JPS5826539Y2 - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
- Publication number
- JPS5826539Y2 JPS5826539Y2 JP1981106374U JP10637481U JPS5826539Y2 JP S5826539 Y2 JPS5826539 Y2 JP S5826539Y2 JP 1981106374 U JP1981106374 U JP 1981106374U JP 10637481 U JP10637481 U JP 10637481U JP S5826539 Y2 JPS5826539 Y2 JP S5826539Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active region
- oscillation
- layer
- impurity concentration
- semiconductor laser
- 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
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Description
【考案の詳細な説明】
本考案はダブルへテロ構造を有する半導体レーザに関す
るものである。
るものである。
半導体レーザはダブルへテロ構造を採用することにより
しきい値を非常に下げることができる。
しきい値を非常に下げることができる。
これは活性領域に注入された電子及び正孔が、反対側に
あるエネルギー障壁により反射されて能率よく閉じ込め
られるのが一原因である。
あるエネルギー障壁により反射されて能率よく閉じ込め
られるのが一原因である。
ところでレーザ発振をおこさせるには活性領域中に非常
に高濃度のキャリアが存することが必要条件となり、そ
のためダブルへテロ構造のレーザですらその活性領域は
１０１８ｃｍ−３程度に不純物をドープされるのが現状
である。
に高濃度のキャリアが存することが必要条件となり、そ
のためダブルへテロ構造のレーザですらその活性領域は
１０１８ｃｍ−３程度に不純物をドープされるのが現状
である。
確かに活性領域の不純物濃度が高ければ高いほどしきい
値は下がる。
値は下がる。
しかし本考案者らの実験によると、活性領域の不純物ド
ープ量と発振波長には相関があることが見られた。
ープ量と発振波長には相関があることが見られた。
即ちドープ量を増すに従って発振波長が少しずつではあ
るが長波長側へ移るということである。
るが長波長側へ移るということである。
これを逆に利用すれば、つまり活性領域のドープ量を非
常に少なくすれば、発振波長はほとんどバンドギャップ
に近いものを得られる。
常に少なくすれば、発振波長はほとんどバンドギャップ
に近いものを得られる。
したがって同一半導体を用いても、従来のものより短波
長のレーザ発振が得られることになる。
長のレーザ発振が得られることになる。
ところで活性領域の厚さを、非常に薄くすれば、その両
側のＧａ１−ＸＡＩＸＡｓ層へ光のもれ出しが生ずる。
側のＧａ１−ＸＡＩＸＡｓ層へ光のもれ出しが生ずる。
そこで本考案は、二つのへテロ接合の間に位置する活性
領域を多層構造と とともに、活性領域の不純物濃度
を１０１６原子／ｃｍ３雲下としかつ中央部の層で最小
とし、光のもれ出Ｃをなくし、しきい値をあまり増加さ
せることなく短波長のレーザ発振を得るものである。
領域を多層構造と とともに、活性領域の不純物濃度
を１０１６原子／ｃｍ３雲下としかつ中央部の層で最小
とし、光のもれ出Ｃをなくし、しきい値をあまり増加さ
せることなく短波長のレーザ発振を得るものである。
本考案は、Ｇａ１−ＸＡｌｘＡｓやＧａＡｓ１−ＸＰｘ
などの直接−間接遷移のある半導体を活性領域に用いて
、直接遷移型の最大のバンドギヤラップに非常に近い発
振波長を比較的低しきい値で容易に得ることができる半
導体レーザを提供するものであって、その一実施例を図
面とともに説明する。
などの直接−間接遷移のある半導体を活性領域に用いて
、直接遷移型の最大のバンドギヤラップに非常に近い発
振波長を比較的低しきい値で容易に得ることができる半
導体レーザを提供するものであって、その一実施例を図
面とともに説明する。
まず活性領域にＧａ１−ｙＡｌｙＡＳ層を用い°たダブ
ルへテロ構造の半導体レーザを構成するに当って、結晶
成長はスライド方式を用いた。
ルへテロ構造の半導体レーザを構成するに当って、結晶
成長はスライド方式を用いた。
基板はＨ＋−ＧａＡｓ（Ｔｅドープ）でその上にＧａ１
−ＸＡＩＸＡｓ（Ｓｎドープ）層を４ ｐ 、Ｇａ１−
ｙＡｌｙＡｓ層を０．２ ｐ 、Ｐ Ｇａ１−ＸＡＩ
ＸＡｓ層を１ ｐ 、Ｐ ”−ＧａＡｓを２μ、順次成
長させた、活性領域であるＧａ１−ｙＡｌｙＡＳ層は、
１０１７ｃｍ−３以上の不純物濃度のものを作るにはＺ
ｎドープを用いそれ以下のもののときはドーパントは用
いなかった。
−ＸＡＩＸＡｓ（Ｓｎドープ）層を４ ｐ 、Ｇａ１−
ｙＡｌｙＡｓ層を０．２ ｐ 、Ｐ Ｇａ１−ＸＡＩ
ＸＡｓ層を１ ｐ 、Ｐ ”−ＧａＡｓを２μ、順次成
長させた、活性領域であるＧａ１−ｙＡｌｙＡＳ層は、
１０１７ｃｍ−３以上の不純物濃度のものを作るにはＺ
ｎドープを用いそれ以下のもののときはドーパントは用
いなかった。
第１図はダブルへテロ構造の半導体レーザにおいて活性
領域にＧａＡｓを用いた場合の活性領域のキャリア濃度
を変えることにより室温での発振波長がどのように変わ
るかを示したものである。
領域にＧａＡｓを用いた場合の活性領域のキャリア濃度
を変えることにより室温での発振波長がどのように変わ
るかを示したものである。
これをみると１０１７ｃｍ−３以上のキャリア濃度の活
性領域を用いる時は、発振エネルギーはほとんど変化し
ないが、１０１６ｃｍ−３以下では、濃度の減少と共に
発振エネルギーが急激に大きくなってくる。
性領域を用いる時は、発振エネルギーはほとんど変化し
ないが、１０１６ｃｍ−３以下では、濃度の減少と共に
発振エネルギーが急激に大きくなってくる。
この原因としては次のことが考えられる。
第２図はＧａＡｓの状態密度とエネルギーの関係を描い
た図である。
た図である。
１は伝導帯、２は伝導帯の底、３は価電子帯、４はアク
セプタの不純物バンド、ｈνは発振エネルギー、Ｅｇは
バンドギャップを示す。
セプタの不純物バンド、ｈνは発振エネルギー、Ｅｇは
バンドギャップを示す。
この図からもわかるように伝導帯の底２にはバンドの尾
があり、価電子帯３の上にはアクセプタの不純物バンド
４が存在する。
があり、価電子帯３の上にはアクセプタの不純物バンド
４が存在する。
ところで発振は伝導体の底２近くとアクセプタの不純物
バンド４のエネルギー差でおこる。
バンド４のエネルギー差でおこる。
従ってこの発振エネルギーはバンドギャップＥｇに比べ
て小さくなる。
て小さくなる。
そしてこの発振エネルギーがバンドギャップＥｇに比べ
て小さくなる度合は、ＧａＡｓ中の不純物濃度が高いほ
ど大きい。
て小さくなる度合は、ＧａＡｓ中の不純物濃度が高いほ
ど大きい。
というのは不純物濃度が高くなるに従って伝導帯の底２
のバンドの尾がすそを長くひき、又はアクセプタの不純
物バンド４が広くなるためである。
のバンドの尾がすそを長くひき、又はアクセプタの不純
物バンド４が広くなるためである。
従って第１図のように不純物濃度１０１７ｃｍ−３以上
では、発振エネルギーはバンドギャップより約０．０５
ｅＶ差し引いたものに等しい。
では、発振エネルギーはバンドギャップより約０．０５
ｅＶ差し引いたものに等しい。
しがしこの伝導帯の底２又はアクセプタバンド３はＧａ
Ａｓ中の不純物濃度を減らすに従って小さくなり、従っ
て１０１６ｃｒｎ−３ではバンドギャップＥｇより約０
．０３ｅＶ引いたもの、１０１５ｃｍ−３で゛は０．０
１５ｅＶ引いたもの、５×１０１４ｃｍ−３ではほとん
どバンドギャップＥｇに等しいものが発振する。
Ａｓ中の不純物濃度を減らすに従って小さくなり、従っ
て１０１６ｃｒｎ−３ではバンドギャップＥｇより約０
．０３ｅＶ引いたもの、１０１５ｃｍ−３で゛は０．０
１５ｅＶ引いたもの、５×１０１４ｃｍ−３ではほとん
どバンドギャップＥｇに等しいものが発振する。
この場合不純物濃度を減らしても発振のしきい値にはほ
とんど変化がなかった。
とんど変化がなかった。
第３図はＧａＯ，６３Ａｌｏ、３７Ａｓを活性領域に用
いて、その中の不純物濃度を変えていった時の発振波長
の変化を示したものである。
いて、その中の不純物濃度を変えていった時の発振波長
の変化を示したものである。
（この発振は７７に下で観測した）。
これも第１図の場合と同しように１０１６ｃｍ ”以下
のキャリア濃度の時、発振波長は相当短波長に伸びるこ
とがわがる。
のキャリア濃度の時、発振波長は相当短波長に伸びるこ
とがわがる。
しがしこれらのしきい値はあまり変化がながった。
（１０１８ｃｍ−３の時は２０００ Ａ ７ｃｍ２、ｌ
０１７ｃｍ−３〜１０１６ｃｍ−３では３０００ Ａ／
ｃｍ２．５×１０１５ｃｍ−３では３５００Ａ／ｃｍ２
であった）。
０１７ｃｍ−３〜１０１６ｃｍ−３では３０００ Ａ／
ｃｍ２．５×１０１５ｃｍ−３では３５００Ａ／ｃｍ２
であった）。
ところで活性領域中のキャリア濃度を１０１６ｃｍ−３
以下にするには特別の注意を要する。
以下にするには特別の注意を要する。
すなわちＧａは水素雰囲気中で数日間ベーキングを要し
、またＧａＡｓ多結晶もその濃度が非常に低いものでな
ければいけない。
、またＧａＡｓ多結晶もその濃度が非常に低いものでな
ければいけない。
しかしこれらのことに注意を払い、またボートの構造を
少し改良することにより、１０１６ｃｍ−３以下の濃度
を有する活性領域を作成することができた。
少し改良することにより、１０１６ｃｍ−３以下の濃度
を有する活性領域を作成することができた。
第１図、第３図を見ると、不純物濃度が１０１７ｃｍ
”ぐらいから、発振エネルギーは増加しはじめている。
”ぐらいから、発振エネルギーは増加しはじめている。
しかし前記の効果が著しいのは１０１６ｃｍ−３以下で
あった。
あった。
また、しきい値が１０１８〜１０１５ｃｍ ”の範囲で
あまり変わりがないのは次の原因によると考えられる。
あまり変わりがないのは次の原因によると考えられる。
即ち活性領域の結晶性は１０１６ｃｍ−３以下になると
非常によくなる。
非常によくなる。
そのため１０１６ｃｍ−３以下では、Ｇａｏ、６３Ａ１
ｏ、３７ＡＳなどではＴ点とＸ方向の伝導帯の底が、不
純物濃度を小さくするに従がって、はとんど同エネルギ
ーになるにもかかわらず、転位密度が非常に小さくなる
ために、しきい値があまり上昇しないものと思われる。
ｏ、３７ＡＳなどではＴ点とＸ方向の伝導帯の底が、不
純物濃度を小さくするに従がって、はとんど同エネルギ
ーになるにもかかわらず、転位密度が非常に小さくなる
ために、しきい値があまり上昇しないものと思われる。
従ってこの点がら考えても１０１６ｃｍ−３以下の濃度
の活性領域は秀れている。
の活性領域は秀れている。
第４図は本考案の一実施例の半導体レーザの概略構成を
示すものであって、１０はｎ＋形ＧａＡｓ基板、１１は
Ｓｎをドープしたｎ＋形Ｇａ０１７Ａｌｏ、３ＡＳ層、
１２はＧａＡｓよりなる活性領域で、この活性領域１２
は、それぞれ厚さ０．１μで不純物濃度１０１６ｃｍ−
３の第１層１３、同１０１５ｃｍ−３の第２層１４、同
１０１６ｃｍ−３の第３層１５からなるもので゛ある。
示すものであって、１０はｎ＋形ＧａＡｓ基板、１１は
Ｓｎをドープしたｎ＋形Ｇａ０１７Ａｌｏ、３ＡＳ層、
１２はＧａＡｓよりなる活性領域で、この活性領域１２
は、それぞれ厚さ０．１μで不純物濃度１０１６ｃｍ−
３の第１層１３、同１０１５ｃｍ−３の第２層１４、同
１０１６ｃｍ−３の第３層１５からなるもので゛ある。
１６はＺｎをドープしたＰ＋形ＧａＯ，７Ａ１０．３Ａ
ｓ層、１７はＰ＋形ＧａＡｓ層である。
ｓ層、１７はＰ＋形ＧａＡｓ層である。
以上の説明からもわかるように活性領域中の不純物濃度
を１０１６ｃｍ−３以下にすると同一の材料を用いても
その発振波長をがなり短波長にすることができる。
を１０１６ｃｍ−３以下にすると同一の材料を用いても
その発振波長をがなり短波長にすることができる。
Ｇａ１−ＸＡＩＸＡｓはＸ＝０．３７テ直接遷移力ラ間
接遷移にうつる。
接遷移にうつる。
従って、Ｘ≦０．３７でしかレーザは作成できない。
ｘ ＝０．３７での７７にでのバンドギャップは２．０
４ｅＶである。
４ｅＶである。
従って発振エネルギーは２．０４ｅＶ以下である。
不純物濃度が１０１８ｃｍ−３では１゜９７ ｅＶ Ｌ
か発振波長は得られないが５×１０１５ｃｍ−３では２
．０２ｅＶの発振エネルギーが得られる。
か発振波長は得られないが５×１０１５ｃｍ−３では２
．０２ｅＶの発振エネルギーが得られる。
このことはＧａ１−ＸＡＩＸＡｓノみならずＧａＡｓ１
−ＸＰＸ、Ｉｎ１−ｘＧａｘＰなどの混晶を活性領域に
用いた場合にも言えることであり、これにより従来まで
これらにより得られていた発振波長よりも、活性領域の
濃度を低くすることにより約０．０５ｅＶ大きいレーザ
発振を得ることができる。
−ＸＰＸ、Ｉｎ１−ｘＧａｘＰなどの混晶を活性領域に
用いた場合にも言えることであり、これにより従来まで
これらにより得られていた発振波長よりも、活性領域の
濃度を低くすることにより約０．０５ｅＶ大きいレーザ
発振を得ることができる。
また、活性領域１２を第５図ａのように不純物キャリア
濃度１０１５ｃｍ−３の層で形成すると、この巾が０．
２μ以下になると発振光は両側のＧａｏ、７Ａｌｏ３Ａ
ｓ層へ漏れやすい。
濃度１０１５ｃｍ−３の層で形成すると、この巾が０．
２μ以下になると発振光は両側のＧａｏ、７Ａｌｏ３Ａ
ｓ層へ漏れやすい。
したがって第５図すに示すように第４図と同様に活性領
域１２をキャリア濃度の異なる数層たとえばキャリア濃
度１０１６ｃｍ−３の層１８．１９と１０１５ｃｍ−３
の層２０とで形成すれば屈折率分布および光分布からも
わかるようにｂの構造の方がａよりも光の閉じ込めは良
好である。
域１２をキャリア濃度の異なる数層たとえばキャリア濃
度１０１６ｃｍ−３の層１８．１９と１０１５ｃｍ−３
の層２０とで形成すれば屈折率分布および光分布からも
わかるようにｂの構造の方がａよりも光の閉じ込めは良
好である。
これはｂは中心で屈折率が高く両側で低いいわばセルフ
ォック（光収束型光学ファイバ）のような構造をしてい
るからである。
ォック（光収束型光学ファイバ）のような構造をしてい
るからである。
この構造にするとａに比して同じ活性領域の厚さでもし
きい値はかなり下げることができる。
きい値はかなり下げることができる。
以上のように、ダブルへテロ構造半導体レーザにおいて
、活性領域が、不純物濃度１０１６原子／ｃｍ３以下で
かつ各層が同一組成の多層構造の半導体層よりなるとと
もに、前記半導体層のうち中央の半導体層で不純物濃度
が最小となる構成とすることにより、従来まで得られな
かった低しきい値、短波長発振レーザが得られ、本考案
は高性能半導体レーザの作成に大きく寄与するものであ
る。
、活性領域が、不純物濃度１０１６原子／ｃｍ３以下で
かつ各層が同一組成の多層構造の半導体層よりなるとと
もに、前記半導体層のうち中央の半導体層で不純物濃度
が最小となる構成とすることにより、従来まで得られな
かった低しきい値、短波長発振レーザが得られ、本考案
は高性能半導体レーザの作成に大きく寄与するものであ
る。
第１図はダブルへテロ構造のＧａＡｓ半導体レーザで活
性領域の不純物濃度を変えたときの発振波長の変化を示
す曲線図、第２図はＧａＡｓの状態密度とエネルギーの
関係を示す図、第３図はダブルへテロ構造Ｇａｏ、６３
Ａ１ｏ、３□Ａｓレーザで、活性領域の不純物濃度を変
えたときの発振エネルギーの変化を示す曲線図、第４図
は本考案の一実施例の半導体レーザの構造図、第５図ａ
、ｌ）はそれぞれ活性領域を一層にした場合と３層にし
た場合の屈折率と光分布の相違を比較する説明図である
。 １０・・・・・・ｎ＋形ＧａＡｓ基板、１１・・・・・
・ｎ＋形Ｇａｏ、７Ａｌｏ３Ａｓ層、１２・・・・・・
不純物濃度１０１６ｃｍ３以下の活性領域、１６・・・
・・・Ｐ＋形Ｇａｏ７Ａ１ｏ３ＡＳ層。
性領域の不純物濃度を変えたときの発振波長の変化を示
す曲線図、第２図はＧａＡｓの状態密度とエネルギーの
関係を示す図、第３図はダブルへテロ構造Ｇａｏ、６３
Ａ１ｏ、３□Ａｓレーザで、活性領域の不純物濃度を変
えたときの発振エネルギーの変化を示す曲線図、第４図
は本考案の一実施例の半導体レーザの構造図、第５図ａ
、ｌ）はそれぞれ活性領域を一層にした場合と３層にし
た場合の屈折率と光分布の相違を比較する説明図である
。 １０・・・・・・ｎ＋形ＧａＡｓ基板、１１・・・・・
・ｎ＋形Ｇａｏ、７Ａｌｏ３Ａｓ層、１２・・・・・・
不純物濃度１０１６ｃｍ３以下の活性領域、１６・・・
・・・Ｐ＋形Ｇａｏ７Ａ１ｏ３ＡＳ層。
Claims (1)
- ダブルへテロ構造半導体レーザにおいて、活性領域が、
不純物濃度１０１６原子／ｃｍ３以下でかつ各層が互い
に同−組成の多層構造の半導体層よりなるとともに、前
記半導体層のうち中央の半導体層で不純物濃度が最小と
なることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1981106374U JPS5826539Y2 (ja) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1981106374U JPS5826539Y2 (ja) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5735069U JPS5735069U (ja) | 1982-02-24 |
| JPS5826539Y2 true JPS5826539Y2 (ja) | 1983-06-08 |
Family
ID=29467726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1981106374U Expired JPS5826539Y2 (ja) | 1981-07-16 | 1981-07-16 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5826539Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712101B2 (ja) * | 1985-03-29 | 1995-02-08 | 富士通株式会社 | 半導体発光装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3456209A (en) * | 1963-03-22 | 1969-07-15 | Philips Corp | Pn junction injection laser using a refractive index gradient to confine the laser beam |
-
1981
- 1981-07-16 JP JP1981106374U patent/JPS5826539Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3456209A (en) * | 1963-03-22 | 1969-07-15 | Philips Corp | Pn junction injection laser using a refractive index gradient to confine the laser beam |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5735069U (ja) | 1982-02-24 |
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