JPS622684A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS622684A JPS622684A JP14172885A JP14172885A JPS622684A JP S622684 A JPS622684 A JP S622684A JP 14172885 A JP14172885 A JP 14172885A JP 14172885 A JP14172885 A JP 14172885A JP S622684 A JPS622684 A JP S622684A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
-
- H—ELECTRICITY
- 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
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- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
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- H01S5/06206—Controlling the frequency of the radiation, e.g. tunable twin-guide lasers [TTG]
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- 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
- H01S5/3408—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 characterised by specially shaped wells, e.g. triangular
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）
本発明は、発振波長が電気的に制御可能な半導体レーザ
に関するものである。
に関するものである。
（従来技術とその問題点）
発振波長が電気的に制御可能な半導体レーザの１例とし
て、活性層が薄い半導体層を多層積層した半導体薄膜構
造よりなる量子井戸レーザが提案されている。これは、
活性層への電流注入を半導体積層面と平行な方向から行
ない、かつ積層面と垂直な方向に電界を印加して、この
電界によって生ずる伝導帯、価電子帯の「まがり」によ
って電子、正孔の存在できるエネルギー準位を変化させ
、発振波長を変化させるものである。この−例は菅らに
よって発表されている（第３１回応用物理学関係連合後
援会講演予稿集ｐ、１９６．２ａ−Ｍ−１）。
て、活性層が薄い半導体層を多層積層した半導体薄膜構
造よりなる量子井戸レーザが提案されている。これは、
活性層への電流注入を半導体積層面と平行な方向から行
ない、かつ積層面と垂直な方向に電界を印加して、この
電界によって生ずる伝導帯、価電子帯の「まがり」によ
って電子、正孔の存在できるエネルギー準位を変化させ
、発振波長を変化させるものである。この−例は菅らに
よって発表されている（第３１回応用物理学関係連合後
援会講演予稿集ｐ、１９６．２ａ−Ｍ−１）。
しかしながら、通常の狭い禁制帯幅を有する領域（以下
量子井戸と呼ぶ）のポテンシャル形状が矩形である量子
井戸構造では、積層方向に電界をかけると、電子と正孔
はそれぞれに空間的に逆の方向へと働く力により１つの
量子井戸内で空間的に分離し、そのため電子と正孔の再
結合確率の大きさを決めるおのおのの波動関数の空間的
な重なり積分の値は減少し、一定キャリャ密度での実効
的な利得は低下する。この場合一般に半導体レーザは発
振しづらくなる。よって、電界の印加により発振波長の
変化を行うと、発振しきい電流値は増加し、ついには発
振しなくなるという欠点があった。
量子井戸と呼ぶ）のポテンシャル形状が矩形である量子
井戸構造では、積層方向に電界をかけると、電子と正孔
はそれぞれに空間的に逆の方向へと働く力により１つの
量子井戸内で空間的に分離し、そのため電子と正孔の再
結合確率の大きさを決めるおのおのの波動関数の空間的
な重なり積分の値は減少し、一定キャリャ密度での実効
的な利得は低下する。この場合一般に半導体レーザは発
振しづらくなる。よって、電界の印加により発振波長の
変化を行うと、発振しきい電流値は増加し、ついには発
振しなくなるという欠点があった。
また、波長変化を起こすのに必要な印加電界の大きさも
大きいという欠点も有した。
大きいという欠点も有した。
（間開点を解決するための手段）
本発明は、多層ヘテロ構造を有し、活性層が、薄膜が電
子の平均自由行程以下である半導体層を１層または多層
積層した薄膜構造によりなり、該活性層に電流を注入す
る手段と積層方向に電界を印加する手段を有する半導体
レーザにおいて、該半導体薄膜を構成する半導体層のう
ち狭い禁制帯幅を有する方の半導木屑の禁制帯幅が積層
方向に関して単調に変化してなることに特徴がある。
子の平均自由行程以下である半導体層を１層または多層
積層した薄膜構造によりなり、該活性層に電流を注入す
る手段と積層方向に電界を印加する手段を有する半導体
レーザにおいて、該半導体薄膜を構成する半導体層のう
ち狭い禁制帯幅を有する方の半導木屑の禁制帯幅が積層
方向に関して単調に変化してなることに特徴がある。
（発明の作用・原理）
以下、図面を用いて本発明の作用・原理を説明する。ま
ず、本発明による半導体レーザの活性層のバンド構造を
、模式的に、電界が印加されていない場合について第１
図（ａ）に、積層方向に電界が印加されている場合につ
いて第１図（ｂ）に示す。ここで、横軸は積層方向すな
わち２方向の位置とし、縦軸はバンド端のエネルギーで
ある。エネルギーは量子井戸の中間点でのバンド端の値
を基準に考え、電子に対しては第１図の上向きの方向も
正に、正孔に対しては下向きを正に考える。そして、量
子井戸の中間点を２軸の原点と考える。矩形の量子井戸
ポテンシアルを、積層方向に印加した電界によりバンド
端が斜めになるように変形させた場合、電子、正孔等キ
ャリヤの存在できるエネルギー準位は、電界を印加して
いない場合の矩形の量子井戸ポテンシアルの中でのエネ
ルギー準位と比べ、低減されることが理論的に示されて
いる（バスタート、他フィジカル・レビューＢ （Ｐｈ
ｙｓ、 Ｒｅｖ、 Ｂ ）２８巻１９８３年３２４１ペ
ージ）。特に、量子井戸厚が１００人程度量上ある場合
のエネルギー準位の低下量は量子井戸のボテンシアル深
さにほとんど依存せず、次式で近似的にあられすことが
できる。
ず、本発明による半導体レーザの活性層のバンド構造を
、模式的に、電界が印加されていない場合について第１
図（ａ）に、積層方向に電界が印加されている場合につ
いて第１図（ｂ）に示す。ここで、横軸は積層方向すな
わち２方向の位置とし、縦軸はバンド端のエネルギーで
ある。エネルギーは量子井戸の中間点でのバンド端の値
を基準に考え、電子に対しては第１図の上向きの方向も
正に、正孔に対しては下向きを正に考える。そして、量
子井戸の中間点を２軸の原点と考える。矩形の量子井戸
ポテンシアルを、積層方向に印加した電界によりバンド
端が斜めになるように変形させた場合、電子、正孔等キ
ャリヤの存在できるエネルギー準位は、電界を印加して
いない場合の矩形の量子井戸ポテンシアルの中でのエネ
ルギー準位と比べ、低減されることが理論的に示されて
いる（バスタート、他フィジカル・レビューＢ （Ｐｈ
ｙｓ、 Ｒｅｖ、 Ｂ ）２８巻１９８３年３２４１ペ
ージ）。特に、量子井戸厚が１００人程度量上ある場合
のエネルギー準位の低下量は量子井戸のボテンシアル深
さにほとんど依存せず、次式で近似的にあられすことが
できる。
二こで、ｍ＊はキャリヤの有効質量、ｅは電子の電荷の
絶対値、Ｆは量子井戸内での電界による空間的エネルギ
ー変化を表わすパラメータ、Ｌ２は量子井戸の幅、丘は
ブランクの定数を２ｎで除したものである。また、Ｃは
１０−３程度の大きさの正の定数である。
絶対値、Ｆは量子井戸内での電界による空間的エネルギ
ー変化を表わすパラメータ、Ｌ２は量子井戸の幅、丘は
ブランクの定数を２ｎで除したものである。また、Ｃは
１０−３程度の大きさの正の定数である。
この式は、量子井戸内のハミルトニアンＨが、矩形の量
子井戸におけるハミルトニアンをＨｏとして、 Ｈ＝Ｈｏ＋１ｅＩＦｚ（２） となる場合のエネルギー準位変化量を変分法により計算
したものである。
子井戸におけるハミルトニアンをＨｏとして、 Ｈ＝Ｈｏ＋１ｅＩＦｚ（２） となる場合のエネルギー準位変化量を変分法により計算
したものである。
さて、第１図（ａ）のような本発明による量子井戸構造
においては、ハミルトニアンは Ｆυ Ｈ＝Ｈｏ＋−Ｚ （正孔に対して）（４）と考えるこ
とができる。ここで、Ｆｅ１ｌ、Ｆｖ１２はそれぞれ伝
導帯下端、価電子帯上端のエネルギーの量子井戸内での
変化量を表わす。（３）式、および（４）式は、それぞ
れＦｃ／ＬｚとＦｖ／Ｌｚをｌ ｅ ｌ−Ｆと書き直せ
ば（２）“式と同一なことがわかる。したがって、本発
明による量子井戸構造における、矩形の量子井戸でのエ
ネルギー準位からの変化量は、電子対して正孔に対し。
においては、ハミルトニアンは Ｆυ Ｈ＝Ｈｏ＋−Ｚ （正孔に対して）（４）と考えるこ
とができる。ここで、Ｆｅ１ｌ、Ｆｖ１２はそれぞれ伝
導帯下端、価電子帯上端のエネルギーの量子井戸内での
変化量を表わす。（３）式、および（４）式は、それぞ
れＦｃ／ＬｚとＦｖ／Ｌｚをｌ ｅ ｌ−Ｆと書き直せ
ば（２）“式と同一なことがわかる。したがって、本発
明による量子井戸構造における、矩形の量子井戸でのエ
ネルギー準位からの変化量は、電子対して正孔に対し。
である。ここで、ｍｅ”、 ｍｈ＊は電子、正孔の有効
質量である。
質量である。
以上により、まず矩形の量子井戸ポテンシャルにおける
電子のエネルギー準位を８８、正孔のエネルギー準位を
εｈとすれば、第１図（ａ）の構造における電子および
正孔のエネルギー準位ε８’ １３．εｈ′１４は、と
なる。
電子のエネルギー準位を８８、正孔のエネルギー準位を
εｈとすれば、第１図（ａ）の構造における電子および
正孔のエネルギー準位ε８’ １３．εｈ′１４は、と
なる。
次に、電界印加により第１図（ａ）のバンド構造が第１
図（ｂ）のように変化した際のキャリヤのエネルギー準
位について考える。ここで、電界印加による量子井戸ポ
テンシャルの変化は第１図（ｂ）中のＸというエネルギ
ー値１５で特性づけることができる。このＸは、量子井
戸内での伝導帯下端のエネルギー最小部の電界印加によ
るエネルギー上昇量を表わす。
図（ｂ）のように変化した際のキャリヤのエネルギー準
位について考える。ここで、電界印加による量子井戸ポ
テンシャルの変化は第１図（ｂ）中のＸというエネルギ
ー値１５で特性づけることができる。このＸは、量子井
戸内での伝導帯下端のエネルギー最小部の電界印加によ
るエネルギー上昇量を表わす。
印加電界の大きさをＥとするとＸはｅ−Ｅ−Ｌｚ（ｅｖ
）として表わすことができる。
）として表わすことができる。
したがって、この場合のハミルトアンは、（３）式、（
４）式から （Ｆｖ＋ｘ） １１＝Ｈｏ＋□ｚ （正孔に対して＞ （
１０）Ｌｚ と与えられる。よって、第１図（ａ）の場合の考察より
、ただちに電子正孔のエネルギー準位ｅ６” １６゜ε
ｈ″１７は と与えられる。
４）式から （Ｆｖ＋ｘ） １１＝Ｈｏ＋□ｚ （正孔に対して＞ （
１０）Ｌｚ と与えられる。よって、第１図（ａ）の場合の考察より
、ただちに電子正孔のエネルギー準位ｅ６” １６゜ε
ｈ″１７は と与えられる。
さて、上記での考察結果をもとに、電界印加による本発
明による量子井戸構造の吸収端の変化量を考える。電界
印加がない際の吸収端８ｇ′、電界印加時の吸収端εｇ
ｎは、それぞれ Ｃ５′＝ε、′＋ｅ、 ＋ε、（但し、ε、は、もと
の禁制帯幅） （１３１％””Ｃ１″＋εｈ ＋
ｅ、 （１４）であるので、
この変化量δε＝εｇ″−εｇ′ は、δε＝ｔ、−−
ｃ、′＝＝（ｅ、−＋ｌ：ｈ″１−（ｃ； ＋ｃｈ’
）となる。
明による量子井戸構造の吸収端の変化量を考える。電界
印加がない際の吸収端８ｇ′、電界印加時の吸収端εｇ
ｎは、それぞれ Ｃ５′＝ε、′＋ｅ、 ＋ε、（但し、ε、は、もと
の禁制帯幅） （１３１％””Ｃ１″＋εｈ ＋
ｅ、 （１４）であるので、
この変化量δε＝εｇ″−εｇ′ は、δε＝ｔ、−−
ｃ、′＝＝（ｅ、−＋ｌ：ｈ″１−（ｃ； ＋ｃｈ’
）となる。
通常の半導体レーザに用いられる（ＡＩＧａ）Ａｓや（
ＩｎＧａ）（ＡｓＰ）等の半導体においてはｍｅ”とｍ
ｈ”の比は１：１０程度、また、ＦｃとＦｖの比は、伝
導帯と価電子帯のヘテロ界面でのバンド不連続量に等し
く２：１から１＝２程度であるので、（１５）式中の（
ｍｈ＊・Ｆｖ−ｍｅ＊−Ｆｃ）の値は通常正となる。
ＩｎＧａ）（ＡｓＰ）等の半導体においてはｍｅ”とｍ
ｈ”の比は１：１０程度、また、ＦｃとＦｖの比は、伝
導帯と価電子帯のヘテロ界面でのバンド不連続量に等し
く２：１から１＝２程度であるので、（１５）式中の（
ｍｈ＊・Ｆｖ−ｍｅ＊−Ｆｃ）の値は通常正となる。
二二で、第２図に電界印加による量子井戸ポテンシャル
の変形量Ｘと吸収端の変化量δ８の関係を本発明による
場合を実線で、従来の矩形量子井戸での場合（Ｆｃ＝Ｆ
ｖ＝Ｏに対応する）を破線で示す。
の変形量Ｘと吸収端の変化量δ８の関係を本発明による
場合を実線で、従来の矩形量子井戸での場合（Ｆｃ＝Ｆ
ｖ＝Ｏに対応する）を破線で示す。
第２図を用いて実際に電圧を積層方向に印加し、量子井
戸層に電界を印加する際の吸収端の変化量について考え
る。電界が０の時はＸが０に対応する。
戸層に電界を印加する際の吸収端の変化量について考え
る。電界が０の時はＸが０に対応する。
本発明では電界がＯの状態から、量子井戸内の伝導帯下
端のエネルギー最小値が上昇する方向（以下正方向とよ
ぶ）に電界を印加すると吸収端は長波長化し、負方向に
印加すると短波長化する。しかも、この場合では、ｆｉ
来と同じだけの電界を印加しＸの値を同じたけ変化させ
ても吸収端の変化量は非常に大きくとれる。そして電子
と正孔の各波動関数は、第１図（ｂ）よりもわかるよう
に、量子井戸内で伝導帯下端または価電子帯上端が水平
になる程度に大きな電界を印加しない限りは、反対方向
のヘテロ界面に局在することはなく、重列積分値の変化
は小さい。そのため、吸収端を変化させることにより発
振波長を変化させても、発振しきい電流値が急激に上昇
し発振しづらくなる現象は生じにくい。
端のエネルギー最小値が上昇する方向（以下正方向とよ
ぶ）に電界を印加すると吸収端は長波長化し、負方向に
印加すると短波長化する。しかも、この場合では、ｆｉ
来と同じだけの電界を印加しＸの値を同じたけ変化させ
ても吸収端の変化量は非常に大きくとれる。そして電子
と正孔の各波動関数は、第１図（ｂ）よりもわかるよう
に、量子井戸内で伝導帯下端または価電子帯上端が水平
になる程度に大きな電界を印加しない限りは、反対方向
のヘテロ界面に局在することはなく、重列積分値の変化
は小さい。そのため、吸収端を変化させることにより発
振波長を変化させても、発振しきい電流値が急激に上昇
し発振しづらくなる現象は生じにくい。
（実施例）
第３図に本発明第１の実施例の半導体レーザの斜視図、
第４図に製作時の工程図を示す。これは、分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ）法により製作したものである。製作手
順を以下に述べる。まずＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板３
１上、に厚さ１．０ｐｍのＣｒドープＧａＡｓバッファ
一層３２、厚さ２．５ｐｍのＣｒドープＡｌｏ３Ｇａｏ
７Ａｓ層３３、厚さ１００人のノンドープＡｌｘＧａ１
−ｘＡ５（０≦Ｘ≦０゜１）量子井戸層３４と厚さ８０
人のノンドープＡｌｏ３Ｇａ。
第４図に製作時の工程図を示す。これは、分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ）法により製作したものである。製作手
順を以下に述べる。まずＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板３
１上、に厚さ１．０ｐｍのＣｒドープＧａＡｓバッファ
一層３２、厚さ２．５ｐｍのＣｒドープＡｌｏ３Ｇａｏ
７Ａｓ層３３、厚さ１００人のノンドープＡｌｘＧａ１
−ｘＡ５（０≦Ｘ≦０゜１）量子井戸層３４と厚さ８０
人のノンドープＡｌｏ３Ｇａ。
７ＡＳバリヤ層３５が交互に１０周期積層された活性層
３６、厚さ２．５ｐｍのＣｒドープＡｌｏ３Ｇａｏ、７
Ａｓ層３７を順次積層し、ＤＨウェハを製作した。次に
、第４図（ａ）のように結晶表面に５ｉＯ２４１をＣＶ
Ｄ法により付着させ、その上にホトレジスト４２を塗布
し、通常のホトリソグラフィー法により３２０１１ｍ間
隔で１５ｆ）ｐｍ幅のストライプ状にＳｉＯ２を除去し
た。そして第４図（ｂ）のようにＧａＡｓバッファ一層
３２までウェットエツチングにより結晶を除去した後、
第４図（ｃ）のようにＭＢＥ法でＳｉドープｎ型Ａｌｏ
、ａＧａｏ７Ａｓ層３８を埋め込み成長した。そして、
ＤＨ部分が２１１ｍ幅のストライプ状に残るように、第
４図（ｄ）のように再び上記（ａ）、（ｂ）の工程を行
なった。そして、Ｂｅドープｐ型Ａｌｏ３Ｇａｏ。
３６、厚さ２．５ｐｍのＣｒドープＡｌｏ３Ｇａｏ、７
Ａｓ層３７を順次積層し、ＤＨウェハを製作した。次に
、第４図（ａ）のように結晶表面に５ｉＯ２４１をＣＶ
Ｄ法により付着させ、その上にホトレジスト４２を塗布
し、通常のホトリソグラフィー法により３２０１１ｍ間
隔で１５ｆ）ｐｍ幅のストライプ状にＳｉＯ２を除去し
た。そして第４図（ｂ）のようにＧａＡｓバッファ一層
３２までウェットエツチングにより結晶を除去した後、
第４図（ｃ）のようにＭＢＥ法でＳｉドープｎ型Ａｌｏ
、ａＧａｏ７Ａｓ層３８を埋め込み成長した。そして、
ＤＨ部分が２１１ｍ幅のストライプ状に残るように、第
４図（ｄ）のように再び上記（ａ）、（ｂ）の工程を行
なった。そして、Ｂｅドープｐ型Ａｌｏ３Ｇａｏ。
７ＡＳ層３９を今回のエツチング部に埋め込み成長した
。そして、電極を基板上面に電界印加用３Ａと電流注入
用３Ｂ、 ３Ｃを蒸着し、下面に電界印加用３Ｄを蒸着
し、素子サイズが３００層ｍＸ３００ｐｍとなるように
へき開して製作した。
。そして、電極を基板上面に電界印加用３Ａと電流注入
用３Ｂ、 ３Ｃを蒸着し、下面に電界印加用３Ｄを蒸着
し、素子サイズが３００層ｍＸ３００ｐｍとなるように
へき開して製作した。
ここで、第５図に上記活性層部のバンド図を示す。量子
井戸層は、Ａｌの含有量を少しずつ増やして成長したの
で、基板上面方向に禁制帯幅が広がるようになっている
。第６図（ａ）は、電極３Ｄを接地し電極３Ａに正の電
圧をかけた時の活性層のバンド図、（ｂ）は負の電圧を
かけた時のバンド図である。
井戸層は、Ａｌの含有量を少しずつ増やして成長したの
で、基板上面方向に禁制帯幅が広がるようになっている
。第６図（ａ）は、電極３Ｄを接地し電極３Ａに正の電
圧をかけた時の活性層のバンド図、（ｂ）は負の電圧を
かけた時のバンド図である。
実際に、上記（ａ）の状態での活性層電流注入時の発光
は長波長化し、（ｂ）の状態では短波長化した。
は長波長化し、（ｂ）の状態では短波長化した。
次に、電流注入によりレーザ発振させながら電極３Ａ、
３Ｄに電圧を印加していった時の波長の変化量につい
て述べる。まず、発振しきい電流値の１゜５倍の電流を
電極３Ｂ、 ３０間に流す。そして、電極３Ａに電圧を
印加しない時の発振波長を測定した所、８２０層ｍであ
る。ここで、電極３Ｄを接地し、電極３Ａに＋５ｖの電
圧を印加した所波長は８４０層ｍ程度に、−５Ｖの電圧
を印加すると８００層ｍ程度に変化する。また、あらか
じめ上記電圧を印加している時の発振しきい電流値も測
定すると、＋２０％程度の上昇しかない。
３Ｄに電圧を印加していった時の波長の変化量につい
て述べる。まず、発振しきい電流値の１゜５倍の電流を
電極３Ｂ、 ３０間に流す。そして、電極３Ａに電圧を
印加しない時の発振波長を測定した所、８２０層ｍであ
る。ここで、電極３Ｄを接地し、電極３Ａに＋５ｖの電
圧を印加した所波長は８４０層ｍ程度に、−５Ｖの電圧
を印加すると８００層ｍ程度に変化する。また、あらか
じめ上記電圧を印加している時の発振しきい電流値も測
定すると、＋２０％程度の上昇しかない。
また、量子井戸層製作時に、バンド構造が空間的に直線
にならず第７図（ａ）のバンド構造となるように調節し
ても、上記実施例と本質的な変化はない。そして、第７
図（ｂ）のバンド構造のようにステップ状に少しずつ変
化させる場合でも同様である。
にならず第７図（ａ）のバンド構造となるように調節し
ても、上記実施例と本質的な変化はない。そして、第７
図（ｂ）のバンド構造のようにステップ状に少しずつ変
化させる場合でも同様である。
次に本発明第２の実施例について説明する。この製作工
程と、半導体レーザ構造は本質的に第１の実施例と同様
である。この構造を第８図に示す。これは気相成長法に
よりｎ型ＩｎＰ基板８１上に厚さ２．０層ｍの高抵抗の
ＩｎＰバッファ一層８２．１０層の厚さ１２ＯＡのノン
ドープＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層８３と７層の厚さ１０
０ＡのノンドープＩｎＰバリヤ層８４よりなる活性層８
５、厚さ２．０層ｍのノンドープＩｎＰクラッド層８６
を順次積層した後、ストライプ状に活性層を残すように
、まず片側を高抵抗のＩｎＰ層８層重２エツチングして
ｎ型ＩｎＰ層８７を液相成長法により埋め込み、次に反
対側をエツチングしｐ型ＩｎＰ層８８を埋め込み、次に
電界印加用電極８９．８Ａと電流注入用電極８Ｂ、８Ｃ
をとりつけたものである。素子サイズは幅３００μｍ×
長さ３００μｍ、ＤＨ構造部のストライプ幅は３μｍと
した。
程と、半導体レーザ構造は本質的に第１の実施例と同様
である。この構造を第８図に示す。これは気相成長法に
よりｎ型ＩｎＰ基板８１上に厚さ２．０層ｍの高抵抗の
ＩｎＰバッファ一層８２．１０層の厚さ１２ＯＡのノン
ドープＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層８３と７層の厚さ１０
０ＡのノンドープＩｎＰバリヤ層８４よりなる活性層８
５、厚さ２．０層ｍのノンドープＩｎＰクラッド層８６
を順次積層した後、ストライプ状に活性層を残すように
、まず片側を高抵抗のＩｎＰ層８層重２エツチングして
ｎ型ＩｎＰ層８７を液相成長法により埋め込み、次に反
対側をエツチングしｐ型ＩｎＰ層８８を埋め込み、次に
電界印加用電極８９．８Ａと電流注入用電極８Ｂ、８Ｃ
をとりつけたものである。素子サイズは幅３００μｍ×
長さ３００μｍ、ＤＨ構造部のストライプ幅は３μｍと
した。
ここで活性層８５は、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層８３の
成長中に格子定数が基板から±０．２％以上ずれないよ
うにＩｎとＧａの比率を一定にしたままＶ族に対するＡ
ｓの比率を少しずつ大きくしていって成長したものであ
る。実際に、Ｉｎｏ、７５Ｇａｏ２５Ａｓｏ、５ｏＰｏ
、ｓｏがらＩｎｏ７ｓＧａｏ２ｓＡｓｏ６ｏＰｏ４ｏま
で変化する組成とした。
成長中に格子定数が基板から±０．２％以上ずれないよ
うにＩｎとＧａの比率を一定にしたままＶ族に対するＡ
ｓの比率を少しずつ大きくしていって成長したものであ
る。実際に、Ｉｎｏ、７５Ｇａｏ２５Ａｓｏ、５ｏＰｏ
、ｓｏがらＩｎｏ７ｓＧａｏ２ｓＡｓｏ６ｏＰｏ４ｏま
で変化する組成とした。
この実施例によるレーザに、電極８Ｂ、 ８０間に発振
しきい電流値の１．５倍の電流を注入しながら電極８Ａ
を接地し電極８９に電圧を印加する。電圧を印加しない
時の発振波長は約１３００ｎｍｎである。まず上側の電
極８９に正の電圧をかけていくと発振波長は短波長化し
、電圧を５ｖとした時には１２８０ｎｍで発振する。逆
方向に電圧をかけていった時は、電圧５ｖで１３２０ｎ
ｍで発振する。そして、発振波長の変化は印加電圧の変
化になめらかに追随した。
しきい電流値の１．５倍の電流を注入しながら電極８Ａ
を接地し電極８９に電圧を印加する。電圧を印加しない
時の発振波長は約１３００ｎｍｎである。まず上側の電
極８９に正の電圧をかけていくと発振波長は短波長化し
、電圧を５ｖとした時には１２８０ｎｍで発振する。逆
方向に電圧をかけていった時は、電圧５ｖで１３２０ｎ
ｍで発振する。そして、発振波長の変化は印加電圧の変
化になめらかに追随した。
また、電圧を印加してる時の発振しきい確定流も、電圧
をかけていない状態から５ｖかげた時まで３０層程度の
増加しかない。
をかけていない状態から５ｖかげた時まで３０層程度の
増加しかない。
（発明の効果）
本発明による半導体レーザは、印加する電圧により発振
波長を制御でき、しかも発振しきい確定流値の変化も小
さく電界印加によって利得が著しく低下することもない
という特徴を有する。
波長を制御でき、しかも発振しきい確定流値の変化も小
さく電界印加によって利得が著しく低下することもない
という特徴を有する。
第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明による半導体レ
ーザの活性層の電界印加のない時のバンド構造、および
電界印加時のバンド構造を模式的に示すバンド図である
。第２図は量子井戸ポテンシャルの変形量Ｘと吸収端の
変化量δεの関係を示す図である。第３図は第１の実施
例の半導体レーザの斜視図であり、第４図（ａ）〜（ｄ
）はその工程図である。第５図は第１の実施例の活性層
のバンド図であり、第６図（ａ）、 （ｂ）は正、およ
び負の電圧上部電極に印加した時の活性層のバンド図で
ある。第７図（ａ）、（ｂ）は、量子井戸層内でバンド
が曲がっている時、およびステップ状に変化している時
のバンド図である。第８図は本発明による第２の実施例
の半導体レーザの斜視図である。 図において、 １１・・・量子井戸での伝導帯下端のポテンシャルエネ
ルギー変化量 １２９．・量子井戸での価電子帯上端のポテンシャルエ
ネルギー変化量 １３・・・電子のエネルギー準位 １４・・・正孔のエネルギー準位 １５・・・量子井戸ポテンシャルの変形を特徴づけるエ
ネルギー値 １６・・・電界印加時の電子のエネルギー準位１７・・
・電界印加時の正孔のエネルギー準位３１・・・ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板 ３２・・・ＧａＡｓバッファ一層３３−
Ａｌｏ、５Ｇａｏ７ｋｓ層 ３４−ＡｌｘＧａｘ−ｘＡｓ（０≦Ｘ≦０．１）量子井
戸層３５−Ａｌｏ３Ｇａｏ７Ａｓバリヤ層 ３６−・・活性層 ３７−Ａｌｏ３Ｇａｏ７Ａｓ層３
８−ｎ型Ａｌｏ３Ｇａｏ７Ａｓ層 ３９−６．ｌＯ
，３Ｇａｏ７Ａ、ｓ層３Ａ・・・上面電界印加用電極 ３Ｂ、 ３Ｃ・・・電流注入用電極 ３Ｄ・８．下面電界印加用電極 ４１・・・５ｉ０２４
２・・、ホトレジスト ８１・・・ｎ型ＩｎＰ基板
８２・・・ＩｎＰバッファ一層 ８３、−ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層 ８４・ＩｎＰバリ
ヤ層８５・・・活性層 ８６・・・ＩｎＰク
ラッド層８７−ｎ型ＩｎＰ層 ８８−ｐ型Ｉ
ｎＰ８９、８Ａ・・・電界印加用電極 ８Ｂ、 ８Ｃ・・・電流？主入用電極 である。 代理人弁理上 内 原 ；ｙ、 、 、ｉ、Ｈ；
、７．−１ （訓 第２図 （ａ） （’ Ｃ） （ｄ） 第５図 第６図 ＼、 （ａ） 第７図 （ａ） （ｂ）
ーザの活性層の電界印加のない時のバンド構造、および
電界印加時のバンド構造を模式的に示すバンド図である
。第２図は量子井戸ポテンシャルの変形量Ｘと吸収端の
変化量δεの関係を示す図である。第３図は第１の実施
例の半導体レーザの斜視図であり、第４図（ａ）〜（ｄ
）はその工程図である。第５図は第１の実施例の活性層
のバンド図であり、第６図（ａ）、 （ｂ）は正、およ
び負の電圧上部電極に印加した時の活性層のバンド図で
ある。第７図（ａ）、（ｂ）は、量子井戸層内でバンド
が曲がっている時、およびステップ状に変化している時
のバンド図である。第８図は本発明による第２の実施例
の半導体レーザの斜視図である。 図において、 １１・・・量子井戸での伝導帯下端のポテンシャルエネ
ルギー変化量 １２９．・量子井戸での価電子帯上端のポテンシャルエ
ネルギー変化量 １３・・・電子のエネルギー準位 １４・・・正孔のエネルギー準位 １５・・・量子井戸ポテンシャルの変形を特徴づけるエ
ネルギー値 １６・・・電界印加時の電子のエネルギー準位１７・・
・電界印加時の正孔のエネルギー準位３１・・・ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板 ３２・・・ＧａＡｓバッファ一層３３−
Ａｌｏ、５Ｇａｏ７ｋｓ層 ３４−ＡｌｘＧａｘ−ｘＡｓ（０≦Ｘ≦０．１）量子井
戸層３５−Ａｌｏ３Ｇａｏ７Ａｓバリヤ層 ３６−・・活性層 ３７−Ａｌｏ３Ｇａｏ７Ａｓ層３
８−ｎ型Ａｌｏ３Ｇａｏ７Ａｓ層 ３９−６．ｌＯ
，３Ｇａｏ７Ａ、ｓ層３Ａ・・・上面電界印加用電極 ３Ｂ、 ３Ｃ・・・電流注入用電極 ３Ｄ・８．下面電界印加用電極 ４１・・・５ｉ０２４
２・・、ホトレジスト ８１・・・ｎ型ＩｎＰ基板
８２・・・ＩｎＰバッファ一層 ８３、−ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層 ８４・ＩｎＰバリ
ヤ層８５・・・活性層 ８６・・・ＩｎＰク
ラッド層８７−ｎ型ＩｎＰ層 ８８−ｐ型Ｉ
ｎＰ８９、８Ａ・・・電界印加用電極 ８Ｂ、 ８Ｃ・・・電流？主入用電極 である。 代理人弁理上 内 原 ；ｙ、 、 、ｉ、Ｈ；
、７．−１ （訓 第２図 （ａ） （’ Ｃ） （ｄ） 第５図 第６図 ＼、 （ａ） 第７図 （ａ） （ｂ）
Claims (1)
- 多層ヘテロ構造を有し、活性層が膜厚が電子の平均自由
行程程度以下である半導体層を１層または多層積層した
薄膜構造よりなり、該活性層に電流を注入する手段と積
層方向に電界を印加する手段を有する半導体レーザであ
って、該薄膜構造を構成する半導体層のうち狭い禁制帯
幅を有する方の半導体層の禁制帯幅が積層方向に関して
単調に変化して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 |
|---|---|---|---|
| JP14172885A JPS622684A (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14172885A JPS622684A (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS622684A true JPS622684A (ja) | 1987-01-08 |
Family
ID=15298825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14172885A Pending JPS622684A (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS622684A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04174585A (ja) * | 1990-11-07 | 1992-06-22 | Nec Corp | 量子井戸構造光素子 |
| JP2003527745A (ja) * | 1999-12-02 | 2003-09-16 | クリー・ライティング・カンパニー | 分極誘導電荷を低減させた高効率光エミッタ |
-
1985
- 1985-06-28 JP JP14172885A patent/JPS622684A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04174585A (ja) * | 1990-11-07 | 1992-06-22 | Nec Corp | 量子井戸構造光素子 |
| JP2003527745A (ja) * | 1999-12-02 | 2003-09-16 | クリー・ライティング・カンパニー | 分極誘導電荷を低減させた高効率光エミッタ |
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