JPS6323384A - ダブルヘテロ接合型半導体レ−ザ - Google Patents
ダブルヘテロ接合型半導体レ−ザInfo
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- JPS6323384A JPS6323384A JP16757686A JP16757686A JPS6323384A JP S6323384 A JPS6323384 A JP S6323384A JP 16757686 A JP16757686 A JP 16757686A JP 16757686 A JP16757686 A JP 16757686A JP S6323384 A JPS6323384 A JP S6323384A
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- Japan
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- semiconductor laser
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- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 25
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract 1
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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Classifications
-
- 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
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- 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
- H01S5/3213—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 asymmetric clading layers
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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、半導体レーザの構造に関するもので、特に各
層のエネルギーバンドギャップを異ならせたダブルヘテ
ロ接合型半導体レーザ（以下、ＤＨレーザと言う）に関
するものである。
層のエネルギーバンドギャップを異ならせたダブルヘテ
ロ接合型半導体レーザ（以下、ＤＨレーザと言う）に関
するものである。
本発明は、活性層の両側に第１、第２クラッド層を有す
るダブルヘテロ接合型半導体レーザにおいて、コンダク
ション側又はバレンスバンド側の一方に於ける上記活性
層と上記第１のクラッド層とのエネルギーバンドギャッ
プを、上記活性層と上記第２のクラッド層とのエネルギ
ーバンドギャップより大きくさせることによって、光及
び電流のとじ込め効率を向上させたものである。
るダブルヘテロ接合型半導体レーザにおいて、コンダク
ション側又はバレンスバンド側の一方に於ける上記活性
層と上記第１のクラッド層とのエネルギーバンドギャッ
プを、上記活性層と上記第２のクラッド層とのエネルギ
ーバンドギャップより大きくさせることによって、光及
び電流のとじ込め効率を向上させたものである。
第４図に、従来のＧａＩｎＡｓＰ／ＴｎＰ Ｄ Ｈレー
ザの構造を示す。
ザの構造を示す。
Ｇａ１ｎＡｓＰ 層８を禁制帯幅がより広いＩｎＰ層３
．１０ではさんだ構造である。レーザ利得は、Ｇａｌｎ
ＡｓＰ層８で発生し、これを活性層（ａｃｔｉｖｅ １
ａｙｅｒ）と呼び、ＩｎＰ層３．１０を、クラッド層（
ｃｌａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒ）と呼ぶ。活性層のＧａｘ
ｌｎ＋−ｘ ＡＳｙＰ＋−ｙ４元化合物半導体混晶は、
ＧａとＡｓの組成比をＸとｙを変化させることによって
、ＩｎＰ結晶と格子定数を整合させながら、禁制帯幅Ｅ
ｇを広い範囲で変化させることができる。半導体レーザ
の発振波長λは、活性層結晶の禁制帯幅Ｅｇで、はぼき
まり、Ｅｇ （ｅＶ） で与えられる。第４図のＧａ ｒｎＡｓＰ／ ＩｎＰ
レーザの発振波長は、１．１〜１．６７μｍの長波長帯
にある。
．１０ではさんだ構造である。レーザ利得は、Ｇａｌｎ
ＡｓＰ層８で発生し、これを活性層（ａｃｔｉｖｅ １
ａｙｅｒ）と呼び、ＩｎＰ層３．１０を、クラッド層（
ｃｌａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒ）と呼ぶ。活性層のＧａｘ
ｌｎ＋−ｘ ＡＳｙＰ＋−ｙ４元化合物半導体混晶は、
ＧａとＡｓの組成比をＸとｙを変化させることによって
、ＩｎＰ結晶と格子定数を整合させながら、禁制帯幅Ｅ
ｇを広い範囲で変化させることができる。半導体レーザ
の発振波長λは、活性層結晶の禁制帯幅Ｅｇで、はぼき
まり、Ｅｇ （ｅＶ） で与えられる。第４図のＧａ ｒｎＡｓＰ／ ＩｎＰ
レーザの発振波長は、１．１〜１．６７μｍの長波長帯
にある。
第４図の例では、ＧａｒｎＡｓＰ活性層がｒｎＰからな
る２つのへテロ接合面で囲まれている。エネルギー帯構
造は第５図のようになる。ヘテロ接合面には、禁制帯幅
の差にほぼ等しいエネルギーのへテロ障壁（ｈｅｔｅｒ
ｏ ｂａｒｒｉｅｒ）ΔＥが発生するため、ヘテロ接合
は注入キャリヤがクラフト層へ漏れるのを阻止する作用
がある。これをキャリヤの閉じ込め作用（ｃａｒｒｉｅ
ｒ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ）という。
る２つのへテロ接合面で囲まれている。エネルギー帯構
造は第５図のようになる。ヘテロ接合面には、禁制帯幅
の差にほぼ等しいエネルギーのへテロ障壁（ｈｅｔｅｒ
ｏ ｂａｒｒｉｅｒ）ΔＥが発生するため、ヘテロ接合
は注入キャリヤがクラフト層へ漏れるのを阻止する作用
がある。これをキャリヤの閉じ込め作用（ｃａｒｒｉｅ
ｒ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ）という。
一般に半導体の屈折率は、禁制帯幅よりも小さなエネル
ギーをもつ光に対しては、波長が長くなるほど単調に減
少する。そのため、発振波長で考えると、禁制帯幅の大
きなりラッド層の屈折率は、活性層の屈折率に比べて小
さく、第４図のＤＨレーザに順方向に電流を流した場合
のエネルギー帯構造を示す第５図にはへテロ界面で屈折
率差Δｎが生じている状態が示されている。光は屈折率
の高い箇所に集中するので、光は活性層内に閉じ込めら
れる。これを光の閉じ込め作用という。
ギーをもつ光に対しては、波長が長くなるほど単調に減
少する。そのため、発振波長で考えると、禁制帯幅の大
きなりラッド層の屈折率は、活性層の屈折率に比べて小
さく、第４図のＤＨレーザに順方向に電流を流した場合
のエネルギー帯構造を示す第５図にはへテロ界面で屈折
率差Δｎが生じている状態が示されている。光は屈折率
の高い箇所に集中するので、光は活性層内に閉じ込めら
れる。これを光の閉じ込め作用という。
第５図に於けるξは光の閉じ込め係数で、横モードの光
電力のうち、活性層内にある電力の割合を表している。
電力のうち、活性層内にある電力の割合を表している。
ξが大きければ活性層の巾ｄに光が充分閉じ込められて
いる事になる。
いる事になる。
このように、ダブルヘテロ構造を用いると活性層に光と
キャリヤとが閉じ込められて有効に相互作用するため、
低いしきい値電流の半導体レーザが得られる。
キャリヤとが閉じ込められて有効に相互作用するため、
低いしきい値電流の半導体レーザが得られる。
Ｇａｏ、ａｑＩｎｏ、５３ＡＳ （波長：１．６５ｕｍ
）はＩｎＰ結晶と格子整合するので、活性層として使用
され、その場合のクラッド層にはＩｎＰ層が使用されて
いる。
）はＩｎＰ結晶と格子整合するので、活性層として使用
され、その場合のクラッド層にはＩｎＰ層が使用されて
いる。
このような材料の組み合せのＤＨレーザの他に、活性層
に前述のＧａｏ、 ４７１ｎｏ、 Ｓ：ｌＡＳを用いク
ラッド層にそれと格子整合するＩＶ ｏ、 ４ｓＩｎｏ
、 ５ｚＡｓを用いたＤＨレーザが考えられている。
に前述のＧａｏ、 ４７１ｎｏ、 Ｓ：ｌＡＳを用いク
ラッド層にそれと格子整合するＩＶ ｏ、 ４ｓＩｎｏ
、 ５ｚＡｓを用いたＤＨレーザが考えられている。
これらの各層のエネルギーバンドの構造が第３図に示さ
れている。第３図Ａは、Ｇａｏ、 ４ｔｌｎｏ、 ５３
ＡＳ活性層をＩｎＰクラッド層によりはさんだ場合のエ
ネルギー帯構造を示すが、電子に対するバリヤーΔＥｅ
は０ 、２２ｅνで、ホールに対するバリヤーΔＥｈは
０ 、３８ｅＶである。一方、Ｇａｏ１７１ｎｏ、 ５
３Ａｓ活性層にＡＩ。、 ｎ５ｌｎｏ、 ５ｚＡＳをク
ラッド層に採用した場合のエネルギー帯構造が第３図に
示されている。この場合には、電子に対するバリヤーΔ
Ｅｅは０．５ｅＶ 。
れている。第３図Ａは、Ｇａｏ、 ４ｔｌｎｏ、 ５３
ＡＳ活性層をＩｎＰクラッド層によりはさんだ場合のエ
ネルギー帯構造を示すが、電子に対するバリヤーΔＥｅ
は０ 、２２ｅνで、ホールに対するバリヤーΔＥｈは
０ 、３８ｅＶである。一方、Ｇａｏ１７１ｎｏ、 ５
３Ａｓ活性層にＡＩ。、 ｎ５ｌｎｏ、 ５ｚＡＳをク
ラッド層に採用した場合のエネルギー帯構造が第３図に
示されている。この場合には、電子に対するバリヤーΔ
Ｅｅは０．５ｅＶ 。
ホールに対するバリヤーΔＥｈは０．２ｅＶである。電
子とホールの有効質量を考慮しなければ、第３図Ａの場
合にはΔＥｅ＜ΔＥｈであるので、電流注入を行った際
電子から先にあふれ出す事になる。第３図Ｂの場合には
ΔＥｅ＞ΔＥｈであるので、ホールから先にあふれ出す
ことになる。
子とホールの有効質量を考慮しなければ、第３図Ａの場
合にはΔＥｅ＜ΔＥｈであるので、電流注入を行った際
電子から先にあふれ出す事になる。第３図Ｂの場合には
ΔＥｅ＞ΔＥｈであるので、ホールから先にあふれ出す
ことになる。
そこで、電子とホールの有効質量の相違を考慮してＧａ
ｏｌｔｌｎｏ、 ５３ＡｓのΔＥに対するキャリア密度
分布を計算により求めた。ｍ、 ” ＝０．０４１ 。
ｏｌｔｌｎｏ、 ５３ＡｓのΔＥに対するキャリア密度
分布を計算により求めた。ｍ、 ” ＝０．０４１ 。
ｍ、ｈ”−０，０５１，ｍｈｈ” ＝０．５．温度を３
００にと仮定して計算し、その結果が第２図に示されて
いる。
００にと仮定して計算し、その結果が第２図に示されて
いる。
Ａ１６． ｎ１ｌｒｎｏ、 ５ｚＡｓをクラッド層に、
Ｇａｏ、 ４７１ｎ０．５３Ａｓを活性層に用いたＤＨ
レーザにこの結果を適用させてみる。第３図ＢからΔＥ
ｅ＝０．５ｅＶであるので、第２図のグラフから、閉じ
込められる電子密度の最大値はｌ Ｑ Ｚ ｌ ｃｍ
−３であることが判る。つまり、これ以上の電子はあふ
れ出してしまうことになる。
Ｇａｏ、 ４７１ｎ０．５３Ａｓを活性層に用いたＤＨ
レーザにこの結果を適用させてみる。第３図ＢからΔＥ
ｅ＝０．５ｅＶであるので、第２図のグラフから、閉じ
込められる電子密度の最大値はｌ Ｑ Ｚ ｌ ｃｍ
−３であることが判る。つまり、これ以上の電子はあふ
れ出してしまうことになる。
一方、ホールについて同様な考察を行うと、ΔＥｈ＝０
．２ｅＶであるので、これに対応するホール密度は３
ＸＩＯ”ｃｍ−’となり、電子密度より４桁も低い値と
なる。つまり、＋’Ｖ ｏｌｌｌｌｎｏ、 ５２Ａｓ／
Ｇａｏ、 ４７Ｉｎｏ、 ｓ＋Ａｓ Ｄ Ｈレーザに於
いては、ホールの方から先にあふれ出すことになる。
．２ｅＶであるので、これに対応するホール密度は３
ＸＩＯ”ｃｍ−’となり、電子密度より４桁も低い値と
なる。つまり、＋’Ｖ ｏｌｌｌｌｎｏ、 ５２Ａｓ／
Ｇａｏ、 ４７Ｉｎｏ、 ｓ＋Ａｓ Ｄ Ｈレーザに於
いては、ホールの方から先にあふれ出すことになる。
同様な考察により、ＩｎＰをクラッド層に用いたＴｎＰ
／Ｇａａ、 ４ｔｒｎｏ、 ５ｚＡｓ Ｄ Ｈレーザに
於いては、電子から先にあふれ出すことが判る。
／Ｇａａ、 ４ｔｒｎｏ、 ５ｚＡｓ Ｄ Ｈレーザに
於いては、電子から先にあふれ出すことが判る。
従って、何れの構造を採るにしろ従来のＤＨレーザでは
電子・ホールの閉じ込めは不充分であった。
電子・ホールの閉じ込めは不充分であった。
本発明は、第１、第２のクラッド層の間に活性層を有し
、上記第１、第２のクラ・ノド層のエネルギーバンドギ
ャップが、上記活性層のエネルギーバンドギャップより
大であるダブルヘテロ接合型半導体レーザにおいて、コ
ンダクションバンド側又はバレンスバンド側の一方にお
ける上記の活性層と、上記第１のクラッド層とのエネル
ギーバンドギャップが上記活性層と上記第２のクラッド
層とのエネルギーバンドギヤツブより大きい事を特徴と
するダブルヘテロ接合型半導体レーザとすることによっ
て、従来の問題点を解決した。
、上記第１、第２のクラ・ノド層のエネルギーバンドギ
ャップが、上記活性層のエネルギーバンドギャップより
大であるダブルヘテロ接合型半導体レーザにおいて、コ
ンダクションバンド側又はバレンスバンド側の一方にお
ける上記の活性層と、上記第１のクラッド層とのエネル
ギーバンドギャップが上記活性層と上記第２のクラッド
層とのエネルギーバンドギヤツブより大きい事を特徴と
するダブルヘテロ接合型半導体レーザとすることによっ
て、従来の問題点を解決した。
本発明の実施例のＤＨレーザのエネルギー帯構造は第３
図Ｃに示されているように、電子に対するバリヤーΔＥ
ｅは０．５ｅＶで、ホールに対するバリヤーΔＥｈは０
．３８ｅＶとなっており、充分なキャリア閉じ込めが行
える。
図Ｃに示されているように、電子に対するバリヤーΔＥ
ｅは０．５ｅＶで、ホールに対するバリヤーΔＥｈは０
．３８ｅＶとなっており、充分なキャリア閉じ込めが行
える。
また、各領域の波長１．６５μｍに対する屈折率は、Ｇ
ａ１ｎＡｓ：３．５６ 、ＩｎＰ：３．１６、ＡｌＩｎ
Ａｓ：３．２２で、ＩｎＰ 。
ａ１ｎＡｓ：３．５６ 、ＩｎＰ：３．１６、ＡｌＩｎ
Ａｓ：３．２２で、ＩｎＰ 。
ＡｌＩｎＡｓどちらのクラフト層もＧａ１ｎＡｓの活性
層に対して屈折率が１０″Ａ程大きくなっているので、
誘電体光導波路が形成され、充分な光閉じ込めが可能と
なる。
層に対して屈折率が１０″Ａ程大きくなっているので、
誘電体光導波路が形成され、充分な光閉じ込めが可能と
なる。
第１図に基づいて、本発明のＤＨレーザの実施例につい
て説明する。活性層９はエネルギーギャップ０．７５ｅ
ＶのＧａｏ、 ４ｖｉｎ０．５３＾Ｓで、Ｐ型りラッド
層４はエネルギーギャップ１ 、４５ｅＶのｆＶ ｏ、
ｎａｌｎｏ、 ５２Ａｓで、ｎ型クラッド層３はエネ
ルギーギヤ・ノブ１゜３５ｅＶのＩｎＰからなっている
。Ｐ”−ＧａＩｎＡｓＰ層５はコンタクトを採るための
領域で、その上に設けた絶！！Ｎ６内のストライブ状窓
を介してオーミック電極７に接続されている。オーミッ
ク電極をストライブ状にすることによって第１図に示さ
れるように、電流の流れる領域を狭くし、しきり値電流
を低くすることができる。他方のオーミック電流ｌはｎ
４ｎＰ基板２上に形成されている。
て説明する。活性層９はエネルギーギャップ０．７５ｅ
ＶのＧａｏ、 ４ｖｉｎ０．５３＾Ｓで、Ｐ型りラッド
層４はエネルギーギャップ１ 、４５ｅＶのｆＶ ｏ、
ｎａｌｎｏ、 ５２Ａｓで、ｎ型クラッド層３はエネ
ルギーギヤ・ノブ１゜３５ｅＶのＩｎＰからなっている
。Ｐ”−ＧａＩｎＡｓＰ層５はコンタクトを採るための
領域で、その上に設けた絶！！Ｎ６内のストライブ状窓
を介してオーミック電極７に接続されている。オーミッ
ク電極をストライブ状にすることによって第１図に示さ
れるように、電流の流れる領域を狭くし、しきり値電流
を低くすることができる。他方のオーミック電流ｌはｎ
４ｎＰ基板２上に形成されている。
順方向に電流を流すと、クラッド層から少数キャリアが
注入され活性層内に閉じ込められ、その中で電子と正孔
の再結合が起こり、第１図の矢印の方向に光を発生する
。
注入され活性層内に閉じ込められ、その中で電子と正孔
の再結合が起こり、第１図の矢印の方向に光を発生する
。
従来構造のＤＨレーザでは、浅い方のバリヤーは０．２
ｅＶ Ｌ、かなかったが、本発明の実施例のそれに於い
ては０．３８ｅＶと大きく改善され、また活性層の屈折
率は両側のクラッド層のそれより１０％程大きいので、
キャリアと光の閉じ込め効率が充分改善される。
ｅＶ Ｌ、かなかったが、本発明の実施例のそれに於い
ては０．３８ｅＶと大きく改善され、また活性層の屈折
率は両側のクラッド層のそれより１０％程大きいので、
キャリアと光の閉じ込め効率が充分改善される。
第１図は本発明のレーザを示す図である。
第２図はＧａ１ｎＡｓのΔＥに対するキャリア密度分布
を示す図である。 第３図は各ヘテロ接合のエネルギー帯構造を示す図であ
る。 第４図は従来のＧａ１ｎＡｓＰ／ＩｎＰ レーザを示す
図である。 第５図は第４図のレーザのエネルギー帯構造を示す図で
ある。 １．７・・・電極 ２・・・ｎ−１ｎＰ基板３
−ｎ、 ＩｎＰ層 ４−Ｐ／ＶＩｎＡｓ層５・・
・Ｐ ” −ＧａｌｎＡｓＰ層 ６・・・絶縁物層８
−ＧａｌｎＡｓＰ層 ９−ＧａＩｎＡｓ層１０−
Ｐ −ｒｎＰ層 井２コへ一俵１イ （クラッド層＞：＜ｓ 付り着）；（クラッド層）第
３図 才晃ＪのＧａＴｎＡｓＰ／ＩｎＰレ−＋ｆ第４図
を示す図である。 第３図は各ヘテロ接合のエネルギー帯構造を示す図であ
る。 第４図は従来のＧａ１ｎＡｓＰ／ＩｎＰ レーザを示す
図である。 第５図は第４図のレーザのエネルギー帯構造を示す図で
ある。 １．７・・・電極 ２・・・ｎ−１ｎＰ基板３
−ｎ、 ＩｎＰ層 ４−Ｐ／ＶＩｎＡｓ層５・・
・Ｐ ” −ＧａｌｎＡｓＰ層 ６・・・絶縁物層８
−ＧａｌｎＡｓＰ層 ９−ＧａＩｎＡｓ層１０−
Ｐ −ｒｎＰ層 井２コへ一俵１イ （クラッド層＞：＜ｓ 付り着）；（クラッド層）第
３図 才晃ＪのＧａＴｎＡｓＰ／ＩｎＰレ−＋ｆ第４図
Claims (1)
- 第１、第２のクラッド層の間に活性層を有し、上記第１
、第２のクラッド層のエネルギーバンドギャップが、上
記活性層のエネルギーバンドギャップより大であるダブ
ルヘテロ接合型半導体レーザにおいて、コンダクション
バンド側又はバレンスバンド側の一方における上記の活
性層と、上記第１のクラッド層とのエネルギーバンドギ
ャップが上記活性層と上記第２のクラッド層とのエネル
ギーバンドギャップより大きい事を特徴とするダブルヘ
テロ接合型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16757686A JPS6323384A (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | ダブルヘテロ接合型半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16757686A JPS6323384A (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | ダブルヘテロ接合型半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6323384A true JPS6323384A (ja) | 1988-01-30 |
Family
ID=15852305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16757686A Pending JPS6323384A (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | ダブルヘテロ接合型半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6323384A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02130152A (ja) * | 1988-11-10 | 1990-05-18 | Shinko Electric Co Ltd | 印刷装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60260181A (ja) * | 1984-06-06 | 1985-12-23 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
-
1986
- 1986-07-16 JP JP16757686A patent/JPS6323384A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60260181A (ja) * | 1984-06-06 | 1985-12-23 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02130152A (ja) * | 1988-11-10 | 1990-05-18 | Shinko Electric Co Ltd | 印刷装置 |
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