JPS60245188A - トンネル注入レ−ザ−装置 - Google Patents

トンネル注入レ−ザ−装置

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JPS60245188A
JPS60245188A JP10100584A JP10100584A JPS60245188A JP S60245188 A JPS60245188 A JP S60245188A JP 10100584 A JP10100584 A JP 10100584A JP 10100584 A JP10100584 A JP 10100584A JP S60245188 A JPS60245188 A JP S60245188A
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JP
Japan
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region
semiconductor
tunnel
regions
tunnel injection
Prior art date
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Pending
Application number
JP10100584A
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English (en)
Inventor
Takahiro Yamada
隆博 山田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP10100584A priority Critical patent/JPS60245188A/ja
Publication of JPS60245188A publication Critical patent/JPS60245188A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06203Transistor-type lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer

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】 産業上の利用分野 本発明はトンネル効果で注入される荷電キャリアの量を
制御するゲート電極を有するトンネル注入制御半導体レ
ーザーに関するものである。
従来例の構成とその問題点 共振器を構成した半導体のpn接合に電流を流す事によ
り、少数キャリアを注入(これは拡散注入である)励起
し、その再結合発光を利用してレーザー発振を得るダイ
オードレーザば、印加電流を変化させることにより直接
変調できるが、拡散注入による時定数により応答速度が
制限される。
特に、正孔の移動度が一般に小さいので、正孔の注入時
定数を改善するため、正孔注入を“金属シ)−絶縁物(
I)−半導体(S) ”構造を用いたトンネル注入1行
なう提案(文献: Cr、 Wade atal 、 
Proc 。
IEEE vol 53 、 P、98 、1965 
)がなされているが、MIS構造におけるトンネル注入
の成立条件=(絶縁物の厚み)110人が技術的に極め
て困難なため、未だに実現していない。
以上の様に、ダイオードレーザ−はキャリアの拡散注入
の時定数で応答速度が制限されたままである。
発明の目的 本発明の目的は、上記問題点を解消し、応答速度を大幅
に改善した注入制御半導体レーザーの提供を目的とする
大きい非縮退状態の半導体ではさみ、荷電キャリアをト
ンネル注入するための縮退半導体をさらに外側に設けて
構成されたトンネル注入制御半導体レーザーである。
以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
実施例の説明 第1図に本発明の第1の実施例のトンネル注入制御半導
体レーザーの断面構造及びエネルギーバンド図を示す。
第1図(a)でn 領域101.p 領域102は縮退
状態の半導体であり、夫々の領域の少数キャリアが隣接
領域にトンネル注入される。p領域IQ3.n領域10
4はバンド幅の大きな非縮退状態の半導体であり夫々、
電子及び正孔を阻止する領域である。i領域105は、
非縮退状態の低不純物濃度の半導体で、レーザー発振を
生じる活性領域である。第1ゲート電極1o6.第2ゲ
ート電極107は、絶縁膜10Bを介して、夫々。
p@域IQ3.n領域104に対応して設けられ。
その領域の電位分布を制御する。各領域の不純物密度は
各領域の構成材料の一例を次に示す。
この様に構成された第1の実施例の熱平衡状態でのエネ
ルギーバンド図が第1図中)である。n″1領域101
 + p 領域102は縮退状態なので。
フェルミ準位E、は、夫々、伝導帯及び価電子帯に存在
する。p領域103.n領域104.i領域106は非
縮退状態なので、フェルミ準位EFは禁止帯に存在する
この状態で、n 領域1o1〜p″−1領域102間に
電圧v3−6印加した時のエネルギーバンド図を第1図
(C)に示す。この時2n 領域101とp領域103
との間、及びp 領域102とn領域104との間にト
ンネル障壁が形成される。この結果、n 領域101の
伝導帯より上の正孔は、トンネル効果によりp領域10
3に侵入し、1領域IQ5の価電子帯に到達する。同様
に、p 領域102の価電子帯より下の電子は、トンネ
ル効果によりn領域104に侵入し、i領域IQ5の伝
導帯に到達する。こうしてi領域105にトンネル注入
されて来た正孔と電子は再結合発光を生じ、共振器構造
をもつi領域106内でレーザー発振を生ずる。
(なお、i領域106は、バンドモデルの設計に対応し
て、n−領域、p−領域としても上述の動作が得られる
。) 第1図(C)で実現したレーザー発振は、第1ゲート電
極1o6.第2ゲート電極107に印加する電圧で制御
される。第1ゲート電極106の印加電圧v1はn 領
域101からp領域103への正孔のトンネル注入を制
御し、第2ゲート電極107の印加電圧v2はp 領域
102からn領域104への電子のトンネル注入を制御
する。
第1図(C)のレーザー発振状態に対し、第1図(a)
に示す極性のvX、vlを印加すると、トンネル注入が
より実現し易くなりレーザー発振強度が増す。
これを第1図(d)に示す。第1図(a)に示すvl、
vlを逆極性の電圧で印加すると、レーザー発振を止め
ることもできる。従って、ゲート電極によって直接変調
することが可能となる。
以上の様に、本実施例によれば、レーザー発振を生じる
だめの荷電キャリアがpn接合を用いてトンネル注入さ
れることにより、従来の拡散注入の場合に比べ、電流密
度を低下することなく、かつ応答時定数C/Gm(但し
Cm−δI/δVg 、 Vg :ゲート部の電位、C
:ゲート部容量)を−桁以上低減した半導体レーザーが
実現できる。
なお1本実施例は、ゲート電極は絶縁ゲート構造を構成
しているが、接合ゲート構造、ショットキーゲート構造
を用いても実現できる。
第2図が接合ゲート構造の例である。p領域103内に
形成されたn 領域201に第1ゲート電極203を設
け、n領域104内に形成されたp+領域202に第2
ゲート電極204を設けたものである。
第3図がショットキーゲート構造の例である。
p領域1o3に第1ゲート電極301を形成し。
n領域104に第2ゲート電極302を形成したもので
ある。
ここで、半導体レーザーに用いる代表的な材料の移動度
を表1に掲載する。
〔表1〕 表1から、InSb 、 InAS は電子の移動度が
非常に大きいので、正孔だけのトンネル注入で十分であ
る。
以下1本発明の第2の実施例について図面を参照して説
明する。
第4図に本発明の第2の実施例のトンネル注入制御半導
体レーザーの断面構造及びエネルギーバンド図を示す。
第4図(a)でn 領域401は、縮退状態の半導体で
あり、n領域402は、非縮退状態の高不純物濃度の半
導体であり、p領域403 、n領域404はバンド幅
の大きな非縮退状態の半導体であり、i領域106は、
非縮退状態の低不純物濃度の半導体である。第1ゲ〜ト
電極406.第2ゲート電極407は絶縁膜408を介
して、夫々p領域4Q3 、n領域404に対応して設
けられ、その領域の電位分布を制御する。
各領域の不純物濃度は− 各領域の構成材料の一例を次に示す。
この様に構成された第2の実施?1」の熱平衡状態での
エネルギーバンド図が第4図−)である。
n+1領域401は縮退状態なので、フェルミ準位E、
は伝導帯に存在する。n領域402.p領域403.n
領域404 、i領域406は非縮退状態なので、フェ
ルミ準位E、は禁止帯に存在する。
この状態で+n @域401〜n領域402間に電圧V
3i印加した時のエネルギーバンド図を第4図(C)に
示す。この時、n 領域401とp領域403との間に
トンネル障壁が形成される。この結果、n 領域401
の伝導帯の上の正孔は、トンネル効果によりp領域40
3に侵入し、1領域406の価電子帯に到達する。一方
、n領域402の伝導帯の電子は拡散効果によりn領域
404に注入され、i領域の伝導帯に到達する。
こうして、i領域406にトンネル注入されて来た正孔
と、拡散注入されて来た電子とが再結合発光を生じ、共
振器構造をもつi領域405内でレーザー発振を生ずる
第4図(C)で実現したレーザー発振は第1ゲート電極
406.第2ゲート電極40了に印加する電圧で制御さ
れる。第1ゲート電極406の印加電圧v1はn 領域
401からp領域403への正孔のトンネル注入を制御
し、第2ゲート電極407の印加電圧v2はn領域40
2からn領域404への電子の拡散注入を制御する。
第4図(Q)のレーザー発振状態に対し、第4図(a)
に示すv1+ V 2を印加するとトンネル注入と拡散
注入が共に強められレーザー発振強度が増す。これを第
4図((i)に示す。第4図(a)に示すvl、v2を
逆極性の電圧で印加すると、レーザー発振を止めること
もできる。従ってゲート電極によって直接変調すること
が可能となる。
以上のように本実施例によれば、とくに正孔の移動度が
小さい半導体材料で、レーザーを構成する場合、正孔に
対してpn接合を用いてトンネル注入を生じさせること
により、電流密度を低下することなく、かつ応答時定数
G/Gmを一桁以上低減した半導体レーザーが実現でき
る。これは。
InSb 、 InAsのように−μn/μh)> 1
00の材料に対して極めて有効で、トンネル障壁が一つ
でよいので、製造方法をより簡単にできる。
発明の効果 本発明によれば、荷電キャリアの波動性を示すトンネル
効果を用い、pn接合によりトンネル注入したことによ
り ■ 極めて速い応答速度が実現した。
■ 本質的に低雑音である。
■ ゲート電極を用いて電圧による直接変調が可能であ
る。
という効果を得ることができる優れた半導体レーザーを
実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は1本発明の第1の実施例の半導体レーザ
ーの断面構造図、同か)は2熱平衡状態のエネルギーバ
ンド図、同(C)はv5を印加した時のエネルギーバン
ド図、同町はさらにv1+V2を印加した時のエネルギ
ーバンド図、第2図は、上記第1の実施例のゲート部を
p−n接合ゲートとした場合の断面構造図、第3図は、
上記第1の実施例のゲート部をショットキーゲートとし
た場合の断面構造図、第4図(1)は、本発明の第2の
実施例の半導体レーザの断面構造図、同0))は熱平衡
状態のエネルギーバンド図、同(0)はv3を印加した
時のエネルギーバンド図、同(d)はさらにvl r 
V2を印加した時のエネルギーバンド図である。 101・・・・・・n 領域、102・・・・p 領域
。 103・・・・・・p領域+104・・・・・・n領域
、1o5・・・・・・n領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 IOJ lυ4 第4図 3

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)非縮退状態の低不純物濃度の半導体から成る第1
    領域の対向側に第1導電型の第2領域と、第2導電型の
    第3領域とを設け、前記第1領域と接触していない前記
    第2領域の面に接して縮退状態の第2導電型の半導体か
    ら成る第4領域を設け、前記第1領域と接触していない
    前記第3領域の面に接して縮退状態の第1導電型の半導
    体から成る第5領域を設け、前記第2領域と前記第4領
    域の間で前記第4領域の少数キャリアのトンネル注入が
    生じ、前記第3領域と前記第6領域の間で、前記第6領
    域の少数キャリアのトンネル注入が生じる事を特徴とす
    るトンネル注入レーザー装置。 (2)第1領域が真性半導体から成ることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のトンネル注入レーザー装置
    。 囲第1項記載のトンネル注入レーザー装置。 (4)第2領域と、第3領域の印加電圧によりトンネル
    注入を制御することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のトンネル注入レーザー装置。 (6)非縮退状態の低不純物濃度の半導体から成る第1
    領域の対向側に第1導電型の第2領域と。 第2導電型の第3領域とを設け、前記第1領域と接触し
    ていない前記第2領域の面に接して縮退状態の第2導電
    型の半導体から成る第4領域を設け、前記第1領域と接
    触していない前記第3領域の面に接して、非縮退状態の
    第2導電型の高不純物濃度の半導体から成る第6領域を
    設け、前記第2領域と前記第4領域の間で前記第4領域
    の少数キャリアのトンネル注入が生じ。 前記第3領域と前記第6領域との間で前記第5領域の多
    数キャリアの拡散注入が生じることを特徴とするトンネ
    ル注入レーザー装置。 (6)第1領域が真性半導体から成ることを特徴とする
    特許請求の範囲第5項記載のトンネル注入間第6項記載
    のトンネル注入レーザー装置。 (8)第2領域の印加電圧によりトンネル注入を制御す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載のトンネ
    ル注入レーザー装置。
JP10100584A 1984-05-18 1984-05-18 トンネル注入レ−ザ−装置 Pending JPS60245188A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10833476B2 (en) * 2016-12-22 2020-11-10 Osram Oled Gmbh Surface-mountable semiconductor laser, arrangement with such a semiconductor laser and operating method for same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10833476B2 (en) * 2016-12-22 2020-11-10 Osram Oled Gmbh Surface-mountable semiconductor laser, arrangement with such a semiconductor laser and operating method for same

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