JPS58216489A - 量子井戸型半導体レ−ザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、量子井戸型半導体レーザの改良に関する。

量子井戸型半導体レーザは、活性層として作用づる量子
井戸層がキャリア閉込め層で挾まれ、キャリアを、キャ
リア閉込め層を通って量子井戸層に注入させることによ
って、吊子井戸層内で光が発生し乃至その光が増幅され
、これに基ずきレーザ発振が得られる、という構成を有
するを普通とする。

このような量子井戸型半導体レーザは、他の型の半導体
レーク“に比し、低い閾値電流で動作させることができ
る、レーザ発振波長を容易に制御することができる、等
の特徴を有する。

黙しながら、従来の量子井戸型半導体レーザにおいては
、キャリアがキャリア閉込め層を通って量子井戸層に入
る過程で、量子井戸層及びキャリア閉込め層間のエネル
ギバンドギ１７ツプの差のために、量子井戸層の、光が
発生ずる乃至その光を増幅する領域で、フォノンが放出
されるのを余儀なくされる、構成を有しているを普通と
していた。

このため、従来の吊子井戸型半導体レーザの場合、電子
準位間のエネルギに対応する波長を有する光の外に、上
述したフォノンと、キャリアと、光との相互作用によっ
て、フォノン介在遷移のエネルギに対応する波長を有す
る光が発生し、シー１１発振光が、きれいなスペクトル
で、安定に得られないと共に、良好な電流−光出力特性
を呈しない等の欠点を有していた。

また、従来の量子井戸型半導体レーザにおいでは、量子
井戸層の各部に均一的にキャリアを注入・蓄積させるこ
とができないというのを余儀なくされる、構成を有して
いるのを普通としていた。

このため、従来の量子井戸型半導体レーザの場合、レー
ザ発振の発振効率が悪いと共に、レーザ発振の閾値電流
値が高いという欠点等を有していた。

よって、本発明は上述した欠点のない、新規な量子井戸
型半導体レーザを提案せんとするものである。　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１図は本発明によ
る量子井戸型半導体レーザの実施例を示し、２つの量子
井戸層部ａ１及びａ２が互に連接して並置している、複
数Ｍ個の量子井戸層Ａ、へ・Δ□と、２つのキャリア閉
込め層ｂ１及びｂ２が互に連接して並置している、複数
（Ｍｌ−１＞個のキャリア閉込め層Ｂ、〜ＢＭ＋１とを
有する。

この場合、吊子すｔ戸開△１〜Ａカは、キャリア閉込め
層Ｂ、〜ＢＭ＋＋に比し、小さいエネルギバンドギセッ
プを有し、例えばＧａＡｓでなる。また、キャリア閉込
め層Ｂ、〜Ｂ間は、△Ｌ、−、Ｇａ、ＡＳ（但しＱ＜ｘ
＜１＞でなる。

また、量子井戸層Ａ１〜ＡＭは、例えば１００Ｘオーダ
の厚さを有する。

さらに、量子井戸層Ａ１−八つの量子井戸層部ａ１、及
びキャリア閉込め層Ｂ、〜Ｂ−ヤ１のキャリア閉込め胴
部ｂ１は、Ｐ＋型を有（る。また、量子井戸層部−Ａ、
の量子井戸層部ａ２、及びキャリア閉込め層Ｂ、〜斃や
１のキャリア閉込め胴部ｂ２はＮ型を有する。

実際上、キトリア閉込め層Ｂ、〜Ｂ８１、のキャリア閉
込め胴部ｂ２は、Ｎで示すように、量子井戸層Δ、〜△
、の量子井戸層部ａ１に比し高い不純物濃度を有する。

然して、量子井戸層Ａ１〜ＡＭ、及びキャリア閉込め層
８１〜Ｂ８や１が、キャリア閉込め層Ｂ、及びＢ１４１
（但し、ｉ　＝１．２．・・・・・・・・・Ｍ）を、そ
れぞれ量子井戸層Ａ、の相対向する主面上に配し、且つ
キャリア閉込め層Ｂ、及びＢｉや１のキャリア閉込め胴
部ｂ１を、量子井戸層Ａ、のけ子井戸胴部ａ１に、キャ
リア閉込め層Ｂ１及びＢｒａｌのキャリア閉込め胴部ｂ
２を、量子井戸層Ａ１の量子井戸層部ａ２に連接させて
いる状態で、積層されている。

実際上、このような構成は、キャリア閉込め層Ｂ、〜Ｂ
Ｍ−’Ｉのキャリア閉込め胴部ｂ２’となる複数（Ｍ＋
１）個の第１の半導体層と、量子井戸層Ａ、〜△、の量
子井戸層部ａ２となる複数Ｍ個の第２の半導体層と〆を
、例えば分子線エピタキシャル結晶・成長法によって、
交互順次に積層して形成し、次にその積層体内に、その
積層方向の一方側から、選択的に、例えば硫黄、錫等の
Ｐ型不純物を拡散して製ることができる。

また、キャリア閉込め層Ｂ、の４ニヤリア閉込め溜部ｂ
２に、電極Ｅ１がオーミックに連結され、またキャリア
閉込め層Ｂ　Ｍ＋１のキャリア閉込め溜部ｂ１に、電極
Ｅ２がオーミックに連結されている。

以上が、本発明による量子井戸型半導体レーザの実施例
の構成である。

このような構成によれば、電極Ｅ１及び１２間に、直流
電源を、電極Ｅ２側を正としている極性で接続すれば、
電子が、電極Ｅ１からキャリア閉込め層Ｂ１のキャリア
閉込め胴部ｂ２内を通って、量子井戸層△１の量子井戸
層部ａ２内に入り、次で量子井戸層Ａ１の量子井戸層部
ａ１及び８２間の接合（この場合、ＰＮ接合）Ｊｉを通
って、量子井戸層Ａ１の量子井戸層部ａ１に入る。

従って、電子が吊子井戸層Δ、〜Ａ□の量子井戸層部ａ
１に入る。

一方、正孔が、電極Ｅ２からキャリア閉込め層Ｂｌ。１
のキャリア閉込め層部ｂ１内を通って、量子井戸層Ａ１
の吊子井戸層部ａ１に入る。

従って、正孔が量子井戸層△、〜Ａ８の量子井戸層部ａ
１に入る。

このため、量子井戸層Ａ、の量子井戸層部ａ１内で、電
子と正孔が再結合し、光が発生し乃至その光が増幅され
る。尚、この場合の光の発生乃至その光の増幅は、主と
して、量子井戸層Δ１の吊子井戸層部ａ１内の、接合Ｊ
ｉの近傍領域で生ずる。

従って、少くとも量子井戸層Ａ１〜Ａ□の相対向する端
面（紙面と平行な面）をファブリペロ−の反射面とし置
くことによって、レーザ発振を得ることができ、そのレ
ーザ発振光を、量子井戸層Ａ：の相対向リーる端面の一
方から、外部に出射させることができる。

よって、上述した本発明による量子井戸型半導体レーザ
によれば、半導体レーザとしての機　　　　　　・ゝ能
が得られる。

ところで、本発明による量子井戸型半導体レ−豐アにお
いては、上述したように、電子が、キャリア閉込め層Ｂ
＋”□　Ｂｓ、＋のキャリア閉込め溜部ｂ２から、それ
ぞれ量子井戸層Ａ１〜Ａ、のが子井戸胴部ａ２に入り、
次で、量子井戸層Ａ、−Ａ、（７）量子井戸層部ａ１に
入る機構Ｃ１上述した半導体レー）ｆとしての機能が得
られるが、キャリア閉込め溜部ｂ２及び吊子井戸層部８
２間にエネルギバンドギャップの差があるため、電子が
、キャリア閉込め層８１〜Ｂ、、１のキャリア閉込め溜
部ｂ２から、それぞれ量子井戸層△、〜△□の量子井戸
層部ａ２に入る過程で、吊子井戸層部ａ２において、フ
ォノンの放出を伴なう。然しながら、電子が、量子井戸
層Ａ、−ＡＭの量子井戸層部ａ２かう、量子井戸層部ａ
１に接合山〜山を通って入る過程では、量子井戸層部ａ
１及び８２間にエネルギバンドギャップの差がないため
、フォノンの゛放出を実質的に伴なわない。従って、光
の発生乃至その光を増幅する、吊子井戸層Ａ１〜ＡＭの
量子井戸層部「１の、接合Ｊ１〜山の近傍ｍ域において
、実質的に、フォノンの放出を伴なわない。

従って、本発明にＪ：る吊子井戸型半導体レーザによれ
ば、フォノンと、キャリアと、光との相互作用によって
、フォノン介在遷移のエネルギに対応する波長を有する
光が発生する、ということが実質的になく、電子準位間
のエネルギに対応する波長を有する光のみが実質的に発
生する。□ よって、上述した本発明による量子井戸型半導体レーザ
によれば、レーザ発振光が、きれいなスペクトルで、安
定に得られると共に、良好な電流−光出力特性を呈する
等の大なる特徴を有する。

また、量子井戸層が、Ａ１−へ８と複数Ｍ個有し、そし
て、量子井戸層Ａ、〜△１の量子井戸層部ａ１とキャリ
ア閉込め層Ｂ、〜Ｂい＋１のキャリア閉込め溜部ｂ１と
が、交互順次に積層されて電極Ｅ２に連結され、また、
量子井戸層Ａ１〜ＡＭの吊子井戸層部ａ２とキャリア閉
込め層＃８１〜Ｂ０＋１のキサ１−電ア閉込め溜部ｂ２
とが、同様に交互順次に積層されて電極［１に連結され
ているのＣ，吊子井戸層Ａ、〜△、に、電子が略々等し
い尾で注入され（いるｂのである。

このため、上述しＩζ本発明による量子井戸型半導体レ
ーザ゛によれば、上述したレーザ光振が、従来の量子１
戸型半導体し−リ゛に比し高い発振効率で得られ、また
、レーザ発振の閾値電流値を、従来の吊子井戸型半導体
レーザに比し低くすることができる等の人なる特徴を有
り−る。

尚、上述においては、本発明の一例を示したに留まり、
量子１１戸層Ａ、−・Δ□の吊子井戸層部ａ１、及びキ
ャリア閉込め層Ｂ１＝　Ｂ、ヤ、のキャリア閉込め階部
１）１の電導型式を、上述したようにＰ型とするとき、
吊子井戸層Ａ１〜ＡＭの吊子井戸層部ａ２、及びキャリ
ア閉込め層８１〜Ｂ＋−１４１のキレリア閉込め階部ｂ
２の電導型式を、Ｎ型とづるに代え、ｌ型又は吊子井戸
層部ａ１及び４Ｐリア閉込め階部ｂ１に比し低い不純物
濃度を有するＰ型どじて、」二連したと同様の作用効果
を得ることもできる。

勿論、量子井戸層Ａ１〜ＡＭの量子井戸層部ａ１、及び
キャリア閉込め層Ｂｌ””　８Ｍ＋１のキャリア閉込め
階部ｂ１の電導型式を、Ｎ型とし、これに応じて、量子
井戸層Ａ、〜Ａ１の吊子井戸層部ａ２、及びキャリア閉
込め層Ｂ、〜ＢＭ＋ｉのキャリア閉込め階部ｂ２の電導
型式をＰ型又はｌ型若しくは量子井戸層部ａ１及びキャ
リア閉込め階部ｂ１に比し低い不純物濃度を有するＮ型
として、上述したと同様の作用効果を得ることもできる
ものである。

また、電極Ｅ１及びＥ２を、それぞれ電極付用層を介し
てキャリア閉込め層Ｂ、のキャリア閉込め階部ｂ２及び
キャリア閉込め層Ｂ　ｌ’ｌ＋１のキャリア閉込め階部
ｂ１に連結した構成とすることもてき、さらには、電極
Ｅ１及びＥ２を、それぞれキャリア閉込め層Ｂ、のキせ
リア閉込め階部ｂ１及びキャリア閉込め層Ｂいヤ１のキ
ャリア閉込め階部ｂ２に連結した構成とすることもでき
、　　　　　□ゝその他、種々の変型、変更をなし得る
であろう。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明による量子井戸型半導体レーザの実施例を
示す路線的断面図である。 Δ、〜Ａ、＜・・・・・・・・・・・・・・ω子側炉層
ａ　ｌ、　ａ　２・・・・・・・・・ｍ子＋を炉層Ａ、
−・ＡＭの吊子井戸層部 Ｂ、〜Ｂ、＋、・・・・・・・・・・・・キャリア閉込
め層ｂ　１．　ｂ　２・・・・・・・・・キャリア閉込
め層Ｂ１〜ｓ１．ｌｏ。 のキレリア閉込め階部 Ｊ１〜Ｊ、−・・・・・・・・・・・・・・接合出願人
　　日本電信電話公社 Ｅｌ　　　　　　　　ｂ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１及び第２の量子井戸層部が互に連接して並置されて
   いる複数Ｍ個の量子井戸層△ｌ＋　Ａ２１・・・・・・
   ・・・Ａ１．ｌど、 第１及び第２のキレリア閉込め胴部が互に連接して並置
   されている複数（Ｍ＋１）個のキトリア閉込め層Ｂ、、
   　Ｂ２．・・・・・・・・・ＢＭ＋ｌとを有し、上記量
   子井戸層Ａ１〜ＡＭの第１の量子井戸層部、及び上記キ
   ャリア閉込めＩＩＢ、〜Ｂ□＋１の第１のキャリア閉込
   め胴部は、Ｐ（またはＮ）型を有し、上記量子井戸層Ａ
   、〜Ａ、（７）第２の量子井戸層部、及び上記キャリア
   閉込め胴部Ｂ１〜ＢＭや、の第２のキャリア閉込め胴部
   は、Ｎ（またはＰ）型またはＩ型若しくは」ニ記最子井
   戸層Ａ、〜△靜第１の量子井戸層部、及び上記キャリア
   閉込め層８１〜ＢＭＮの第１のキせリア閉込め胴部に比
   し低い不純物温度を有覆るＰ（又はＮ）型を有し、上記
   量子井戸層Ａ１〜／！ｌＶ１．Ｉ、及び上記キャリア閉
   込め層８１〜ＢＭ＋１が、上記キャリア閉込め層Ｂ１及
   びＢｉ、、　（但し、ｉ＝１．２．・・・・・・・・・
   Ｍ）を、それぞれ上記量子井戸層△１の相対向する第１
   及び第２の主面上に配し、且つ上記キャリア閉込め層Ｂ
   、及びＢ１う１の第１のキャリア閉込め胴部を、上記量
   子井戸層Ａ、の第１の量子井戸層部に、上記キャリア閉
   込め層Ｂ１及びＢｉヤ１の第２のキせリア閉込め胴部を
   、上記量子井戸層Ａ１の第２の量子井戸層部に連接させ
   ている関係で、積層され、上記キャリア閉込め層Ｂ１の
   第２（または第１）のキャリア閉込め胴部に、第１の電
   極が連結され、上記キャリア閉込め層ＢＭ＋１の第１（
   または第２）のキャリア閉込め胴部に、第２の電極が連
   結されていることを特徴とする量子井戸型半導体レー’
   ｆａ