JPS6286782A - 量子井戸レ−ザ - Google Patents
量子井戸レ−ザInfo
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- JPS6286782A JPS6286782A JP22623885A JP22623885A JPS6286782A JP S6286782 A JPS6286782 A JP S6286782A JP 22623885 A JP22623885 A JP 22623885A JP 22623885 A JP22623885 A JP 22623885A JP S6286782 A JPS6286782 A JP S6286782A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum well
- electrons
- well
- level
- potential
- 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.)
- Pending
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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
-
- 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
- H01S5/30—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
-
- 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
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- 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
- H01S5/3415—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 containing details related to carrier capture times into wells or barriers
-
- 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
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- 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
- H01S5/3418—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 using transitions from higher quantum levels
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〕
本発明は光通信・情報処理装置等に用いられる量子井戸
レーザに関する。
レーザに関する。
量子井戸レーザは、低閾値かつ高効率等の優れた特性を
有するための研究開発が盛んに進められ□ている。例え
ば、雑誌「エレクトロニクスレターズ(Electro
n、 Lett、 )J第18巻(1982年)の10
95〜1097ページに掲載の論文には、通常のダブル
へテロレーザに比べはるかに低閾値電流で発振し、低電
流動作が可能な量子井戸レーザが示されている。
有するための研究開発が盛んに進められ□ている。例え
ば、雑誌「エレクトロニクスレターズ(Electro
n、 Lett、 )J第18巻(1982年)の10
95〜1097ページに掲載の論文には、通常のダブル
へテロレーザに比べはるかに低閾値電流で発振し、低電
流動作が可能な量子井戸レーザが示されている。
この量子井戸レーザでは、量子井戸の厚みが電子の平均
自由行程と同程度かそれ以下の厚みである友め、閉じ込
め層から注入された多くの電子は格子散乱等によってエ
ネルギーを失って量子井戸の束縛準位に緩和する前に量
子井戸の界面で反射されてしまうことになる。
自由行程と同程度かそれ以下の厚みである友め、閉じ込
め層から注入された多くの電子は格子散乱等によってエ
ネルギーを失って量子井戸の束縛準位に緩和する前に量
子井戸の界面で反射されてしまうことになる。
この量子井戸レーザにおいては、この様な量子力学的な
電子の反射成分があるために、量子井戸へ電子の注入が
効率的に行なわれないという問題があった。このキャリ
ア注入が効率的に行なわれないと、レーザ発振に必要な
量子井戸のキャリア濃度を得るために大きな電圧を必要
とすることになる。このことは電子及び正孔に対するポ
テンシャル障壁を小さくする結果となるため、量子井戸
に注入された電子及び正孔がポテンシャル障壁を乗シ超
えてし壕うキャリアオーバフロー電流が増大し、閾値電
流が増大し、温度特性が悪くなる等のレーザ特性の劣化
を招くことになる。
電子の反射成分があるために、量子井戸へ電子の注入が
効率的に行なわれないという問題があった。このキャリ
ア注入が効率的に行なわれないと、レーザ発振に必要な
量子井戸のキャリア濃度を得るために大きな電圧を必要
とすることになる。このことは電子及び正孔に対するポ
テンシャル障壁を小さくする結果となるため、量子井戸
に注入された電子及び正孔がポテンシャル障壁を乗シ超
えてし壕うキャリアオーバフロー電流が増大し、閾値電
流が増大し、温度特性が悪くなる等のレーザ特性の劣化
を招くことになる。
以上説明した様に、従来の量子井戸レーザにおいては、
量子井戸への電子のキャリア注入が効率的に行なわれな
い九め、閾値電流の増大、温度特性の悪化等のレーザ特
性の劣化を招くという問題があった。
量子井戸への電子のキャリア注入が効率的に行なわれな
い九め、閾値電流の増大、温度特性の悪化等のレーザ特
性の劣化を招くという問題があった。
本発明の目的は、このような問題点を解決し、量子井戸
への電子のヤヤリア注入効率を改善することによって、
閾値電流が小さく、良好な温度特性をもつ友量子井戸レ
ーザを提供することにある。
への電子のヤヤリア注入効率を改善することによって、
閾値電流が小さく、良好な温度特性をもつ友量子井戸レ
ーザを提供することにある。
本発明の量子井戸レーザの構成は、活性層となる量子井
戸と、この量子井戸に接する少なくとも1つのバリヤー
層と、このバリヤー層で前記量子井戸と噛てられる少な
くとも1つのポテンシャル井戸とを備え、このポテンシ
ャル井戸の電子の束縛準位の第1準位と前記゛量子井戸
の電子の束縛準位の第n準位(n≧2)のエネルギー差
が50meV以下であること全特徴とする。
戸と、この量子井戸に接する少なくとも1つのバリヤー
層と、このバリヤー層で前記量子井戸と噛てられる少な
くとも1つのポテンシャル井戸とを備え、このポテンシ
ャル井戸の電子の束縛準位の第1準位と前記゛量子井戸
の電子の束縛準位の第n準位(n≧2)のエネルギー差
が50meV以下であること全特徴とする。
次に図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
第1図、第2図は本発明の一実施例の一量子井戸レーザ
の断面図およびそのバンドダイヤグラムである。図中%
1はn型クラッド層(n−んへ。、GaニーEIAs
、 X g l(X (1≦0.8)、2は第1ガイ
ド層(Alxg工Ga1−xgxAs、 0<Xgi
<Xct、厚さ=500〜4000人、典型例としてX
g1=0.2〜0,3.厚さ=1000〜2000人)
%3は第1ポテンシヤル井戸層(AlxtGax−x*
As + O≦X□(0,5、厚さ=5〜100人
、典型例としてXl” O*厚さ5〜30人)、4は第
1バリヤ層(AlxblGa、−xbl、 Xbt >
Xw、厚さ=5〜100人、典を例としてXbx =)
(g□、厚さ10〜40人)、5は量子井戸(AzXW
Gal−xwAs、 0≦Xw < 0.5 。
の断面図およびそのバンドダイヤグラムである。図中%
1はn型クラッド層(n−んへ。、GaニーEIAs
、 X g l(X (1≦0.8)、2は第1ガイ
ド層(Alxg工Ga1−xgxAs、 0<Xgi
<Xct、厚さ=500〜4000人、典型例としてX
g1=0.2〜0,3.厚さ=1000〜2000人)
%3は第1ポテンシヤル井戸層(AlxtGax−x*
As + O≦X□(0,5、厚さ=5〜100人
、典型例としてXl” O*厚さ5〜30人)、4は第
1バリヤ層(AlxblGa、−xbl、 Xbt >
Xw、厚さ=5〜100人、典を例としてXbx =)
(g□、厚さ10〜40人)、5は量子井戸(AzXW
Gal−xwAs、 0≦Xw < 0.5 。
厚さ=20〜250人、典型例としてXW==+Q、厚
さ50〜200人)、6は第2ガイド層(Azxg、
Ga□−Xg2A、0<Xg□〈Xc2.厚さ500〜
4000人、典型例としてXg、=0.2〜0.3.厚
さ=1000〜2000A)、7はp型クラッド層(p
AtxczGax −xcxAs、 X、、(X、≦0
.8)11はn−GaA3基板、12はバッファ一層、
13はキャップ層、14は8i0□膜、15′はp側電
極、16はn側電極である。
さ50〜200人)、6は第2ガイド層(Azxg、
Ga□−Xg2A、0<Xg□〈Xc2.厚さ500〜
4000人、典型例としてXg、=0.2〜0.3.厚
さ=1000〜2000A)、7はp型クラッド層(p
AtxczGax −xcxAs、 X、、(X、≦0
.8)11はn−GaA3基板、12はバッファ一層、
13はキャップ層、14は8i0□膜、15′はp側電
極、16はn側電極である。
捷た。Aはポテンシャル井戸3の電子の第1束縛準位、
B及びCはそれぞれ量子井戸5の電子の第1及び第2束
縛準位を表わす。
B及びCはそれぞれ量子井戸5の電子の第1及び第2束
縛準位を表わす。
ここで本実施例における量子井戸5への電子の注入機構
を説明する。電子は第1ガイド層2からポテンシャル井
戸3及び量子井戸5へ注入される。
を説明する。電子は第1ガイド層2からポテンシャル井
戸3及び量子井戸5へ注入される。
ポテンシャル井戸3に注入された電子は、格子散乱等で
エネルギーを失なって第1束縛準位人に緩和することに
なる。本実施例においては、このポテンシャル井戸3の
第1束縛準位Aと量子井戸5の第2束縛準位Cとはほぼ
一致したエネルギーレベルにあるため、ポテンシャル井
戸3の第1束縛準位Aに注入された電子は、極めて速や
かに量子井戸5の第2束縛準位Cに注入される。この量
子井戸5の第2束縛準位Cに注入された電子は、第1束
縛準位Bに緩和する。
エネルギーを失なって第1束縛準位人に緩和することに
なる。本実施例においては、このポテンシャル井戸3の
第1束縛準位Aと量子井戸5の第2束縛準位Cとはほぼ
一致したエネルギーレベルにあるため、ポテンシャル井
戸3の第1束縛準位Aに注入された電子は、極めて速や
かに量子井戸5の第2束縛準位Cに注入される。この量
子井戸5の第2束縛準位Cに注入された電子は、第1束
縛準位Bに緩和する。
この第1準位Aと第2準位Cとのエネルギー差は完全に
一致していることが望ましいが、第1準位人での電子の
エネルギー分布は、室温エネルギー(約25meV)程
度に広がシを持っていると考えられるため、室温のエネ
ルギーの2倍(約50men)程度の範囲で一致してい
れば以上述べた効果が得られると考えられる。
一致していることが望ましいが、第1準位人での電子の
エネルギー分布は、室温エネルギー(約25meV)程
度に広がシを持っていると考えられるため、室温のエネ
ルギーの2倍(約50men)程度の範囲で一致してい
れば以上述べた効果が得られると考えられる。
この様にして本実施例の量子井戸レーザにおいては、ポ
テンシャル井戸3に注入された電子も、速やかに量子井
戸5に注入されて発光に寄与することが出来るため、量
子井戸5への電子の注入効果が非常に良好となる。
テンシャル井戸3に注入された電子も、速やかに量子井
戸5に注入されて発光に寄与することが出来るため、量
子井戸5への電子の注入効果が非常に良好となる。
次に本実施例の製造方法について説明する。第1図に示
される様に、n−GaAs基板11上に、n型GaAs
からなるバッファ一層12、n型クラッド層1.第
1ガイド層2.ポテンシャル井戸3、バリヤー層4.量
子井戸5.第2ガイド層6゜p型クラッド層7.p−G
aA3のキャップ層Bを順次結晶成長させる。
される様に、n−GaAs基板11上に、n型GaAs
からなるバッファ一層12、n型クラッド層1.第
1ガイド層2.ポテンシャル井戸3、バリヤー層4.量
子井戸5.第2ガイド層6゜p型クラッド層7.p−G
aA3のキャップ層Bを順次結晶成長させる。
このとき、ポテンシャル井戸3の電子の第1束繭重位A
と量子井戸5の電子の第2束繭重位Cのエネルギーレベ
ルがほぼ一致する様に、ポテンシャル井戸3及び量子井
戸5の厚みを設定する。例えば、第1ガイド層2.バリ
ヤー層4及び第2ガイド層のht組成が0.3、ポテン
シャル井戸3及び量子井戸5がG a A sからなる
ときにはポテンシャル井戸の厚みは25Aで、量子井戸
5の厚みが80人、バリヤー層4の厚みは10人が適当
であった。
と量子井戸5の電子の第2束繭重位Cのエネルギーレベ
ルがほぼ一致する様に、ポテンシャル井戸3及び量子井
戸5の厚みを設定する。例えば、第1ガイド層2.バリ
ヤー層4及び第2ガイド層のht組成が0.3、ポテン
シャル井戸3及び量子井戸5がG a A sからなる
ときにはポテンシャル井戸の厚みは25Aで、量子井戸
5の厚みが80人、バリヤー層4の厚みは10人が適当
であった。
次に% 5i0211914を形成し、ホトエツチング
法によって電流通路となるストライプ領域17t″形成
する。次に、n側電極15、n側電極16を形成してプ
ロセスを終了する。
法によって電流通路となるストライプ領域17t″形成
する。次に、n側電極15、n側電極16を形成してプ
ロセスを終了する。
本実施例においては、ストライプ構造が酸化膜ストライ
プ構造のものについて説明したが、これに限らず他の構
造、例えばプレーナストライプ構造、 −リ
ッジウェ イブガイド+jK造、埋め込み構造等のあらゆるストラ
イプ構造の量子井戸レーザに適用出来ることは明らかで
ある。また、量子井戸のp側にポテンシャル井戸を設け
ても、電子の注入効率を高めることが出来る。また、本
実施例ではポテンシャル井戸が1つだけであったが、こ
れが多重になっている様な多if子井戸あるいは超格子
となりていても、それらの電子の第1準位と量子井戸−
の第n準位(n≧2)のエネルギーレベルをほぼ等しく
することによって、本実施例と同様に電子の注入効率を
高めることが出来る。
プ構造のものについて説明したが、これに限らず他の構
造、例えばプレーナストライプ構造、 −リ
ッジウェ イブガイド+jK造、埋め込み構造等のあらゆるストラ
イプ構造の量子井戸レーザに適用出来ることは明らかで
ある。また、量子井戸のp側にポテンシャル井戸を設け
ても、電子の注入効率を高めることが出来る。また、本
実施例ではポテンシャル井戸が1つだけであったが、こ
れが多重になっている様な多if子井戸あるいは超格子
となりていても、それらの電子の第1準位と量子井戸−
の第n準位(n≧2)のエネルギーレベルをほぼ等しく
することによって、本実施例と同様に電子の注入効率を
高めることが出来る。
また、本実施例では、ポテンシャル井戸の第1準位と量
子井戸の第2準位をほぼ等しくし友が、これに限らず量
子井戸の第n準位(n≧2)とポテンシャル井戸の第1
準位のエネルギーレベルを合わせることによって、本実
施例と同様な効果で高い電子注入効率を得ることが出来
る。
子井戸の第2準位をほぼ等しくし友が、これに限らず量
子井戸の第n準位(n≧2)とポテンシャル井戸の第1
準位のエネルギーレベルを合わせることによって、本実
施例と同様な効果で高い電子注入効率を得ることが出来
る。
また、本実施例においては、ガイド層は膜厚方向におい
て均一な組成を有していたが、これに限らず膜厚方向に
組成が変化しているグレーデツド層となる様ないわゆる
GRIN−8CH構造においても本発明を適用すること
が出来る。
て均一な組成を有していたが、これに限らず膜厚方向に
組成が変化しているグレーデツド層となる様ないわゆる
GRIN−8CH構造においても本発明を適用すること
が出来る。
また、本実施例においては、材料としてAjGaAs/
G a A s系材料を用いたが、これに限らずfnG
aAsP/InP 系材料、I nGaAlAs/I
nP系材料等の他の材料を用いても本発明が適用出来る
ことは明らかである。
G a A s系材料を用いたが、これに限らずfnG
aAsP/InP 系材料、I nGaAlAs/I
nP系材料等の他の材料を用いても本発明が適用出来る
ことは明らかである。
以上説明した様に、本発明によれば、量子井戸へ電子が
効率良く注入されるため、閾値電流が小さく、温度特性
が良好な量子井戸レーザを得ることが出来る。
効率良く注入されるため、閾値電流が小さく、温度特性
が良好な量子井戸レーザを得ることが出来る。
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は本実施例
の量子井戸レーザの主要部のエネルギーバンド図である
。図において、1・・・・・・n型クラッド層、2・・
・・・・第1ガイド層、3・・・・・・ポテンシャル井
戸、4・・・・・・バリヤー層、5・・・・・・量子井
戸、6・・・・・・第2ガイド層、7・・・・・・P型
りラ・2ド層、11・・・・・・n−GaAs基板、1
2・・・・・・バッファーfi、13・・・・・・キャ
ップ層、14・・・・・・5i02膜・・・・・・15
・・・・・・p側電極、16・・・・・−n@電極、1
7・・・・・・ストライプ領域、A、B・・・・・・電
子の第1束繭重位、C・・・・・・電子の第2束繭重位
、である。 代理人 弁理士 内 原 皆 、2茅1面 峯2面
の量子井戸レーザの主要部のエネルギーバンド図である
。図において、1・・・・・・n型クラッド層、2・・
・・・・第1ガイド層、3・・・・・・ポテンシャル井
戸、4・・・・・・バリヤー層、5・・・・・・量子井
戸、6・・・・・・第2ガイド層、7・・・・・・P型
りラ・2ド層、11・・・・・・n−GaAs基板、1
2・・・・・・バッファーfi、13・・・・・・キャ
ップ層、14・・・・・・5i02膜・・・・・・15
・・・・・・p側電極、16・・・・・−n@電極、1
7・・・・・・ストライプ領域、A、B・・・・・・電
子の第1束繭重位、C・・・・・・電子の第2束繭重位
、である。 代理人 弁理士 内 原 皆 、2茅1面 峯2面
Claims (1)
- 活性層となる量子井戸と、この量子井戸に接する少なく
とも1つのバリヤー層と、このバリヤー層で前記量子井
戸と隔てられる少なくとも1つのポテンシャル井戸とを
備え、このポテンシャル井戸の電子の束縛準位と前記量
子井戸の電子の束縛準位の第n準位(n≧2)とのエネ
ルギー差が50meV以下であることを特徴とする量子
井戸レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22623885A JPS6286782A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 量子井戸レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22623885A JPS6286782A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 量子井戸レ−ザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6286782A true JPS6286782A (ja) | 1987-04-21 |
Family
ID=16842055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22623885A Pending JPS6286782A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 量子井戸レ−ザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6286782A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02228088A (ja) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Nec Corp | 量子井戸レーザ |
EP0444709A2 (en) * | 1990-03-02 | 1991-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser element having a plurality of layers emitting lights of different wavelengths, and its driving method |
US5375135A (en) * | 1992-04-15 | 1994-12-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
US5506856A (en) * | 1993-04-15 | 1996-04-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device having a resonator of particular length for reduced threshold current density |
US5636236A (en) * | 1993-12-28 | 1997-06-03 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
-
1985
- 1985-10-11 JP JP22623885A patent/JPS6286782A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02228088A (ja) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Nec Corp | 量子井戸レーザ |
EP0444709A2 (en) * | 1990-03-02 | 1991-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser element having a plurality of layers emitting lights of different wavelengths, and its driving method |
US5375135A (en) * | 1992-04-15 | 1994-12-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
US5657337A (en) * | 1992-04-15 | 1997-08-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device having a resonator of a particular length for reducing threshold current density |
US5506856A (en) * | 1993-04-15 | 1996-04-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device having a resonator of particular length for reduced threshold current density |
US5636236A (en) * | 1993-12-28 | 1997-06-03 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
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