JPH02209781A - Superlattice semiconductor laser - Google Patents
Superlattice semiconductor laserInfo
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- JPH02209781A JPH02209781A JP3025189A JP3025189A JPH02209781A JP H02209781 A JPH02209781 A JP H02209781A JP 3025189 A JP3025189 A JP 3025189A JP 3025189 A JP3025189 A JP 3025189A JP H02209781 A JPH02209781 A JP H02209781A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、超格子半導体レーザに関し、特にその性能
の向上に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a superlattice semiconductor laser, and particularly to improving its performance.
第2図(alは従来の二重へテロ接合半導体レーザの構
造を示す図であり、図において8、lはn側電極、2は
n型(以下n−と記す)オーミック層、3はn−クラッ
ド層、5′は活性層、7はp型(以下p−と記す)クラ
ッド層、8はp−オーミック層、9はp側電極である。FIG. 2 (al is a diagram showing the structure of a conventional double heterojunction semiconductor laser; in the figure, 8 and l are n-side electrodes, 2 is an n-type (hereinafter referred to as n-) ohmic layer, and 3 is an n-side electrode). - cladding layer, 5' is an active layer, 7 is a p-type (hereinafter referred to as p-) cladding layer, 8 is a p-ohmic layer, and 9 is a p-side electrode.
また第2図(blは「レーザと光通信」 (宇田新太部
著、丸善、1973年、p85)に示された、第2図(
a)に示す構造の半導体レーザの活性層及びクランド層
部分のポテンシャルダイヤグラムを示す図であり、図に
おいて、10は伝導帯、11は価電子帯、12は電子、
13は正孔、14はレーザ光である。In addition, Figure 2 (bl is shown in "Laser and Optical Communication" (written by Aratabe Uda, Maruzen, 1973, p. 85),
2 is a diagram showing a potential diagram of the active layer and ground layer portions of the semiconductor laser having the structure shown in a), in which 10 is a conduction band, 11 is a valence band, 12 is an electron,
13 is a hole, and 14 is a laser beam.
この従来の半導体レーザ素子においては、キャリアおよ
び光の閉じ込めのために、活性層5′を構成する半導体
のエネルギーギャップEつによりもエネルギーギャップ
が大きく、屈折率の小さい半導体(エネルギーギャップ
E’:<E:)でクラッド層3.7が構成される。この
時、クラッド層3.7より注入されるキャリア(電子と
正孔)は、初めはクラッド層半導体の伝導帯底(電子)
、価電子帯頂上(正孔)を占めている。これらのキャリ
アが活性層半導体中へ移動して行き、クラッド層よりも
小さいエネルギーギャップをもつ活性層半導体の伝導帯
底(電子)および価電子帯頂上(正札)を占めるために
は非弾性散乱過程により余分のエネルギー(E@−E、
)を失わなければならず、このエネルギー緩和過程(通
常は縦光学フォノン、音響フォノン散乱による)が活性
層における発光再結合量子効率、発光応答速度を低下さ
せる根本的原因となる。In this conventional semiconductor laser device, the energy gap is larger than the energy gap E of the semiconductor constituting the active layer 5', and the energy gap E':< E:) constitutes the cladding layer 3.7. At this time, the carriers (electrons and holes) injected from the cladding layer 3.7 are initially at the bottom of the conduction band (electrons) of the cladding layer semiconductor.
, occupies the top of the valence band (holes). An inelastic scattering process is required for these carriers to move into the active layer semiconductor and occupy the conduction band bottom (electrons) and valence band top (regular tag) of the active layer semiconductor, which has an energy gap smaller than that of the cladding layer. extra energy (E@-E,
), and this energy relaxation process (usually caused by longitudinal optical phonon and acoustic phonon scattering) is the fundamental cause of reducing the luminescence recombination quantum efficiency and luminescence response speed in the active layer.
また、活性層の厚さがドブロイ波長程度(数百オングス
トローム)である量子井戸活性層の場合でも、同様のエ
ネルギー緩和過程によるレーザ発光の性能低下がある。Furthermore, even in the case of a quantum well active layer in which the thickness of the active layer is about the de Broglie wavelength (several hundred angstroms), the performance of laser light emission deteriorates due to a similar energy relaxation process.
従来の超格子半導体レーザは以上のように構成されてい
るので、発光再結合効率が低い、発光応答速度が遅いと
いう問題があった。Since the conventional superlattice semiconductor laser is configured as described above, there have been problems of low emission recombination efficiency and slow emission response speed.
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、n形半導体側の電子注入層から量子井戸活性
層への電子のエネルギー移動を高効率で行なえる超格子
半導体レーザを得ることを目的とする。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and provides a superlattice semiconductor laser that can transfer electron energy from the electron injection layer on the n-type semiconductor side to the quantum well active layer with high efficiency. The purpose is to
この発明に係る超格子半導体レーザは、活性層およびク
ラッド層の一部または全部に超格子または量子井戸構造
を用い、上記活性層を形成する半導体の伝導帯高次サブ
バンド準位(例、n=21子準位)エネルギーが上記ク
ラッド層を構成する半導体の伝導帯基底量子準位(n=
1)エネルギーに一致し、共鳴準位を形成するようにす
るとともに、活性層をp形にドープし、正札は活性層中
に常に存在するようにしたものである。The superlattice semiconductor laser according to the present invention uses a superlattice or quantum well structure in part or all of the active layer and the cladding layer, and has a conduction band higher-order subband level (for example, n = 21 child level) energy is the conduction band base quantum level (n =
1) The active layer is doped to p-type so as to match the energy and form a resonance level, and the active layer is always present in the active layer.
この発明においては、p型にドープされた量子井戸また
は超格子活性層を構成する半導体の伝導帯高次サブバン
ド準位エネルギーに共鳴する伝導帯基底量子準位エネル
ギーを有する量子井戸または超格子からなる電子注入層
を備えたから、活性層へ効率よく高速に電子を注入でき
、かつ正孔は常に活性層内に存在するため発光応答性を
向上できる。In this invention, a quantum well or a superlattice doped with a p-type quantum well or a superlattice having a conduction band basis quantum level energy that resonates with a conduction band higher-order subband level energy of a semiconductor constituting an active layer is used. Since the electron injection layer is provided, electrons can be injected into the active layer efficiently and at high speed, and since holes are always present in the active layer, the light emission response can be improved.
(実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。(Example〕 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例による超格子半導体レーザの
構造を示す図であり、図において、1はn側電極、2は
n型オーミック層半導体、3はn型クラッド層半導体、
4は電子注入用超格子、5はp型活性層量子井戸、7は
p型りラッド層半導体、8はp型オーミック層半導体、
9はn側電極である。また6はp型にドープした超格子
層であり、4とともに先導波層としての役割も兼ねさせ
ることができる。上記電子注入用クラッド層超格子4は
障壁層4aおよび井戸層4bの膜厚l、。FIG. 1 is a diagram showing the structure of a superlattice semiconductor laser according to an embodiment of the present invention, in which 1 is an n-side electrode, 2 is an n-type ohmic layer semiconductor, 3 is an n-type cladding layer semiconductor,
4 is a superlattice for electron injection, 5 is a p-type active layer quantum well, 7 is a p-type rad layer semiconductor, 8 is a p-type ohmic layer semiconductor,
9 is an n-side electrode. Further, 6 is a p-type doped superlattice layer, which, together with 4, can also serve as a leading wave layer. In the electron injection cladding layer superlattice 4, the barrier layer 4a and the well layer 4b have a film thickness l.
12およびそれらの層を構成する半導体のバンドギャッ
プの大きさを選ぶことによって、最低次(n=1)の伝
導帯基底量子準位が、活性層量子井戸の膜厚L2および
その障壁層として働く超格子クラッド層によって決まる
伝導帯量子準位のうち、2番目の励起量子準位(n=2
)にエネルギーが一致するように設定されている。By selecting the size of the band gap of 12 and the semiconductors constituting these layers, the lowest order (n=1) conduction band base quantum level acts as the thickness L2 of the active layer quantum well and its barrier layer. Among the conduction band quantum levels determined by the superlattice cladding layer, the second excited quantum level (n=2
) is set to match the energy.
次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.
n側電極より順方向バイアスによって注入された電子は
、n型オーミフク層2、n型クラッド層3を通し、電子
注入用超格子4より活性層5へ注入され、活性層内の正
孔と発光再結合し、従来と同様の方法により、設けられ
た励起共振器内での誘導放射過程により増幅され、レー
ザ発振が得られる。超格子層4より活性層5へ電子が注
入される際には、超格子層内では電子はバンド内緩和に
より基底量子準位を占めているために、その基底量子準
位が活性層量子井戸の2番目の励起準位(n=2)と共
鳴しているときは、活性M17に子井戸基底量子準位へ
の電子のエネルギー移動は量子学的遷移過程によって起
こるために高速、高効率に実施される。一方、正孔の供
給はp型にドープされた半導体より行われ、p型にドー
プされた活性層には絶えず正札が存在するので、レーザ
発振は正孔の供給速度には依存しない。Electrons injected from the n-side electrode with a forward bias pass through the n-type Ohmifuku layer 2 and the n-type cladding layer 3, and are injected from the electron injection superlattice 4 into the active layer 5, where they interact with holes in the active layer and emit light. They are recombined and amplified by a stimulated radiation process within the provided excitation resonator in a conventional manner to obtain laser oscillation. When electrons are injected from the superlattice layer 4 into the active layer 5, the electrons occupy the base quantum level within the superlattice layer due to intraband relaxation, so the base quantum level is located at the active layer quantum well. When the active M17 resonates with the second excited level (n=2), the electron energy transfer to the child well ground quantum level occurs through a quantum transition process, so it is fast and highly efficient. Implemented. On the other hand, holes are supplied by a p-type doped semiconductor, and holes are always present in the p-type doped active layer, so laser oscillation does not depend on the hole supply rate.
このように本実施例では電子注入用のクラッド層の一部
に超格子構造を用い、かつp型にドープされた活性層を
形成する半導体の伝導帯高次サブバンド量子準位エネル
ギーが上記クラッド層超格子を形成する半導体の伝導帯
基底量子準位エネルギーに一致し、共鳴準位を形成する
ようにしたから、電子を活性層へ高速、高効率に注入で
きる優れた超格子半導体レーザが実現できる。As described above, in this example, a superlattice structure is used for a part of the cladding layer for electron injection, and the conduction band higher subband quantum level energy of the semiconductor forming the p-type doped active layer is By matching the conduction band ground quantum level energy of the semiconductor forming the layer superlattice and forming a resonance level, an excellent superlattice semiconductor laser that can inject electrons into the active layer at high speed and with high efficiency has been realized. can.
なお、上記実施例では活性層5の量子井戸が1個で、超
格子層内の井戸層4b、6bの伝導帯底が一致する場合
、すなわち同一の半導体からなる場合を示したが、活性
層の量子井戸層は複数であってもよく、また超格子層内
の井戸層と異なる半導体であっても、共鳴している量子
準位が作り出されれば上記実施例と同様の効果を奏する
。In the above embodiment, the active layer 5 has one quantum well, and the conduction band bottoms of the well layers 4b and 6b in the superlattice layer are the same, that is, they are made of the same semiconductor. There may be a plurality of quantum well layers, and even if the semiconductor is different from the well layer in the superlattice layer, the same effect as in the above embodiment can be achieved as long as a resonant quantum level is created.
以上のように、この発明によれば超格子半導体レーザに
おいて、p型にドープされた量子井戸または超格子活性
層を構成する半導体の伝導帯高次サブバンド量子準位エ
ネルギーに共鳴する伝導帯基底量子準位エネルギーを有
する量子井戸または超格子層からなる電子注入層を備え
た構成としたから、高速で注入効率の高い超格子半導体
レーザを得ることができる効果がある。As described above, according to the present invention, in a superlattice semiconductor laser, a conduction band basis that resonates with the conduction band higher-order subband quantum level energy of a semiconductor constituting a p-type doped quantum well or a superlattice active layer. Since the structure includes an electron injection layer made of a quantum well or a superlattice layer having quantum level energy, it is possible to obtain a superlattice semiconductor laser with high speed and high injection efficiency.
第1図はこの発明の一実施例による超格子半導体レーザ
及びそのポテンシャルダイヤグラムを示す図、第2図は
従来の二重へテロ接合半導体レーザレーザ及びそのポテ
ンシャルダイヤグラムを示す図である。
1はn側電極、2はn型オーミック層半導体、3はn型
クラッド層半導体、4は電子注入用超格子層、5はp型
活性層量子井戸、6はp型超格子、7はp型りラッド層
半導体、8はp型オーミック層半導体、9はp側電極。
なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。FIG. 1 is a diagram showing a superlattice semiconductor laser according to an embodiment of the present invention and its potential diagram, and FIG. 2 is a diagram showing a conventional double heterojunction semiconductor laser and its potential diagram. 1 is an n-side electrode, 2 is an n-type ohmic layer semiconductor, 3 is an n-type cladding layer semiconductor, 4 is a superlattice layer for electron injection, 5 is a p-type active layer quantum well, 6 is a p-type superlattice, and 7 is a p-type semiconductor layer. A molded rad layer semiconductor, 8 a p-type ohmic layer semiconductor, and 9 a p-side electrode. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
体レーザにおいて、 p形にドープされた量子井戸または超格子活性層と、 該活性層半導体の高次サブバンド準位エネルギーに共鳴
する量子準位エネルギーを有する、量子井戸または超格
子からなる電子注入用半導体層とを備えたことを特徴と
する超格子半導体レーザ。(1) In a superlattice semiconductor laser having a superlattice structure in the emission recombination region, a p-type doped quantum well or a superlattice active layer, and a quantum well that resonates with the higher-order subband level energy of the active layer semiconductor. 1. A superlattice semiconductor laser comprising an electron injection semiconductor layer made of a quantum well or a superlattice and having level energy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3025189A JPH02209781A (en) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | Superlattice semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3025189A JPH02209781A (en) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | Superlattice semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02209781A true JPH02209781A (en) | 1990-08-21 |
Family
ID=12298493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3025189A Pending JPH02209781A (en) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | Superlattice semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02209781A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02228088A (en) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Nec Corp | Quantum well laser |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP3025189A patent/JPH02209781A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02228088A (en) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Nec Corp | Quantum well laser |
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