JPS63278292A - 電荷注入形半導体レ−ザ - Google Patents
電荷注入形半導体レ−ザInfo
- Publication number
- JPS63278292A JPS63278292A JP11311587A JP11311587A JPS63278292A JP S63278292 A JPS63278292 A JP S63278292A JP 11311587 A JP11311587 A JP 11311587A JP 11311587 A JP11311587 A JP 11311587A JP S63278292 A JPS63278292 A JP S63278292A
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- electrode
- superlattice
- semiconductor laser
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- Pending
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- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims description 6
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 20
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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】
［概要］
超格子層を活性層に近接して配置し、超格子層に平行に
キャリアを走行させ、走行中に該キャリアが超格子層の
障壁を越えて活性層に注入されて発光するように構成す
る。
キャリアを走行させ、走行中に該キャリアが超格子層の
障壁を越えて活性層に注入されて発光するように構成す
る。
そうすれば、一層の高速動作が可能になる。
［産業上の利用分野］
本発明は新規な構造の電荷注入形半導体レーザに関する
。
。
光通信システムは通信線が小型軽量で、無誘厚・低損失
など、数々の利点があるために、汎用化されている。
など、数々の利点があるために、汎用化されている。
このような光通信システムにおいて、より高速に情報を
伝送するため、一層高速で動作する半導体レーザの開発
が望まれている。
伝送するため、一層高速で動作する半導体レーザの開発
が望まれている。
［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］最近、
量子井戸構造の半導体レーザが提案されており、第４図
はその概要断面図を示している。
量子井戸構造の半導体レーザが提案されており、第４図
はその概要断面図を示している。
同図において、１はＩ） ＧａＡｓ基板、２はｐ −
ＧａＡｓバッファ層（Ｂｅドープ）、３はｐ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層（Ｂｅドープ）、４は多重量子井戸活性
層、５はｎ−ＡｌＧａＡｓガイド層（Ｓｉドープ；クラ
ッド層とも云う）、６はｎ−ＧａＡｓコンタクト層（Ｓ
ｉドープ）、７．８は亜鉛（Ｚｎ）を拡散して混晶にし
た屈折率（ｎ）の小さい光閉じ込め層で、９はｎ電極。
ＧａＡｓバッファ層（Ｂｅドープ）、３はｐ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層（Ｂｅドープ）、４は多重量子井戸活性
層、５はｎ−ＡｌＧａＡｓガイド層（Ｓｉドープ；クラ
ッド層とも云う）、６はｎ−ＧａＡｓコンタクト層（Ｓ
ｉドープ）、７．８は亜鉛（Ｚｎ）を拡散して混晶にし
た屈折率（ｎ）の小さい光閉じ込め層で、９はｎ電極。
１０はｐ電極である。そのうち、多重量子井戸活性層４
はノンドープな厚さ数ｎｕｎのＡｌＧａＡｓ層とＧａＡ
ｓ層とを交互に積層した超格子層である。
はノンドープな厚さ数ｎｕｎのＡｌＧａＡｓ層とＧａＡ
ｓ層とを交互に積層した超格子層である。
第５図は活性層部分のエネルギーバンド図であって、ク
ラッド層３．活性層４．ガイド層５の部分を図示してお
り、Ｅｃは伝導帯、Ｅｖは価電子帯である。いま、電位
差を与えて順方向に電流を流すと、電子−がガイド層５
から活性層に引き寄せられ、また、ホール＋がクラッド
層３から活性層に引き寄せられて、両キャリアが活性層
で再結合して発光するが、その際、図示のように、キャ
リアは活性層とクラッド層との障壁差を利用して活性層
に閉じ込められており、それが結合して発光する方式で
ある。
ラッド層３．活性層４．ガイド層５の部分を図示してお
り、Ｅｃは伝導帯、Ｅｖは価電子帯である。いま、電位
差を与えて順方向に電流を流すと、電子−がガイド層５
から活性層に引き寄せられ、また、ホール＋がクラッド
層３から活性層に引き寄せられて、両キャリアが活性層
で再結合して発光するが、その際、図示のように、キャ
リアは活性層とクラッド層との障壁差を利用して活性層
に閉じ込められており、それが結合して発光する方式で
ある。
このキャリア閉じ込めとも云うべき方式は量子井戸構造
の半導体レーザに限らず、多重量子井戸活性層４の代わ
りにノンドープＧａＡｓ層を設けた通常構造の半導体レ
ーザでも同じ方式である。且つ、上記のような量子井戸
構造の半導体レーザは、通常の半導体レーザに比較して
、キャリアの結合効率が高く、しきい電流が小さく、従
って、消費電流が小さくなって、熱的に安定した特徴が
あり、一層高連化が図れる構造として知られているもの
である。
の半導体レーザに限らず、多重量子井戸活性層４の代わ
りにノンドープＧａＡｓ層を設けた通常構造の半導体レ
ーザでも同じ方式である。且つ、上記のような量子井戸
構造の半導体レーザは、通常の半導体レーザに比較して
、キャリアの結合効率が高く、しきい電流が小さく、従
って、消費電流が小さくなって、熱的に安定した特徴が
あり、一層高連化が図れる構造として知られているもの
である。
ところが、このようなキャリア閉じ込め方式は、電圧を
ＯＦＦ Ｌ、た時、溜ったキャリアが消滅するために時
間を要して、消光動作が遅くなり、そのため、例えば、
変調通信システムでは高速化が阻害されることになる。
ＯＦＦ Ｌ、た時、溜ったキャリアが消滅するために時
間を要して、消光動作が遅くなり、そのため、例えば、
変調通信システムでは高速化が阻害されることになる。
本発明は、このような問題点の改善が可能な半導体レー
ザを提案するものである。
ザを提案するものである。
［問題点を解決するための手段］
その目的は、超格子層を活性層に近接して配置し、該超
格子層の両側に設けたディスオーダ（無秩序； ｄｉｓ
ｏｒｄｅｒ）層の間に電位差を与えて、前記超格子層に
平行にキャリアを走行させ、走行中に該キャリアが超格
子層の障壁を越えて活性層に注入されて発光するように
した電荷注入形半導体レーザによって達成される。
格子層の両側に設けたディスオーダ（無秩序； ｄｉｓ
ｏｒｄｅｒ）層の間に電位差を与えて、前記超格子層に
平行にキャリアを走行させ、走行中に該キャリアが超格
子層の障壁を越えて活性層に注入されて発光するように
した電荷注入形半導体レーザによって達成される。
［作用］
即ち、本発明の半導体レーザは、ガイド層（クラッド層
）の代わりに、超格子層を活性層に近接して配置し、超
格子層に平行にキャリアを走行させ、走行中にキャリア
が超格子層の障壁を越えて活性層に注入される構造、即
ち、電荷注入形の構造にする。
）の代わりに、超格子層を活性層に近接して配置し、超
格子層に平行にキャリアを走行させ、走行中にキャリア
が超格子層の障壁を越えて活性層に注入される構造、即
ち、電荷注入形の構造にする。
そうすれば、従来のキャリア（電荷）閉じ込め方式とは
異なり、障壁層を越えることのできるエネルギーを有し
た高電界加速キャリアのみが活性層へ注入されるため、
活性層におけるキャリアの消滅が速くなって消光動作（
ピンチオフ動作）が改善される。
異なり、障壁層を越えることのできるエネルギーを有し
た高電界加速キャリアのみが活性層へ注入されるため、
活性層におけるキャリアの消滅が速くなって消光動作（
ピンチオフ動作）が改善される。
［実施例］
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第１図は本発明にかかる電荷注入形半導体レーザの概要
断面図を示しており、１はｐ −ＧａＡｓ基板。
断面図を示しており、１はｐ −ＧａＡｓ基板。
２はｐ−ＧａＡｓバッファ層、１３はｐ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層、１４はノンドープＧａＡｓ活性層（厚さ１
０００〜２０００人）、１５は超格子層、 １６．１７
はディスオーダ層。
クラッド層、１４はノンドープＧａＡｓ活性層（厚さ１
０００〜２０００人）、１５は超格子層、 １６．１７
はディスオーダ層。
１８はｎ電極、１９はｐ電極、 ２０はｐ＋電極である
。
。
ここに、超格子層１５は厚さ数ｎｍのｎ−ＧａＡｓ層と
ノンドープなｉ −ＡｌＧａＡｓ層とを交互に積層した
超格子層であり、ディスオーダ（無秩序； ｄｉｓｏｒ
ｄｅｒ）層１６．１７はその超格子層にＳｉをイオン注
入して熱処理（８００〜８５０℃）し、混晶化して導電
性を与えた層である。なお、本例の活性層は多重量子井
戸構造ではなく、通常のノンドープＧａＡｓ層で構成し
である。
ノンドープなｉ −ＡｌＧａＡｓ層とを交互に積層した
超格子層であり、ディスオーダ（無秩序； ｄｉｓｏｒ
ｄｅｒ）層１６．１７はその超格子層にＳｉをイオン注
入して熱処理（８００〜８５０℃）し、混晶化して導電
性を与えた層である。なお、本例の活性層は多重量子井
戸構造ではなく、通常のノンドープＧａＡｓ層で構成し
である。
第２図は活性層部分のエネルギーバンド図であって、ク
ラッド層１３．活性層１４．超格子層１５の部分を図示
しており、ＥＣは伝導帯、Ｅｖは価電子帯である。その
動作を説明すると、ｎ電極（Ｂ）１９とｎ電極（Ａ）１
Ｂとの間に電位差を与え、電子θをディスオーダ層１６
から超格子層１５を通ってディスオーダ層１７へ向かつ
て走行させる。第２図においては、この電子Ｑの走行方
向は超格子層１５内の紙面に垂直な方向となる。一方、
ｐ′電極２０にはこれらの電極よりも更に高い電位が与
えてあり、ホールＯはクラッド層１３の活性層に近い位
置に溜っている。且つ、上記の電子○は走行中に高電界
からエネルギーを得てホットエレクトロンになり、ｐ＋
電極２０とｎ電極（Ｂ） １９． ｎ電極（Ａ）１８
間の電界下において、ホットエレクトロンは超格子層１
５の量子障壁層を飛び越えて活性層１４に注入される。
ラッド層１３．活性層１４．超格子層１５の部分を図示
しており、ＥＣは伝導帯、Ｅｖは価電子帯である。その
動作を説明すると、ｎ電極（Ｂ）１９とｎ電極（Ａ）１
Ｂとの間に電位差を与え、電子θをディスオーダ層１６
から超格子層１５を通ってディスオーダ層１７へ向かつ
て走行させる。第２図においては、この電子Ｑの走行方
向は超格子層１５内の紙面に垂直な方向となる。一方、
ｐ′電極２０にはこれらの電極よりも更に高い電位が与
えてあり、ホールＯはクラッド層１３の活性層に近い位
置に溜っている。且つ、上記の電子○は走行中に高電界
からエネルギーを得てホットエレクトロンになり、ｐ＋
電極２０とｎ電極（Ｂ） １９． ｎ電極（Ａ）１８
間の電界下において、ホットエレクトロンは超格子層１
５の量子障壁層を飛び越えて活性層１４に注入される。
かくして、活性層でホールのと結合して発光がおこなわ
れる。
れる。
このように、ディスオーダ層上の電極１８および電極１
９間の電位差によって超格子層１５の中へのエレクトロ
ンの供給がおこなわれる。なお、このディスオーダ層１
６．１７は屈折率が小さく、レーザ光の屈折率導波機構
としても利用される。即ち、レーザ光が中央部からのみ
発光するように制御する働きをしている。
９間の電位差によって超格子層１５の中へのエレクトロ
ンの供給がおこなわれる。なお、このディスオーダ層１
６．１７は屈折率が小さく、レーザ光の屈折率導波機構
としても利用される。即ち、レーザ光が中央部からのみ
発光するように制御する働きをしている。
上記のように、本発明にかかる半導体レーザは電荷（ホ
ットエレクトロン）が量子障壁層を飛び越えて注入され
た時のみに発光する方式となるから活性層における電荷
の溜りが少なく、信号オフ時に、それだけキャリアの消
滅が速くなって消光動作が改善される。
ットエレクトロン）が量子障壁層を飛び越えて注入され
た時のみに発光する方式となるから活性層における電荷
の溜りが少なく、信号オフ時に、それだけキャリアの消
滅が速くなって消光動作が改善される。
また、第３図は本発明にかかる他の例の半導体レーザの
概要断面図を示しており、２４は多重量子井戸活性層で
、その他の記号は第１図と同一部位に同一記号が付けで
ある。この多重量子井戸活性層２４は従来例の多重量子
井戸活性層４と同じくノンドープな厚さ数ｎｍ （数十
人）のＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とを交互に積層した
超格子層で、このような活性層を配置すれば、ノンドー
プＧａＡｓ活性層１４を設けた半導体レーザに比べて一
層高速化される構成になる。
概要断面図を示しており、２４は多重量子井戸活性層で
、その他の記号は第１図と同一部位に同一記号が付けで
ある。この多重量子井戸活性層２４は従来例の多重量子
井戸活性層４と同じくノンドープな厚さ数ｎｍ （数十
人）のＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とを交互に積層した
超格子層で、このような活性層を配置すれば、ノンドー
プＧａＡｓ活性層１４を設けた半導体レーザに比べて一
層高速化される構成になる。
なお、本発明は上記のＡｌＧａＡｓ層 ＧａＡｓ結晶か
らなる半導体レーザのほか、ＩｎＧａＡｓ／ ｌｎ Ｐ
結晶などの長波長の半導体レーザにも適用できることは
云うまでもない。
らなる半導体レーザのほか、ＩｎＧａＡｓ／ ｌｎ Ｐ
結晶などの長波長の半導体レーザにも適用できることは
云うまでもない。
［発明の効果コ
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる半導体
レーザは一層高速動作が可能になり、光通信システムの
発展に役立つものである。
レーザは一層高速動作が可能になり、光通信システムの
発展に役立つものである。
第１図は本発明にかかる半導体レーザの概要断面図、
第２図はそのエネルギーバンド図、
第３図は本発明にかかる他の例の半導体レーザの概要断
面図、 第４図は従来の半導体レーザの概要断面図、第５図はそ
のエネルギーバンド図である。 図において、 １はｐ −ＧａＡｓ基板、 ２はｐ−ＧａＡｓバッファ層、 ３．１３はｐ−へ１ＧａＡｓクラッド層、４．２４は多
重量子井戸活性層、 ５はｎ−ＪＩＧａＡｓガイド層、 ６はｎ−ＧａＡｓコンタクト層、 ７．８は光閉じ込め層、 ９、１０．１８．１９．２０は電極、 １４はノンドープＧａＡｓ活性層、 １５は超格子層、 １６、１７はディスオーダ層 を示している。 Ａ〉−々−ロバ（埠）づシイゼとσしチタリとフＨイ奉
Ｌ−４’“第３図 ＩＬ末、９量各４Ｅと瘤縁りＬの一＋Ｓんｔ、し−サ′
。 ５ｌ−ＧａＡｓ １４ｊＧＩｉｔＪ１ｊ３Ｐ−Ａ＋（
、ａＡｓ力竹ソｉ フプソ）
″層工顎しＡ−バ′ントルゴ 第 ５ ｍ
面図、 第４図は従来の半導体レーザの概要断面図、第５図はそ
のエネルギーバンド図である。 図において、 １はｐ −ＧａＡｓ基板、 ２はｐ−ＧａＡｓバッファ層、 ３．１３はｐ−へ１ＧａＡｓクラッド層、４．２４は多
重量子井戸活性層、 ５はｎ−ＪＩＧａＡｓガイド層、 ６はｎ−ＧａＡｓコンタクト層、 ７．８は光閉じ込め層、 ９、１０．１８．１９．２０は電極、 １４はノンドープＧａＡｓ活性層、 １５は超格子層、 １６、１７はディスオーダ層 を示している。 Ａ〉−々−ロバ（埠）づシイゼとσしチタリとフＨイ奉
Ｌ−４’“第３図 ＩＬ末、９量各４Ｅと瘤縁りＬの一＋Ｓんｔ、し−サ′
。 ５ｌ−ＧａＡｓ １４ｊＧＩｉｔＪ１ｊ３Ｐ−Ａ＋（
、ａＡｓ力竹ソｉ フプソ）
″層工顎しＡ−バ′ントルゴ 第 ５ ｍ
Claims (1)
- 超格子層を活性層に近接して配置し、該超格子層の両側
に設けたディスオーダ（無秩序）層の間に電位差を与え
て、前記超格子層に平行にキャリアを走行させ、走行中
に該キャリアが超格子層の障壁を越えて活性層に注入さ
れて発光するようにしたことを特徴とする電荷注入形半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11311587A JPS63278292A (ja) | 1987-05-09 | 1987-05-09 | 電荷注入形半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11311587A JPS63278292A (ja) | 1987-05-09 | 1987-05-09 | 電荷注入形半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63278292A true JPS63278292A (ja) | 1988-11-15 |
Family
ID=14603890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11311587A Pending JPS63278292A (ja) | 1987-05-09 | 1987-05-09 | 電荷注入形半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63278292A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4965806A (en) * | 1989-06-15 | 1990-10-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Semiconductor laser devices having lateral refractive index tailoring |
| US5115442A (en) * | 1990-04-13 | 1992-05-19 | At&T Bell Laboratories | Top-emitting surface emitting laser structures |
-
1987
- 1987-05-09 JP JP11311587A patent/JPS63278292A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4965806A (en) * | 1989-06-15 | 1990-10-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Semiconductor laser devices having lateral refractive index tailoring |
| US5115442A (en) * | 1990-04-13 | 1992-05-19 | At&T Bell Laboratories | Top-emitting surface emitting laser structures |
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