JPH02209781A - 超格子半導体レーザ - Google Patents
超格子半導体レーザInfo
- Publication number
- 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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- Japan
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- superlattice
- semiconductor
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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、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。
の向上に関するものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
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、。
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、。
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。
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。
次に動作について説明する。
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。
、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。
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。
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。
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
。
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
。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- （１）超格子構造を発光再結合領域に有する超格子半導
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3025189A JPH02209781A (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 超格子半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3025189A JPH02209781A (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 超格子半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02209781A true JPH02209781A (ja) | 1990-08-21 |
Family
ID=12298493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3025189A Pending JPH02209781A (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 超格子半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02209781A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02228088A (ja) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Nec Corp | 量子井戸レーザ |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP3025189A patent/JPH02209781A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02228088A (ja) * | 1989-02-28 | 1990-09-11 | Nec Corp | 量子井戸レーザ |
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