JPS61184895A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS61184895A JPS61184895A JP2541685A JP2541685A JPS61184895A JP S61184895 A JPS61184895 A JP S61184895A JP 2541685 A JP2541685 A JP 2541685A JP 2541685 A JP2541685 A JP 2541685A JP S61184895 A JPS61184895 A JP S61184895A
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- Japan
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- layer
- super lattice
- semiconductor laser
- layers
- gaas
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
- H01S5/3216—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities quantum well or superlattice cladding layers
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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。
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)
この発明は半導体レーザ素子に関し、特にその性能の向
上に関するものである。
上に関するものである。
第4図は1例えばApplied Physics L
etters89巻(2)1981年184頁に記載さ
れたGaAs/l!GaAs材料系のGraded−i
ndex wave guide 5eparatec
onfinent heterostructure
(GRIN−8CH)半導体レーザ素子を示す断面図で
ある。図において、(1)は下部電極、(2)は基板で
1例えばn”−GaAs基板、(3)はN型クラッド層
で、例えばn−1zGas−2Asクラッド層、(4)
は第1光とじ込め層で、例えば屈折率を傾斜させるため
にAgのモル比をyからzまで(z>y ) 変化さ
せたn−A3GaAs graded −indexw
aveguide層、(5]は活性層で1例えばGaA
s活性層、(6)は第2光とじ込め層で、屈折率を傾斜
させるために例えばAeのモル比を2からyまで変化さ
せたp−A3GaAs graded−index w
aveguide @*(7]はp型クラッド層でs
p −AJz Ga t−Z Asクラツド層、(8)
はコンタクト層で、P”−GaAs コンタクト層、
(9)は上部電極である。
etters89巻(2)1981年184頁に記載さ
れたGaAs/l!GaAs材料系のGraded−i
ndex wave guide 5eparatec
onfinent heterostructure
(GRIN−8CH)半導体レーザ素子を示す断面図で
ある。図において、(1)は下部電極、(2)は基板で
1例えばn”−GaAs基板、(3)はN型クラッド層
で、例えばn−1zGas−2Asクラッド層、(4)
は第1光とじ込め層で、例えば屈折率を傾斜させるため
にAgのモル比をyからzまで(z>y ) 変化さ
せたn−A3GaAs graded −indexw
aveguide層、(5]は活性層で1例えばGaA
s活性層、(6)は第2光とじ込め層で、屈折率を傾斜
させるために例えばAeのモル比を2からyまで変化さ
せたp−A3GaAs graded−index w
aveguide @*(7]はp型クラッド層でs
p −AJz Ga t−Z Asクラツド層、(8)
はコンタクト層で、P”−GaAs コンタクト層、
(9)は上部電極である。
また、第6図は@4図(こ示した半導体レーザ素子のク
ラッド層+31 、 +71 、 waveguide
層(4〕、(6)、及び活性層(5)の屈折率を示す図
、第6図はそのエネルギーダイヤグラムであり、Aは伝
導帯、Bは価電子帯のバンドダイヤグラムを示す。
ラッド層+31 、 +71 、 waveguide
層(4〕、(6)、及び活性層(5)の屈折率を示す図
、第6図はそのエネルギーダイヤグラムであり、Aは伝
導帯、Bは価電子帯のバンドダイヤグラムを示す。
次に動作について説明する。上部電極(9)と下部電極
(1)の間にしきい値以上の電流を流すと、キャリア(
W1子及び正孔)は、第6図に示すエネルギ差によって
活性層(5)内でとじ込められ、再結合して発光する。
(1)の間にしきい値以上の電流を流すと、キャリア(
W1子及び正孔)は、第6図に示すエネルギ差によって
活性層(5)内でとじ込められ、再結合して発光する。
一方、屈折率は第5図に示すような変化があるため、活
性層(5)で発光した光は屈折率の高いgraded−
index waveguide層(41、(61及び
活性層(5)の間にとじ込められる。さらにこの光はg
raded−index waveguide層(4J
、+61の端面で反射されてこれらの層t41、(5
) 、 (61中を往復し、誘導光放出の結果、レーザ
発振する。
性層(5)で発光した光は屈折率の高いgraded−
index waveguide層(41、(61及び
活性層(5)の間にとじ込められる。さらにこの光はg
raded−index waveguide層(4J
、+61の端面で反射されてこれらの層t41、(5
) 、 (61中を往復し、誘導光放出の結果、レーザ
発振する。
GRIN−SCHレーザ半導体素子は上記のように光と
じ込めとキャリアとじ込めを別の部分、即ち、grad
ed−index waveguide層(4)、 +
61と活性層(5)で行うように構成されている。゛ま
た。 graded−indexwaveguide
@ (41、(6)はそれぞれその屈折率が活性層(5
)からクラッド層(31、(7)に向って高から低に傾
斜しているため、光を広い層で有効にとじ込める。
じ込めとキャリアとじ込めを別の部分、即ち、grad
ed−index waveguide層(4)、 +
61と活性層(5)で行うように構成されている。゛ま
た。 graded−indexwaveguide
@ (41、(6)はそれぞれその屈折率が活性層(5
)からクラッド層(31、(7)に向って高から低に傾
斜しているため、光を広い層で有効にとじ込める。
このため、しきい値電流が低く、ビーム広がり角が小さ
く、高次モードがおさえられたレーザである。
く、高次モードがおさえられたレーザである。
【発明が解決しようとする問題点フ
従来の半導体レーザ素子は以上のように構成されている
ので、屈折率の傾斜したgraded−indexwa
veguide 層(4)、(6)を形成するために、
例えばGaAs/AgGaAs材料系の半導体レーザ素
子では1.1GaAsのAj?のモル比を徐々に変化さ
せなければならず、 AJのモル比を変化させるとこれ
に伴ってエネルギーレベルも大きく変化してしまい、キ
ャリアをとじ込めるためのエネルギー障壁が小さくなる
。このため%電流のリークが生じ、温度特性が悪くなり
、これを避けるため)こはクラッド層(3)。
ので、屈折率の傾斜したgraded−indexwa
veguide 層(4)、(6)を形成するために、
例えばGaAs/AgGaAs材料系の半導体レーザ素
子では1.1GaAsのAj?のモル比を徐々に変化さ
せなければならず、 AJのモル比を変化させるとこれ
に伴ってエネルギーレベルも大きく変化してしまい、キ
ャリアをとじ込めるためのエネルギー障壁が小さくなる
。このため%電流のリークが生じ、温度特性が悪くなり
、これを避けるため)こはクラッド層(3)。
(7)を形成するkg 2Ga 、−2AsのA1モル
比Zを大きくしなければならないなどの問題点があった
。またAIのモル比を除々に変化させるのは作製する上
で困難であった。
比Zを大きくしなければならないなどの問題点があった
。またAIのモル比を除々に変化させるのは作製する上
で困難であった。
この発明は上記のような問題点を解消するtこめになさ
れtこもので、 GRIN−5CHレーザが有する低い
しきい値電流、小さなビーム広がり角、及び高次モード
が発振しにくいという特徴Gこ加えて、電流のリークを
低減し、温度特性の向上及びスムーズな活性層界面かえ
られる半導体レーザ素子を得ることを目的とする。
れtこもので、 GRIN−5CHレーザが有する低い
しきい値電流、小さなビーム広がり角、及び高次モード
が発振しにくいという特徴Gこ加えて、電流のリークを
低減し、温度特性の向上及びスムーズな活性層界面かえ
られる半導体レーザ素子を得ることを目的とする。
し問題点を解決するための手段〕
この発明に係る半導体レーザ素子は、光とじ込め層を超
格子層で形成したものである◎(作用) この発明における超格子層、一般に半導体超格子はそれ
と等価なエネルギーレベルをもつ混晶半導体に比べ屈折
率が高いことを利用し、光とじ込め層であるgrade
d−index waveguide層の1ネルギーレ
ベルの変化を小さくシ、キャリアとじ込めのためのエネ
ルギー障壁を小さくしないで屈折率変化をつけられるこ
と(こ作用し、半導体レーザ素子の低しきい値電流化、
温度特性の向上等に寄与する。
格子層で形成したものである◎(作用) この発明における超格子層、一般に半導体超格子はそれ
と等価なエネルギーレベルをもつ混晶半導体に比べ屈折
率が高いことを利用し、光とじ込め層であるgrade
d−index waveguide層の1ネルギーレ
ベルの変化を小さくシ、キャリアとじ込めのためのエネ
ルギー障壁を小さくしないで屈折率変化をつけられるこ
と(こ作用し、半導体レーザ素子の低しきい値電流化、
温度特性の向上等に寄与する。
さらにクラッド層と活性層の間Gこ超格子層が介在する
ため活性層界面がスムーズになり、質のよい活性層かえ
られる。
ため活性層界面がスムーズになり、質のよい活性層かえ
られる。
【実施例)
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、叫は第1光とじ込め層を形成する超格子層
で1例えばn型にドープされたGaAsとAl1Asか
ら成る超格子層、0℃は第2光とじ込め層を形成する超
格子層で、例えばp型にドープされj;GaAsとAe
Asから成る超格子層である。第2図はクラッド層(3
)、(7)間の屈折率分布を示す図、第8図はエネルギ
ーダイヤグラムであり、Aは伝導帯、Bは価電子帯のバ
ンドダイヤグラムを示している。また、点線Cは超格子
層CLG、Qυの実効的エネルギーレベルを示す。
図において、叫は第1光とじ込め層を形成する超格子層
で1例えばn型にドープされたGaAsとAl1Asか
ら成る超格子層、0℃は第2光とじ込め層を形成する超
格子層で、例えばp型にドープされj;GaAsとAe
Asから成る超格子層である。第2図はクラッド層(3
)、(7)間の屈折率分布を示す図、第8図はエネルギ
ーダイヤグラムであり、Aは伝導帯、Bは価電子帯のバ
ンドダイヤグラムを示している。また、点線Cは超格子
層CLG、Qυの実効的エネルギーレベルを示す。
光とじ込め層を形成する超格子層αO1αυの屈折率は
第2図に示すようにクラッド層(31,(7)からそれ
ぞれ活性層(5)に向って低から高に徐々−傾斜してい
る。一方、第8図の点線Cに示すように実効的エネルギ
ーレベルはククラッド層(3)、(7)とほとんど同じ
である。このような超格子層は、例えばGaAs/Ag
GaAs系レーザ素子でAL’LsとGaAsを交互に
積層した超格子層を用いる場合、GaAs層の厚さを一
定にし、Al1As層の厚さをクラッド層(3)、(7
)からそれぞれ活性層(5月こ向かうに従って薄くすれ
ば得られる。また、A#GaAsとGaAsを交互に積
層した超格子層を用いる場合は、AJGaAsバリアの
Aeモル比をリーク電流が大きくならない程度にクラッ
ド層(31、(7)からそれぞれ活性層(5)に向って
徐々に小さくすれば得られる。このように構成された超
格子層σQ、0℃は、従来と同様に有効に光をとじ込め
るため、低しきい値電流で、ビーム広がりが小さい半導
体レーザ素子が得られる。
第2図に示すようにクラッド層(31,(7)からそれ
ぞれ活性層(5)に向って低から高に徐々−傾斜してい
る。一方、第8図の点線Cに示すように実効的エネルギ
ーレベルはククラッド層(3)、(7)とほとんど同じ
である。このような超格子層は、例えばGaAs/Ag
GaAs系レーザ素子でAL’LsとGaAsを交互に
積層した超格子層を用いる場合、GaAs層の厚さを一
定にし、Al1As層の厚さをクラッド層(3)、(7
)からそれぞれ活性層(5月こ向かうに従って薄くすれ
ば得られる。また、A#GaAsとGaAsを交互に積
層した超格子層を用いる場合は、AJGaAsバリアの
Aeモル比をリーク電流が大きくならない程度にクラッ
ド層(31、(7)からそれぞれ活性層(5)に向って
徐々に小さくすれば得られる。このように構成された超
格子層σQ、0℃は、従来と同様に有効に光をとじ込め
るため、低しきい値電流で、ビーム広がりが小さい半導
体レーザ素子が得られる。
同時に、クラッド層(31、(7)とのエネルギーギャ
ップの変化は小さく、大きなエネルギー差で活性層(5
)内にキャリアをとじ込めるため、従来に比べてリーク
電流が減す、温度特性が向上する。さらに活性層(5)
とクラッド層(3J、(7Jの間に超格子層σa、C1
1)が介在した構造になるため、スムーズな活性層(5
)の界面が得られ、活性層(5)の質が向上する。また
、例えばAJAsとGaAsを積層しt二超格子層を用
いて、 MBE (Mo1ecular Beam E
pitaxy )法などで成長する場合はシャッターの
開閉時間だけでコントロールでき、作製が容易になる。
ップの変化は小さく、大きなエネルギー差で活性層(5
)内にキャリアをとじ込めるため、従来に比べてリーク
電流が減す、温度特性が向上する。さらに活性層(5)
とクラッド層(3J、(7Jの間に超格子層σa、C1
1)が介在した構造になるため、スムーズな活性層(5
)の界面が得られ、活性層(5)の質が向上する。また
、例えばAJAsとGaAsを積層しt二超格子層を用
いて、 MBE (Mo1ecular Beam E
pitaxy )法などで成長する場合はシャッターの
開閉時間だけでコントロールでき、作製が容易になる。
なお、上記実施例では超格子層QG 、αルの実効的な
エネルギーレベルがクラッド層F31 、 (7)と同
じ場合を示したが、クラッド層(3ン、(7)のエネル
ギーギャップが大きく、多小エネルギーレベルが下がっ
てもリーク電流がなく活性層(5)内にキャリアをとじ
込められる場合には、キャリアの活性層(5)への落ち
込みを良くするために、従来例と同様にエネルギーレベ
ルを傾斜させて構成してもよい。例えばAj!AsとG
aAsを積層した超格子層の場合にはAeAS層の厚
さを一定にし、 GaAs層を活性m(5)側Iこ向っ
て徐々Eこ厚くする。又はGaAs 層の厚さを一定に
し、AJAs層を活性層(5)側に向って徐々に薄くす
る、又はその両方で構成するなどが考えられる。また、
A6GaAsとGaAsの超格子層を用いればさらに
エネルギーレベルと屈折率プロファイルをかなり独立に
変化させられる可能性がある。
エネルギーレベルがクラッド層F31 、 (7)と同
じ場合を示したが、クラッド層(3ン、(7)のエネル
ギーギャップが大きく、多小エネルギーレベルが下がっ
てもリーク電流がなく活性層(5)内にキャリアをとじ
込められる場合には、キャリアの活性層(5)への落ち
込みを良くするために、従来例と同様にエネルギーレベ
ルを傾斜させて構成してもよい。例えばAj!AsとG
aAsを積層した超格子層の場合にはAeAS層の厚
さを一定にし、 GaAs層を活性m(5)側Iこ向っ
て徐々Eこ厚くする。又はGaAs 層の厚さを一定に
し、AJAs層を活性層(5)側に向って徐々に薄くす
る、又はその両方で構成するなどが考えられる。また、
A6GaAsとGaAsの超格子層を用いればさらに
エネルギーレベルと屈折率プロファイルをかなり独立に
変化させられる可能性がある。
この実施例1こおいても上記実施例と同様にクラッド層
と活性層の間に超格子層が介在するため、活性層とクラ
ッド層の界面が改善される効果がある〇〔発明の効果)
0以上のように、
この発明によれば電極間に、N型クラッド層、このクラ
ッド層に設けた屈折率が傾斜している第1光とじ込め層
、この光とじ込め層に設けた活性層、この活性層に設け
た屈折率が傾斜している第2光とじ込め層、及びこの第
2光とじ込め層に設けたP型りラッド層を有する半導体
レーザ素子において、光とじ込め層を超格子層で形成し
たので、エネルギーレベルと屈折率を独立に変化させ得
、低いしきい値電流、小さなビーム広がり角が得られ、
かつ毘次モードが発振しに<<、さらをこ温度特性を向
上でき、良質の活性層を有する半導体レーザ素子が得ら
れる効果がある。
と活性層の間に超格子層が介在するため、活性層とクラ
ッド層の界面が改善される効果がある〇〔発明の効果)
0以上のように、
この発明によれば電極間に、N型クラッド層、このクラ
ッド層に設けた屈折率が傾斜している第1光とじ込め層
、この光とじ込め層に設けた活性層、この活性層に設け
た屈折率が傾斜している第2光とじ込め層、及びこの第
2光とじ込め層に設けたP型りラッド層を有する半導体
レーザ素子において、光とじ込め層を超格子層で形成し
たので、エネルギーレベルと屈折率を独立に変化させ得
、低いしきい値電流、小さなビーム広がり角が得られ、
かつ毘次モードが発振しに<<、さらをこ温度特性を向
上でき、良質の活性層を有する半導体レーザ素子が得ら
れる効果がある。
第1図はこの発明の一実施例によるGRIN−5CH半
導体レーザ素子を示す断面図、第2図及び第8図はそれ
ぞれその屈折率及びエネルギーレベルを示す図、第4図
は従来のGRIN−5CH半導体レーザ素子を示す断面
図、第5図及び第6図はそれぞれその屈折率及びエネル
ギーレベルを示す図である。 (1)、(9)・・・電極、(31・・・N型クラッド
層、(5)・・・活性層、(7)・・・P型りラッド層
、(IQ 、αη・・・第1、第2光とじ込め層。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
導体レーザ素子を示す断面図、第2図及び第8図はそれ
ぞれその屈折率及びエネルギーレベルを示す図、第4図
は従来のGRIN−5CH半導体レーザ素子を示す断面
図、第5図及び第6図はそれぞれその屈折率及びエネル
ギーレベルを示す図である。 (1)、(9)・・・電極、(31・・・N型クラッド
層、(5)・・・活性層、(7)・・・P型りラッド層
、(IQ 、αη・・・第1、第2光とじ込め層。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (3)
- (1)電極間に、N型クラツド層、このクラツド層に設
けた屈折率が傾斜している第1光とじ込め層、この光と
じ込め層に設けた活性層、この活性層に設けた屈折率が
傾斜している第2光とじ込め層、及びこの第2光とじ込
め層に設けたP型クラツド層を有する半導体レーザ素子
において、上記光とじ込め層を超格子層で形成したこと
を特徴とする半導体レーザ素子。 - (2)光とじ込め層は、クラツド層と実効的に同じエネ
ルギーレベルを有する超格子層で形成したことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ素子。 - (3)光とじ込め層は、実効的に傾斜したエネルギーレ
ベルを有する超格子層で形成したことを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2541685A JPS61184895A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2541685A JPS61184895A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61184895A true JPS61184895A (ja) | 1986-08-18 |
Family
ID=12165337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2541685A Pending JPS61184895A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61184895A (ja) |
Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
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JP2005011997A (ja) * | 2003-06-19 | 2005-01-13 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光レーザの検査装置、及び面発光レーザの検査方法 |
US8556593B2 (en) | 2007-10-29 | 2013-10-15 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Method of controlling counter-rotating axial-flow fan |
-
1985
- 1985-02-12 JP JP2541685A patent/JPS61184895A/ja active Pending
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