JPS6353990A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
- Publication number
- JPS6353990A JPS6353990A JP19777886A JP19777886A JPS6353990A JP S6353990 A JPS6353990 A JP S6353990A JP 19777886 A JP19777886 A JP 19777886A JP 19777886 A JP19777886 A JP 19777886A JP S6353990 A JPS6353990 A JP S6353990A
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- Japan
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- semiconductor laser
- quantum well
- layer
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- 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
Links
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- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
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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〕
この発明は低いしきい値電流、短波長、あるいは狭スペ
クトル線幅で発振する半導体レーザに関するものである
。
クトル線幅で発振する半導体レーザに関するものである
。
第１図は例えばＩＥＥＥジャーナル オプ クオンタム
エレクトロニクス、ＱＥ２ｘ巻、１０号、 １９８５
年、１０月、 １６６６頁（Ｙ、Ａｒａｋｕｗａ ＆
Ａ、Ｙａｒｉｖ、ＩＥＥｌｌ！ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、
Ｖｏｌ、ＱＥ−２１，Ｎｏ、１０．Ｏｃｔ １９８５．
ｐ、１６６６）に示された狭スペクトル半導体の模式図
であり、図において、１は上部電極、２はコンタクト層
、３は上部クラッド層、４は量子井戸活性層、５は下部
クラッド層、６は基板である。また８は量子井戸活性層
４を構成する井戸層、９は量子井戸活性層４を構成する
バリア層である。ここで、量子井戸活性層４を構成する
井戸層８もバリア層９も不純物のドーピングはされてい
ない、。
エレクトロニクス、ＱＥ２ｘ巻、１０号、 １９８５
年、１０月、 １６６６頁（Ｙ、Ａｒａｋｕｗａ ＆
Ａ、Ｙａｒｉｖ、ＩＥＥｌｌ！ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、
Ｖｏｌ、ＱＥ−２１，Ｎｏ、１０．Ｏｃｔ １９８５．
ｐ、１６６６）に示された狭スペクトル半導体の模式図
であり、図において、１は上部電極、２はコンタクト層
、３は上部クラッド層、４は量子井戸活性層、５は下部
クラッド層、６は基板である。また８は量子井戸活性層
４を構成する井戸層、９は量子井戸活性層４を構成する
バリア層である。ここで、量子井戸活性層４を構成する
井戸層８もバリア層９も不純物のドーピングはされてい
ない、。
次に動作について説明する。
半導体レーザのスペクトル線幅Δνは
８ π Ｆ
で表わされる。ここで、Ｖｇは光の群速度、ｈνは光子
のエネルギー、ｇｔｈはしきい値モード利得、ｇｌは共
振器損失、ｎｓｐは自然放出光係数、ｄは線幅増強係数
、Ｐは光出力である。
のエネルギー、ｇｔｈはしきい値モード利得、ｇｌは共
振器損失、ｎｓｐは自然放出光係数、ｄは線幅増強係数
、Ｐは光出力である。
この半導体レーザでは、量子井戸活性層を用いることに
より、α及びｎ３Ｆの減少の効果により、従来の半導体
レーザの数分の１の狭スペクトル線幅を得ることができ
る。
より、α及びｎ３Ｆの減少の効果により、従来の半導体
レーザの数分の１の狭スペクトル線幅を得ることができ
る。
従来の狭スペクトル半導体レーザは、以上の様に構成さ
れているため、低いしきい値化及び狭スペクトル化には
限界があり、またレーザ内部あるいは外部に波長選択性
を持つ共振器構造して短波長で発振させようとしても限
界があるなどの問題があった。
れているため、低いしきい値化及び狭スペクトル化には
限界があり、またレーザ内部あるいは外部に波長選択性
を持つ共振器構造して短波長で発振させようとしても限
界があるなどの問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、低いしきい値電流で狭スペクトル線幅が得ら
れると共に、短波長での発振が可能な半導体レーザを得
ることを目的とする。
たもので、低いしきい値電流で狭スペクトル線幅が得ら
れると共に、短波長での発振が可能な半導体レーザを得
ることを目的とする。
この発明に係る半導体レーザは、単一又は多重量子井戸
構造の活性層を有する半導体レーザの活性層の井戸層又
はバリア層の少なくとも一方にｎ型不純物（ドナー）を
ドーピングしたものである。
構造の活性層を有する半導体レーザの活性層の井戸層又
はバリア層の少なくとも一方にｎ型不純物（ドナー）を
ドーピングしたものである。
この発明においては、量子井戸福造の活性層の井戸層又
はバリア層の少な（とも一方にドナーをドーピングした
から量子井戸内の電子が伝導帯のかなり上の方までつま
った状態となり、低いし、きい値電流で高い量子準位で
の発振が起こりやすくなり、狭スペクトルを実現でき、
また短波長での発振が容易となる。
はバリア層の少な（とも一方にドナーをドーピングした
から量子井戸内の電子が伝導帯のかなり上の方までつま
った状態となり、低いし、きい値電流で高い量子準位で
の発振が起こりやすくなり、狭スペクトルを実現でき、
また短波長での発振が容易となる。
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、４は量子井戸活性層、８は井戸層、９
はバリア層であり、井戸層かバリア層のいずれかにドナ
ーをドーピングすることにより、第２図に示す様に電流
を注入しなくても伝導帯のかなり上の方まで電子がつま
っている状態を得られる。ここに正孔を注入すると、ｎ
＝１の準位もｎ＝２の準位もエネルギー準位にほとんど
差がないために両方の準位にほぼ均等に正孔が分布する
様になる。従ってｎ＝２の準位間での遷移が起こりやす
くなり、第３図に示す様に高エネルギー側まで利得が生
じる。
はバリア層であり、井戸層かバリア層のいずれかにドナ
ーをドーピングすることにより、第２図に示す様に電流
を注入しなくても伝導帯のかなり上の方まで電子がつま
っている状態を得られる。ここに正孔を注入すると、ｎ
＝１の準位もｎ＝２の準位もエネルギー準位にほとんど
差がないために両方の準位にほぼ均等に正孔が分布する
様になる。従ってｎ＝２の準位間での遷移が起こりやす
くなり、第３図に示す様に高エネルギー側まで利得が生
じる。
また、利得ｇ （Ｅ）は
ｇ （Ｅ）Ｗｆｃ （Ｅ）−ｆｖ （Ｅ）で表わされる
。ここでｆ、、ｆｖはフェルミ関数である。
。ここでｆ、、ｆｖはフェルミ関数である。
ドナーをドーピングしていない状態では電流を増やすと
ｆｃ （Ｅ）はＯから１に増加し、またｆｖ （Ｅ）
は１からＯに減少していく。従って利得は当初は負で、
ｆ、＝ｆｖとなった時点で初めて利得はＯになり、それ
以降は正になる。それに対してドナーをドーピングした
状態ではｆｃ （Ｅ）二１となっており、電流増加によ
りｆｖ （Ｅ）が１から少しでも減少すると正の利得と
なる。従って第４図に示されるように、わずかな電流注
入で利得が生じるため、しきい値電流が低くなる。
ｆｃ （Ｅ）はＯから１に増加し、またｆｖ （Ｅ）
は１からＯに減少していく。従って利得は当初は負で、
ｆ、＝ｆｖとなった時点で初めて利得はＯになり、それ
以降は正になる。それに対してドナーをドーピングした
状態ではｆｃ （Ｅ）二１となっており、電流増加によ
りｆｖ （Ｅ）が１から少しでも減少すると正の利得と
なる。従って第４図に示されるように、わずかな電流注
入で利得が生じるため、しきい値電流が低くなる。
更に理論計算によると、第５図に示される様にスペクト
ル線幅も大幅に減少する。これは、４１１１Ｍ増強係数
αおよび自然放出光係数ｎｓＦの低減によるものである
。
ル線幅も大幅に減少する。これは、４１１１Ｍ増強係数
αおよび自然放出光係数ｎｓＦの低減によるものである
。
なお、上記実施例では共振器構造を得るのにへき開を用
いたものを示したが、この共振器構造は分布帰還型レー
ザの様な波長選択性を持つ構造にしても良い。この場合
、第６図に示される様に発振波長をかなり短波長までひ
っばってもしきい値電流の上昇は少なく、短波長半導体
レーザを実現できる。
いたものを示したが、この共振器構造は分布帰還型レー
ザの様な波長選択性を持つ構造にしても良い。この場合
、第６図に示される様に発振波長をかなり短波長までひ
っばってもしきい値電流の上昇は少なく、短波長半導体
レーザを実現できる。
また、第７図に示される様にしきい値利得を大きくとる
と、ｎ＝２での発振が可能となり短波長化が可能になる
。
と、ｎ＝２での発振が可能となり短波長化が可能になる
。
一以上のように、この発明によれば、単一又は多重量子
井戸構造の活性層を有する半導体レーザにおいて、該活
性層の井戸層又はバリア層の少なくとも一方にドナーを
ドーピングして井戸内の電子が伝導帯の上の方までつま
った状態としたから、発振しきい値電流を下げ、スペク
トル線幅をも減少することができ、さらに短波長化が可
能になる効果がある。
井戸構造の活性層を有する半導体レーザにおいて、該活
性層の井戸層又はバリア層の少なくとも一方にドナーを
ドーピングして井戸内の電子が伝導帯の上の方までつま
った状態としたから、発振しきい値電流を下げ、スペク
トル線幅をも減少することができ、さらに短波長化が可
能になる効果がある。
第１図はこの発明及び従来の生温体レーザを示す模式図
、第２図はドナーをドーピングした時、及び無注入状態
での光子エネルギーと電子の状態密度及び電子の分布を
示す図、第３図はドナーをドーピングした時、及び無注
入状態での利得スペクトルを示す図、第４図はドナーを
ドーピングした時、及び無注入状態での注入電流密度と
ピークの関係を示す図、第５図はドナードーピング量と
スペクトル線幅の関係を示す図、第６図はドナーをドー
ピングした時、及び無注入状態での分布帰還型半導体レ
ーザで活性層の構造を一定として回折格子の周期を変え
ることにより発振波長（光子エネルギ）を変えた時のし
きい値電流密度を示す図、第７図はドナードーピングを
した時の利得スペクトルを示す図である。 １は上部電極、２はコンタクト層、３は上部クラッド層
、４は量子井戸活性層、５は下部クラッド層、６は基板
、７は上部電極、８は井戸層、９はバリア層。
、第２図はドナーをドーピングした時、及び無注入状態
での光子エネルギーと電子の状態密度及び電子の分布を
示す図、第３図はドナーをドーピングした時、及び無注
入状態での利得スペクトルを示す図、第４図はドナーを
ドーピングした時、及び無注入状態での注入電流密度と
ピークの関係を示す図、第５図はドナードーピング量と
スペクトル線幅の関係を示す図、第６図はドナーをドー
ピングした時、及び無注入状態での分布帰還型半導体レ
ーザで活性層の構造を一定として回折格子の周期を変え
ることにより発振波長（光子エネルギ）を変えた時のし
きい値電流密度を示す図、第７図はドナードーピングを
した時の利得スペクトルを示す図である。 １は上部電極、２はコンタクト層、３は上部クラッド層
、４は量子井戸活性層、５は下部クラッド層、６は基板
、７は上部電極、８は井戸層、９はバリア層。
Claims (3)
- （１）単一又は多重量子井戸構造の活性層を有する半導
体レーザにおいて、 上記活性層の井戸層又はバリア層の少なくとも一方にｎ
形不純物をドーピングしたものであることを特徴とする
半導体レーザ。 - （２）上記単一又は多重量子井戸構造の活性層を有する
半導体レーザは、そのしきい値利得が高められているも
のである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。 - （３）上記単一又は多重量子井戸構造の活性層を有する
半導体レーザは、波長選択性のある共振器構造を有する
ものである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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19777886A JPS6353990A (ja) | 1986-08-22 | 1986-08-22 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19777886A JPS6353990A (ja) | 1986-08-22 | 1986-08-22 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6353990A true JPS6353990A (ja) | 1988-03-08 |
Family
ID=16380191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19777886A Pending JPS6353990A (ja) | 1986-08-22 | 1986-08-22 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6353990A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6064492A (ja) * | 1983-09-19 | 1985-04-13 | Rohm Co Ltd | 半導体レ−ザおよびその製造方法 |
| JPS62249469A (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-30 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体集積回路 |
-
1986
- 1986-08-22 JP JP19777886A patent/JPS6353990A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6064492A (ja) * | 1983-09-19 | 1985-04-13 | Rohm Co Ltd | 半導体レ−ザおよびその製造方法 |
| JPS62249469A (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-30 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体集積回路 |
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