JPS648477B2 - - Google Patents
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- JPS648477B2 JPS648477B2 JP15353783A JP15353783A JPS648477B2 JP S648477 B2 JPS648477 B2 JP S648477B2 JP 15353783 A JP15353783 A JP 15353783A JP 15353783 A JP15353783 A JP 15353783A JP S648477 B2 JPS648477 B2 JP S648477B2
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- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 46
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
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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
- H01S5/343—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—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 in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
-
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、高性能化した半導体レーザ装置に
関するものである。
関するものである。
従来の半導体レーザ装置は、基本的に第１図ａ
に示すような多層構造の半導体結晶で作られてい
る。たとえば、GaAs／GaAlAs系レーザを例に
とると、１はｎ−GaAs基板、２はｎ−Ga1-xAlx
As層、３はｎまたはｐ−Ga1-yAlyAs層、４はｐ
−Ga1-xAlxAs層、５はｐ−GaAs層である。な
お、ｘ＞ｙである。
に示すような多層構造の半導体結晶で作られてい
る。たとえば、GaAs／GaAlAs系レーザを例に
とると、１はｎ−GaAs基板、２はｎ−Ga1-xAlx
As層、３はｎまたはｐ−Ga1-yAlyAs層、４はｐ
−Ga1-xAlxAs層、５はｐ−GaAs層である。な
お、ｘ＞ｙである。
第１図ａのように構成すると、各層の結晶中に
含されるAl濃度の差によつて第１図ｂのような
エネルギーの分布ができ、これはそのまま屈折率
の分布ともなる。そして、レーザ光発光動作に直
接関係するのは中央３層のみであり、中央のｎま
たはｐ−Ga1-yAlyAs層３が活性層となり、両側
のｎ、ｐ−Ga1-xAlxAs層２，４はクラツド層
（隔離層）と呼ばれる。
含されるAl濃度の差によつて第１図ｂのような
エネルギーの分布ができ、これはそのまま屈折率
の分布ともなる。そして、レーザ光発光動作に直
接関係するのは中央３層のみであり、中央のｎま
たはｐ−Ga1-yAlyAs層３が活性層となり、両側
のｎ、ｐ−Ga1-xAlxAs層２，４はクラツド層
（隔離層）と呼ばれる。
レーザ光発光動作は、この活性層のエネルギー
が低いことを利用してキヤリアをここに高密度で
閉じこめるとともに、活性層の屈折率の高いこと
を利用してレーザ光を閉じこめ、両者の相互作用
を最大限高めることによつて効率よくレーザ光を
生ぜしめることができる。通常、この目的のため
にに活性層厚は約0.1μｍ程度、Al濃度はｘ−ｙ
0.3に設定される。
が低いことを利用してキヤリアをここに高密度で
閉じこめるとともに、活性層の屈折率の高いこと
を利用してレーザ光を閉じこめ、両者の相互作用
を最大限高めることによつて効率よくレーザ光を
生ぜしめることができる。通常、この目的のため
にに活性層厚は約0.1μｍ程度、Al濃度はｘ−ｙ
0.3に設定される。
さて、近年この活性層厚を一桁以上小さくし
て、およそ100Åとし、キヤリアの動きを２次元
的に制限した、いわゆる量子井戸型半導体レーザ
装置が提案された。このような半導体レーザ装置
の屈折率分布とエネルギー分布は第２図ａ，ｂに
示すが、キヤリアのエネルギー分布がせばまるた
めにレーザ光と相互作用するキヤリアの割合が増
し、また、その温度変化も少ないことから、広い
温度範囲にわたつて低いしきい値をもつ半導体レ
ーザ装置となる。
て、およそ100Åとし、キヤリアの動きを２次元
的に制限した、いわゆる量子井戸型半導体レーザ
装置が提案された。このような半導体レーザ装置
の屈折率分布とエネルギー分布は第２図ａ，ｂに
示すが、キヤリアのエネルギー分布がせばまるた
めにレーザ光と相互作用するキヤリアの割合が増
し、また、その温度変化も少ないことから、広い
温度範囲にわたつて低いしきい値をもつ半導体レ
ーザ装置となる。
第２図ａは活性層が単層の場合で、活性層厚は
前述のように非常に薄いので、キヤリアの閉じ込
めは充分でもレーザ光の閉じ込めはほとんどな
い。また、第２図ｂは井戸の数、すなわち活性層
の数を増し、キヤリア総数を増すとともに、屈折
率の高いｎまたはｐ−Ga1-yAlyAs層３の領域が
増えることによつて等価的に屈折率の高い領域の
幅が広がるため、レーザ光の閉じ込め効果を高め
たものであるが、必ずしもレーザ光の閉じ込め効
果が充分に得られないという問題がある。
前述のように非常に薄いので、キヤリアの閉じ込
めは充分でもレーザ光の閉じ込めはほとんどな
い。また、第２図ｂは井戸の数、すなわち活性層
の数を増し、キヤリア総数を増すとともに、屈折
率の高いｎまたはｐ−Ga1-yAlyAs層３の領域が
増えることによつて等価的に屈折率の高い領域の
幅が広がるため、レーザ光の閉じ込め効果を高め
たものであるが、必ずしもレーザ光の閉じ込め効
果が充分に得られないという問題がある。
そこで、キヤリアとレーザ光の閉じ込め効果を
分離することが考えられた。このような半導体レ
ーザ装置の屈折率分布とエネルギー分布は第２図
ｃ，ｄに示すもので、中央の井戸の周りに活性層
とクラツド層の中間となるAl組成領域を設け、
これによつてレーザ光を閉じ込めるものである。
分離することが考えられた。このような半導体レ
ーザ装置の屈折率分布とエネルギー分布は第２図
ｃ，ｄに示すもので、中央の井戸の周りに活性層
とクラツド層の中間となるAl組成領域を設け、
これによつてレーザ光を閉じ込めるものである。
しかしながら、第２図ｃ，ｄの構成で充分なレ
ーザ光の閉じ込めを行うにはAl濃度の段差を大
きくとる必要があり、Al濃度が２段になるため
にクラツド層のAl濃度は0.7といつた異常に高い
ものになる。
ーザ光の閉じ込めを行うにはAl濃度の段差を大
きくとる必要があり、Al濃度が２段になるため
にクラツド層のAl濃度は0.7といつた異常に高い
ものになる。
これは製作上、および素子寿命の点からも望ま
しくないという問題がある。
しくないという問題がある。
この発明は、上記の点にかんがみてなされたも
ので、複数の活性層を互に隔離する複数の隔離層
の屈折率を中央の隔離層から外側へ順次低下させ
るか、または厚さを中央の隔離層から外側へ順次
増加さる構成とし、Al濃度をそれ程上げること
なく、充分にキヤリアとレーザ光を閉じ込めるこ
とが行え、低しきい値で動作する高性能な半導体
レーザ装置を提供するものである。
ので、複数の活性層を互に隔離する複数の隔離層
の屈折率を中央の隔離層から外側へ順次低下させ
るか、または厚さを中央の隔離層から外側へ順次
増加さる構成とし、Al濃度をそれ程上げること
なく、充分にキヤリアとレーザ光を閉じ込めるこ
とが行え、低しきい値で動作する高性能な半導体
レーザ装置を提供するものである。
第３図はこの発明の一実施例を説明するための
屈接率分布とエネルギー分布を示す図で、従来例
と本質的に同等な活性領域近傍以外の領域は図示
を省略してある。
屈接率分布とエネルギー分布を示す図で、従来例
と本質的に同等な活性領域近傍以外の領域は図示
を省略してある。
活性領域は多層の量子井戸で構成され、井戸の
頂部にあたるGa1-xAlxAs層領域のAl濃度ｘは中
央が最小で、周囲（外側）へいく程階段的に増加
する構造となつており、例えば井戸の厚さが150
Å、間隔が50Åで層数を20層とすると、全体の厚
さは約0.4μｍとなる。Al濃度は、例えば活性層を
ｙ＝０とすると、井戸頂部の最小濃度は0.2クラ
ツド層のAl濃度を0.4とすれば充分である。なお、
この実施例ではレーザ光の波長が結晶中ではおよ
そ0.2μｍであるから、それぞれの活性層とクラツ
ド層の厚さはレーザ光の波長よりも薄い値であれ
ばよい。
頂部にあたるGa1-xAlxAs層領域のAl濃度ｘは中
央が最小で、周囲（外側）へいく程階段的に増加
する構造となつており、例えば井戸の厚さが150
Å、間隔が50Åで層数を20層とすると、全体の厚
さは約0.4μｍとなる。Al濃度は、例えば活性層を
ｙ＝０とすると、井戸頂部の最小濃度は0.2クラ
ツド層のAl濃度を0.4とすれば充分である。なお、
この実施例ではレーザ光の波長が結晶中ではおよ
そ0.2μｍであるから、それぞれの活性層とクラツ
ド層の厚さはレーザ光の波長よりも薄い値であれ
ばよい。
上記のように半導体レーザ装置を構成すると、
キヤリアは各井戸に閉じ込められるが、レーザ光
はキヤリアに比して、波長が長いので細かな屈折
率の分布には左右されず、平均的にみた屈折率分
布にしたがつて閉じ込められる。また、各井戸の
深さは同じであるが、井戸の頂部は中央ほど低
く、周囲へいく程高くなつている。したがつて、
平均屈折率は中央が最も高く、周囲にいく程低い
連続的変化を呈することになる。これはレーザ光
の閉じ込め効果のうえで、丁度第２図ｃと等価に
なるわけである。このため、大きなAl濃度領域
を有することなく、キヤリアとレーザ光の閉じ込
め効果を最大限発揮させ得ることができ、広い温
度範囲にわたつて低しきい値をもつ半導体レーザ
装置が得られる。
キヤリアは各井戸に閉じ込められるが、レーザ光
はキヤリアに比して、波長が長いので細かな屈折
率の分布には左右されず、平均的にみた屈折率分
布にしたがつて閉じ込められる。また、各井戸の
深さは同じであるが、井戸の頂部は中央ほど低
く、周囲へいく程高くなつている。したがつて、
平均屈折率は中央が最も高く、周囲にいく程低い
連続的変化を呈することになる。これはレーザ光
の閉じ込め効果のうえで、丁度第２図ｃと等価に
なるわけである。このため、大きなAl濃度領域
を有することなく、キヤリアとレーザ光の閉じ込
め効果を最大限発揮させ得ることができ、広い温
度範囲にわたつて低しきい値をもつ半導体レーザ
装置が得られる。
第４図はこの発明の他の実施例を説明するため
の屈折率分布とエネルギー分布を示した図で、井
戸の頂部のAl濃度は一定であるが、井戸間の間
隔が異なつている。すなわち、中央ほど井戸が近
接し、周囲（外側）へいく程井戸が離れている。
平均屈折率は屈折率の高い井戸部の密度の高い中
央ほど高く、密度の疎となる周囲ほど低くなり、
第３図のものと同様な効果が得られる。この実施
例の場合もそれぞれの活性層とクラツド層の厚さ
は、レーザ光の波長より薄い値であればよい。
の屈折率分布とエネルギー分布を示した図で、井
戸の頂部のAl濃度は一定であるが、井戸間の間
隔が異なつている。すなわち、中央ほど井戸が近
接し、周囲（外側）へいく程井戸が離れている。
平均屈折率は屈折率の高い井戸部の密度の高い中
央ほど高く、密度の疎となる周囲ほど低くなり、
第３図のものと同様な効果が得られる。この実施
例の場合もそれぞれの活性層とクラツド層の厚さ
は、レーザ光の波長より薄い値であればよい。
なお、上記実施例はGaAlAsを材料とするもの
について説明したが、一般に屈折率（またはエネ
ルギーギヤツプ）差を大きくすると格子不整合も
大きくなつて寿命に悪影響を及ぼすことが知られ
ており、GaAlAsに限られるものでなく、異なる
エネルギーギヤツプを有する半導体材料一般に適
用できるとは以上に説明した主旨から明らかであ
る。
について説明したが、一般に屈折率（またはエネ
ルギーギヤツプ）差を大きくすると格子不整合も
大きくなつて寿命に悪影響を及ぼすことが知られ
ており、GaAlAsに限られるものでなく、異なる
エネルギーギヤツプを有する半導体材料一般に適
用できるとは以上に説明した主旨から明らかであ
る。
以上詳細に説明したように、この発明の半導体
レーザ装置は複数の活性層を互に隔離する複数の
隔離層の屈折率を中央の隔離層から外側へ順次低
下させるか、または厚さを中央の隔離層から外側
へ順次増加させる構成としたので、Al濃度をそ
れ程上げることなく、寿命に悪影響を及ぼさずに
広い温度範囲にわたつて低しきい値で動作する高
性能な半導体レーザ装置が得られる利点がある。
レーザ装置は複数の活性層を互に隔離する複数の
隔離層の屈折率を中央の隔離層から外側へ順次低
下させるか、または厚さを中央の隔離層から外側
へ順次増加させる構成としたので、Al濃度をそ
れ程上げることなく、寿命に悪影響を及ぼさずに
広い温度範囲にわたつて低しきい値で動作する高
性能な半導体レーザ装置が得られる利点がある。
第１図ａは従来の半導体レーザ装置の一例を説
明するための構造を模式的に示した断面図、第１
図ｂは第１図ａの構造の屈折率分布とエネルギー
分布を示す図、第２図ａ〜ｄは従来の他の半導体
レーザ装置を説明するための屈折率分布とエネル
ギー分布を示す図、第３図はこの発明の一実施例
を説明するための屈折率分布とエネルギー分布を
示す図、第４図はこの発明の他の実施例を説明す
るための屈折率分布とエネルギー分布を示す図で
ある。 図中、１はｎ−GaAs基板、２はｎ−Ga1-xAlx
As層、３はｎまたはｐ−Ga1-yAlyAs層、４はｐ
−Ga1-xAlxAs層、５はｐ−GaAs層である。
明するための構造を模式的に示した断面図、第１
図ｂは第１図ａの構造の屈折率分布とエネルギー
分布を示す図、第２図ａ〜ｄは従来の他の半導体
レーザ装置を説明するための屈折率分布とエネル
ギー分布を示す図、第３図はこの発明の一実施例
を説明するための屈折率分布とエネルギー分布を
示す図、第４図はこの発明の他の実施例を説明す
るための屈折率分布とエネルギー分布を示す図で
ある。 図中、１はｎ−GaAs基板、２はｎ−Ga1-xAlx
As層、３はｎまたはｐ−Ga1-yAlyAs層、４はｐ
−Ga1-xAlxAs層、５はｐ−GaAs層である。
Claims (1)
- １ 複数の活性層と、この活性層を互に隔離する
前記複数の活性層より低い屈折率を有する複数の
隔離層とからなり、前記複数の活性層および前記
複数の隔離層の厚さがいずれもレーザ光の波長よ
りも薄い半導体レーザ装置において、前記複数の
隔離層の屈折率を中央の隔離層から外側へ順次低
下させるか、または前記複数の隔離層の厚さを中
央の隔離層から外側へ順次増加させたことを特徴
とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15353783A JPS6045087A (ja) | 1983-08-22 | 1983-08-22 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15353783A JPS6045087A (ja) | 1983-08-22 | 1983-08-22 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6045087A JPS6045087A (ja) | 1985-03-11 |
| JPS648477B2 true JPS648477B2 (ja) | 1989-02-14 |
Family
ID=15564679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15353783A Granted JPS6045087A (ja) | 1983-08-22 | 1983-08-22 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6045087A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0632339B2 (ja) * | 1984-12-18 | 1994-04-27 | キヤノン株式会社 | 半導体レ−ザ |
| JP2909586B2 (ja) * | 1987-06-17 | 1999-06-23 | 富士通株式会社 | 半導体発光装置 |
| JPH02116820A (ja) * | 1988-10-27 | 1990-05-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光スイッチ |
-
1983
- 1983-08-22 JP JP15353783A patent/JPS6045087A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6045087A (ja) | 1985-03-11 |
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