JPH0377677B2 - - Google Patents
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- JPH0377677B2 JPH0377677B2 JP10781882A JP10781882A JPH0377677B2 JP H0377677 B2 JPH0377677 B2 JP H0377677B2 JP 10781882 A JP10781882 A JP 10781882A JP 10781882 A JP10781882 A JP 10781882A JP H0377677 B2 JPH0377677 B2 JP H0377677B2
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- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- H—ELECTRICITY
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- 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
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
- H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
-
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- 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
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- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
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- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
-
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- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は閾値電流の変化が環境温度の変化に対
して小さく、出力レベルの変動が少ない高効率半
導体レーザに関する。
して小さく、出力レベルの変動が少ない高効率半
導体レーザに関する。
温度が変化しても出力レベルの変動が少ない耐
環境性に優れた高効率半導体レーザは光フアイバ
通信用の光源として望まれるものであり、又半導
体レーザと電子素子とを集積化して動作させた場
合に熱が発生してもレーザ出力の変動が少ないと
いうことは装置全体の信頼性の向上につながる。
環境性に優れた高効率半導体レーザは光フアイバ
通信用の光源として望まれるものであり、又半導
体レーザと電子素子とを集積化して動作させた場
合に熱が発生してもレーザ出力の変動が少ないと
いうことは装置全体の信頼性の向上につながる。
温度変化による出力変動を低減させる方法とし
て活性層厚をキヤリアのド・ブロイ波長程度に薄
くした構造のレーザが従来提案されている。ここ
でド・ブロイ波長λdとはプランク定数ｈ及びキ
ヤリアの運動量Ｐを用い、λd＝ｈ／ｐで定義さ
れる量で従えばGaAsではλd〜300Å位でありキ
ヤリアの拡散長に比べれば小さな値である。この
様に薄い活性層内では電子及び正孔は厚さ方向の
運動が量子化された二次元電子及び正孔の状態と
なる。第１図はダブルヘテロ構造で厚さが量子論
的寸法の薄い活性層からなる半導体レーザに順方
向にバイアス電圧を印加している状態でのバンド
図を模式的に示したものである。同図に於いて、
１１はｎ型半導体層、１２は活性半導体層、１３
はＰ型半導体層、１４１及び１４２は活性層が量
子論的寸法なるが故に現われる離散的な伝導帯エ
ネルギー準位。又１５１及び１５２は同様に価電
子帯に現われる離散的な価電子帯エネルギー準
位、でありエネルギー準位が伝導帯、価電子帯に
それぞれ２準位ずつ出来ている場合を示してい
る。ｎ型半導体層１１及びＰ型半導体層１３の禁
制帯幅は活性半導体層１２の禁制帯幅よりも大き
い。活性層厚がド・ブロイ波長よりもずつと厚い
半導体レーザに比べ、第１図の如き活性層厚が
ド・ブロイ波長程度、或いはそれ以下の半導体レ
ーザでは、活性層内でのキヤリアは層厚方向の運
動に対しては離散的なエネルギー準位で示される
如く少数のエネルギー状態しか取り得ない。キヤ
リアの占有し得るエネルギー状態が少ない程、
個々のエネルギー状態、とりわけレーザ発振に関
係するエネルギー状態に蓄積されるキヤリア数の
外部の温度変化による変動は小さくなるので、第
１図の半導体レーザの閾値電流や光出力の温度依
存性は小さくなる。
て活性層厚をキヤリアのド・ブロイ波長程度に薄
くした構造のレーザが従来提案されている。ここ
でド・ブロイ波長λdとはプランク定数ｈ及びキ
ヤリアの運動量Ｐを用い、λd＝ｈ／ｐで定義さ
れる量で従えばGaAsではλd〜300Å位でありキ
ヤリアの拡散長に比べれば小さな値である。この
様に薄い活性層内では電子及び正孔は厚さ方向の
運動が量子化された二次元電子及び正孔の状態と
なる。第１図はダブルヘテロ構造で厚さが量子論
的寸法の薄い活性層からなる半導体レーザに順方
向にバイアス電圧を印加している状態でのバンド
図を模式的に示したものである。同図に於いて、
１１はｎ型半導体層、１２は活性半導体層、１３
はＰ型半導体層、１４１及び１４２は活性層が量
子論的寸法なるが故に現われる離散的な伝導帯エ
ネルギー準位。又１５１及び１５２は同様に価電
子帯に現われる離散的な価電子帯エネルギー準
位、でありエネルギー準位が伝導帯、価電子帯に
それぞれ２準位ずつ出来ている場合を示してい
る。ｎ型半導体層１１及びＰ型半導体層１３の禁
制帯幅は活性半導体層１２の禁制帯幅よりも大き
い。活性層厚がド・ブロイ波長よりもずつと厚い
半導体レーザに比べ、第１図の如き活性層厚が
ド・ブロイ波長程度、或いはそれ以下の半導体レ
ーザでは、活性層内でのキヤリアは層厚方向の運
動に対しては離散的なエネルギー準位で示される
如く少数のエネルギー状態しか取り得ない。キヤ
リアの占有し得るエネルギー状態が少ない程、
個々のエネルギー状態、とりわけレーザ発振に関
係するエネルギー状態に蓄積されるキヤリア数の
外部の温度変化による変動は小さくなるので、第
１図の半導体レーザの閾値電流や光出力の温度依
存性は小さくなる。
しかしながら、活性層が１層だけから成り薄い
ので通常の厚い場合に比べて同一電流値に於いて
キヤリア密度が高くなり、電子はヘテロ障壁を越
えてＰ型半導体層１３に、又正孔はｎ型半導体層
１１に洩れてしまい発光に関係しない電流成分が
相対的に増えてしまい、効率の低下を生ずるとい
う欠点がある。
ので通常の厚い場合に比べて同一電流値に於いて
キヤリア密度が高くなり、電子はヘテロ障壁を越
えてＰ型半導体層１３に、又正孔はｎ型半導体層
１１に洩れてしまい発光に関係しない電流成分が
相対的に増えてしまい、効率の低下を生ずるとい
う欠点がある。
本発明はこの様な欠点を除去し、効率の高い、
閾値電流の温度変化が小さな半導体レーザを実現
することを目的としたもので、電子及び正孔の
ド・ブロイ波長程度、或いはそれ以下の厚さを有
する活性半導体層と、この活性半導体層よりも禁
制帯幅が大きな半導体層とが交互に積層され、前
記活性半導体層を伝播する光の伝播方向に平行な
側面が前記活性半導体層よりも禁制帯幅の大きい
半導体層で覆われた構造を具備し、この半導体層
を通して前記活性半導体層に電流注入が行なわれ
る。
閾値電流の温度変化が小さな半導体レーザを実現
することを目的としたもので、電子及び正孔の
ド・ブロイ波長程度、或いはそれ以下の厚さを有
する活性半導体層と、この活性半導体層よりも禁
制帯幅が大きな半導体層とが交互に積層され、前
記活性半導体層を伝播する光の伝播方向に平行な
側面が前記活性半導体層よりも禁制帯幅の大きい
半導体層で覆われた構造を具備し、この半導体層
を通して前記活性半導体層に電流注入が行なわれ
る。
以下図面を用いて詳細に説明する。
第２図は本発明に係わる一実施例である。同図
に於いて、２１は半絶縁性GaAs基板、２２１，
２２２，２２３，２２４及び２２５は高抵抗
AlxGa1−xAs、２３１，２３２，２３３及び２
３４はGaAsで活性半導体層となる。２４はn+型
AlyGa1−yAs、２５はP+型AlyGa1−yAs、２６
はｐ型の電極、２７はｎ型の電極である。但し０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。共振器の軸方向は
紙面垂直方向である。製造に当つては半絶縁性
GaAs基板２１の上に分子線成長法で高抵抗
AlxGa1−xAs２２１を約1μm成長させ、次に
GaAs２３１，２３２，２３３及び２３４と高抵
抗AlxGa1−xAs２２２，２２３及び２２４を交
互に約150Åの厚さで成長させ、次に高抵抗
AlxGa1−xAs２２５を約1μm成長させる。その
後、n+型AlyGa1−yAs２４とP+型AlyGa1−yAs
２５となる部分をエツチングで落とし、そこに
n+型のAlyGa1−yAsを気相成長させ、左側の部
分にのみZnを選択拡散させてP+型AlyGa1−yAs
２５を作り、最後に電極２６及び２７を形成す
る。本実施例では活性半導体層となるGaAs２３
１，２３２，２３３及び２３４の層厚はド・ブロ
イ波長の約1/2の厚さとなつている。電流は電極
２６からP+AlyGa1−yAs２５へ流れ、GaAs２３
１，２３２，２３３及び２３４を通じてn+型
AlyGa1−yAs２４、電極２７に流れる。高抵抗
AlxGa1−xAs２２１，２２２，２２３，２２４
及び２２５の禁制帯幅はGaAs２３１，２３２，
２３３及び２３４の禁制帯幅より大きく、第２図
の一点鎖線で示した層厚方向でのバンド図は第３
図の様になつておりGaAs２３１，２３２，２３
３及び２３４の伝導帯、価電子帯に離散的なエネ
ルギー準位が生じている。但し図では伝導帯、価
電子帯にそれぞれ２つずつのエネルギー準位が生
じている場合を示してある。活性半導体層は電流
が注入される層厚に平行な方向に対して禁制帯幅
の大きなn+Al1−yGayAs２４とP+Al1−yGayAs
２５で挾まれたダブルヘテロ構造となつているの
でキヤリアは活性半導体層に効率良く注入され発
振が起こる。n+Al1−yGayAs２４とP+Al1−
yGayAs２５を通して活性半導体層に横方向より
電流注入を行なうことによつて、効率良く、一様
にキヤリア注入を行なうことができるという特徴
がある。多層の活性半導体層に縦方向（＝積層方
向）に電流を流してキヤリア注入しようとして
も、それぞれの活性半導体層に一様にキヤリア注
入を行なうことは難しく、この方法では閾値電流
の温度変化を小さくするという特性を充分に実現
することは困難である。従つて横方向より電流注
入を行うことは、本発明にとつて不可欠の構成要
素である。又、横方向注入の半導体レーザはプレ
ーナ構造にできるので縦方向に電流注入する半導
体レーザに比べて電子素子との集積化も容易にな
る。活性半導体層が薄く１層から成り、第１図の
如きバンド図で示される従来の半導体レーザでは
活性層厚が薄いために、注入電流が増えるにつれ
てヘテロ障壁を越えて発光に寄与しない無効電流
が増大するが、本実施例によれば活性半導体層は
４層から成るので同一電流値でも活性層１層当り
のキヤリア密度は1/4になり低減する。その結果
活性半導体層２３１，２３２，２３３及び２３４
とn+Al1−yGayAs２４の間のヘテロ障壁を越え
る正孔の数は減り、同様に活性半導体層２３１，
２３２，２３３及び２３４とP+Al1−yGayAs２
５の間のヘテロ障壁を越える電子の数は減るの
で、発光に寄与しない電流成分を少なくすること
が出来る。
に於いて、２１は半絶縁性GaAs基板、２２１，
２２２，２２３，２２４及び２２５は高抵抗
AlxGa1−xAs、２３１，２３２，２３３及び２
３４はGaAsで活性半導体層となる。２４はn+型
AlyGa1−yAs、２５はP+型AlyGa1−yAs、２６
はｐ型の電極、２７はｎ型の電極である。但し０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。共振器の軸方向は
紙面垂直方向である。製造に当つては半絶縁性
GaAs基板２１の上に分子線成長法で高抵抗
AlxGa1−xAs２２１を約1μm成長させ、次に
GaAs２３１，２３２，２３３及び２３４と高抵
抗AlxGa1−xAs２２２，２２３及び２２４を交
互に約150Åの厚さで成長させ、次に高抵抗
AlxGa1−xAs２２５を約1μm成長させる。その
後、n+型AlyGa1−yAs２４とP+型AlyGa1−yAs
２５となる部分をエツチングで落とし、そこに
n+型のAlyGa1−yAsを気相成長させ、左側の部
分にのみZnを選択拡散させてP+型AlyGa1−yAs
２５を作り、最後に電極２６及び２７を形成す
る。本実施例では活性半導体層となるGaAs２３
１，２３２，２３３及び２３４の層厚はド・ブロ
イ波長の約1/2の厚さとなつている。電流は電極
２６からP+AlyGa1−yAs２５へ流れ、GaAs２３
１，２３２，２３３及び２３４を通じてn+型
AlyGa1−yAs２４、電極２７に流れる。高抵抗
AlxGa1−xAs２２１，２２２，２２３，２２４
及び２２５の禁制帯幅はGaAs２３１，２３２，
２３３及び２３４の禁制帯幅より大きく、第２図
の一点鎖線で示した層厚方向でのバンド図は第３
図の様になつておりGaAs２３１，２３２，２３
３及び２３４の伝導帯、価電子帯に離散的なエネ
ルギー準位が生じている。但し図では伝導帯、価
電子帯にそれぞれ２つずつのエネルギー準位が生
じている場合を示してある。活性半導体層は電流
が注入される層厚に平行な方向に対して禁制帯幅
の大きなn+Al1−yGayAs２４とP+Al1−yGayAs
２５で挾まれたダブルヘテロ構造となつているの
でキヤリアは活性半導体層に効率良く注入され発
振が起こる。n+Al1−yGayAs２４とP+Al1−
yGayAs２５を通して活性半導体層に横方向より
電流注入を行なうことによつて、効率良く、一様
にキヤリア注入を行なうことができるという特徴
がある。多層の活性半導体層に縦方向（＝積層方
向）に電流を流してキヤリア注入しようとして
も、それぞれの活性半導体層に一様にキヤリア注
入を行なうことは難しく、この方法では閾値電流
の温度変化を小さくするという特性を充分に実現
することは困難である。従つて横方向より電流注
入を行うことは、本発明にとつて不可欠の構成要
素である。又、横方向注入の半導体レーザはプレ
ーナ構造にできるので縦方向に電流注入する半導
体レーザに比べて電子素子との集積化も容易にな
る。活性半導体層が薄く１層から成り、第１図の
如きバンド図で示される従来の半導体レーザでは
活性層厚が薄いために、注入電流が増えるにつれ
てヘテロ障壁を越えて発光に寄与しない無効電流
が増大するが、本実施例によれば活性半導体層は
４層から成るので同一電流値でも活性層１層当り
のキヤリア密度は1/4になり低減する。その結果
活性半導体層２３１，２３２，２３３及び２３４
とn+Al1−yGayAs２４の間のヘテロ障壁を越え
る正孔の数は減り、同様に活性半導体層２３１，
２３２，２３３及び２３４とP+Al1−yGayAs２
５の間のヘテロ障壁を越える電子の数は減るの
で、発光に寄与しない電流成分を少なくすること
が出来る。
以上具体的実施例と共に説明した様に、本発明
によれば高効率で閾値電流の温度変化が小さい半
導体レーザが実現出来、特にヘテロ障壁の小さな
材料を用いた場合に有効となる。
によれば高効率で閾値電流の温度変化が小さい半
導体レーザが実現出来、特にヘテロ障壁の小さな
材料を用いた場合に有効となる。
第１図は従来の半導体レーザのバンド図、第２
図は本発明に係わる一実施例、第３図はそのバン
ド図である。 １１はｎ型半導体層、１２は活性半導体層、１
３はＰ型半導体層、１４１及び１４２は伝導帯エ
ネルギー準位、１５１及び１５２は価電子帯エネ
ルギー準位、２１は半絶縁性GaAs基板、２２
１，２２２，２２３，２２４及び２２５は高抵抗
AlxGa1−xAs、２３１，２３２，２３３及び２
３４はGaAs、２４はn+型AlyGa1−yAs、２５は
P+型AlyGa1−yAs、２６及び２７は電極である。
図は本発明に係わる一実施例、第３図はそのバン
ド図である。 １１はｎ型半導体層、１２は活性半導体層、１
３はＰ型半導体層、１４１及び１４２は伝導帯エ
ネルギー準位、１５１及び１５２は価電子帯エネ
ルギー準位、２１は半絶縁性GaAs基板、２２
１，２２２，２２３，２２４及び２２５は高抵抗
AlxGa1−xAs、２３１，２３２，２３３及び２
３４はGaAs、２４はn+型AlyGa1−yAs、２５は
P+型AlyGa1−yAs、２６及び２７は電極である。
Claims (1)
- １ 電子及び正孔のドブロイ波長程度あるいはそ
れ以下の厚さを有する活性半導体層と、この活性
半導体層よりも禁制帯幅が大きい半導体層とが交
互に積層された多層構造を備え、さらにこの多層
構造における、活性半導体層内を伝播する光の伝
播方向に平行な面が前記活性半導体層よりも大き
な禁制帯幅を有する半導体層で覆われた構造を具
備し、この半導体層を通して前記活性半導体層に
電流注入が行われる手段を備えてなることを特徴
とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10781882A JPS58225680A (ja) | 1982-06-23 | 1982-06-23 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10781882A JPS58225680A (ja) | 1982-06-23 | 1982-06-23 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58225680A JPS58225680A (ja) | 1983-12-27 |
| JPH0377677B2 true JPH0377677B2 (ja) | 1991-12-11 |
Family
ID=14468808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10781882A Granted JPS58225680A (ja) | 1982-06-23 | 1982-06-23 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58225680A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8304008A (nl) * | 1983-11-22 | 1985-06-17 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. |
| JPS60235491A (ja) * | 1984-05-08 | 1985-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ |
| JPS6267890A (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-27 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ |
| JP2800897B2 (ja) * | 1987-11-27 | 1998-09-21 | 株式会社日立製作所 | 光増幅器 |
| US5075743A (en) * | 1989-06-06 | 1991-12-24 | Cornell Research Foundation, Inc. | Quantum well optical device on silicon |
-
1982
- 1982-06-23 JP JP10781882A patent/JPS58225680A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58225680A (ja) | 1983-12-27 |
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