果によっ
て増強された利得を用いることによって、低しきい値電
流動作が可能となり、半導体レーザ装置の消費電力を低
減することができるとともに、発熱量を減少させて装置
の長寿命化を図ることができる。
【図１】本発明の実施例における半導体レーザのエネル
ギーバンドを示す図
ギーバンドを示す図
【図２】本発明の実施例における半導体レーザの不純物
準位を考慮した場合の吸収スペクトルのキャリア濃度依
存性を示す図
準位を考慮した場合の吸収スペクトルのキャリア濃度依
存性を示す図
【図３】従来の半導体レーザのエネルギーバンドを示す
図
図
１１ GaNからなる井戸層 １２ AlxGa1-xNからなる光ガイド層 １３ AlxGa1-xNからなるクラッド層 １４ AlxGa1-xNからなるバリア層 １５ 不純物準位
Claims (1)
- 【請求項１】活性層内に量子井戸構造を用いた半導体レ
ーザであって、前記井戸層のバンドギャップ内に不純物
準位を引き起こす不純物が前記井戸層内に添加され、前
記不純物準位による利得スペクトルがエキシトン吸収の
位置まで伸びる濃度のキャリアが注入され、前記不純物
準位と価電子帯または伝導帯との遷移による光利得によ
りレーザ発振を起こす半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19830694A JPH0864909A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19830694A JPH0864909A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864909A true JPH0864909A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16388946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19830694A Pending JPH0864909A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864909A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10321965A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-12-04 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
-
1994
- 1994-08-23 JP JP19830694A patent/JPH0864909A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10321965A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-12-04 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
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