JPH0576794B2 - - Google Patents
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- JPH0576794B2 JPH0576794B2 JP59019602A JP1960284A JPH0576794B2 JP H0576794 B2 JPH0576794 B2 JP H0576794B2 JP 59019602 A JP59019602 A JP 59019602A JP 1960284 A JP1960284 A JP 1960284A JP H0576794 B2 JPH0576794 B2 JP H0576794B2
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- active layer
- semiconductor
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- 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
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
-
- 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
- H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
-
- 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
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザー特に単一量子井戸構造
半導体レーザーの改良に関する。
半導体レーザーの改良に関する。
従来例として、AlGaAs／GaAs単一量子井戸
構造半導体レーザーの主要部のエネルギーバンド
図を第１図ａに原子配置の模式図を第１図ｂに示
す。図中、１はｎ−Alx1Ga1-x1As（x1≠０）から
なるｎ型キヤリア閉じ込め層、２はGaAsからな
る活性層、３はＰ−Alx2Ga1-x2As（x2≠０）から
なるＰ型キヤリア閉じ込め層である。第１図ｂに
おいて斜線を施した丸はAl原子、斜線のない白
丸はGa原子を表わしている。又、As原子は紙面
に対して垂直方向にずれたところに位置し、ここ
には示していない。図中、AlGaAsのAl濃度は約
0.3の場合である。この図に示される様にAl原子
はかなりクラスター状にかたまつて配置してい
る。このためｂ図中央の活性層２のGaAsの厚さ
は本来９原子層であるべきところが、10原子層や
11原子層となつている箇所もあることがわかる。
したがつてこの様なAlとGaの混晶のキヤリア閉
じ込め層を用いた量子井戸構造を形成する場合に
は量子井戸層の厚さは必然的に１〜２原子層の厚
さの不均一が膜面内に存在してしまうことにな
る。この様な不均一性は量子化レベルの不均一を
伴うため半導体レーザの利得スペクトルの広がり
を引き起こし閾値電流の増大を招いていた。
構造半導体レーザーの主要部のエネルギーバンド
図を第１図ａに原子配置の模式図を第１図ｂに示
す。図中、１はｎ−Alx1Ga1-x1As（x1≠０）から
なるｎ型キヤリア閉じ込め層、２はGaAsからな
る活性層、３はＰ−Alx2Ga1-x2As（x2≠０）から
なるＰ型キヤリア閉じ込め層である。第１図ｂに
おいて斜線を施した丸はAl原子、斜線のない白
丸はGa原子を表わしている。又、As原子は紙面
に対して垂直方向にずれたところに位置し、ここ
には示していない。図中、AlGaAsのAl濃度は約
0.3の場合である。この図に示される様にAl原子
はかなりクラスター状にかたまつて配置してい
る。このためｂ図中央の活性層２のGaAsの厚さ
は本来９原子層であるべきところが、10原子層や
11原子層となつている箇所もあることがわかる。
したがつてこの様なAlとGaの混晶のキヤリア閉
じ込め層を用いた量子井戸構造を形成する場合に
は量子井戸層の厚さは必然的に１〜２原子層の厚
さの不均一が膜面内に存在してしまうことにな
る。この様な不均一性は量子化レベルの不均一を
伴うため半導体レーザの利得スペクトルの広がり
を引き起こし閾値電流の増大を招いていた。
本発明の目的は、量子井戸層の膜面内不均一が
無くしたがつて利得スペクトルが狭く、低閾値の
半導体レーザを提供することにある。
無くしたがつて利得スペクトルが狭く、低閾値の
半導体レーザを提供することにある。
本発明の半導体レーザーは、活性層と、この活
性層を上下にはさみ前記活性層に比し大きな禁制
帯幅を有し２つの元素からなる化合物半導体から
なる第１及び第２半導体層とこの第１及び第２半
導体層と前記活性層からなる３層構造を上下には
さみ前記活性層に比し大きな禁制帯幅を有し、少
なくとも３つ以上の元素からなる化合物半導体か
らなる第３及び第４半導体層とを備え、前記第１
及び第２半導体層の厚みが、それぞれ電子及び正
孔が量子力学的トンネル現象によつて通過できる
程度の厚さになつている。
性層を上下にはさみ前記活性層に比し大きな禁制
帯幅を有し２つの元素からなる化合物半導体から
なる第１及び第２半導体層とこの第１及び第２半
導体層と前記活性層からなる３層構造を上下には
さみ前記活性層に比し大きな禁制帯幅を有し、少
なくとも３つ以上の元素からなる化合物半導体か
らなる第３及び第４半導体層とを備え、前記第１
及び第２半導体層の厚みが、それぞれ電子及び正
孔が量子力学的トンネル現象によつて通過できる
程度の厚さになつている。
次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
本発明の一実施例の断面図を第２図に示す。図
中、６はｎ−GaAs基板、７はバツフアー層（ｎ
−GaAs）、８はｎ型クラツド層（ｎ−
Alx8Ga1-x8As、0.2≦x8≦0.8、厚さ0.5〜3μｍ）
１はｎ型キヤリア閉じ込め層（ｎ−Alx1Ga1-x1
As、0.1≦x1≦0.4、x1＜x8、厚さ0.05〜0.3μｍ）、
４はｎ型AlAs層（厚さ≦20Å）、２は活性層
（nondope GaAs、厚さ≦200Å）、５はＰ型AlAs
層（厚さ≦20Å）、３はＰ型キヤリア閉じ込め層
（Ｐ−Alx3Ga1-x3As、0.1≦x3≦0.4、厚さ0.05〜
0.3μｍ）、９はＰ型クラツド層（Ｐ−Alx9Ga1-x9
As、x9＞x8、0.2≦x9≦0.8、厚さ0.5〜3μｍ）、１
０はキヤツプ層（P+−GaAs）、１１はSiO2膜、
１２はＰ型電極、１３はｎ型電極、１４は電極窓
である。尚、この例ではｎ型キヤリア閉じ込め層
１が第３半導体層に、ｎ型AlAs層４が第１半導
体層に、Ｐ型AlAs層５が第２半導体層に、Ｐ型
キヤリア閉じ込め層３が第４半導体層に相当す
る。本実施例では、ｎ型キヤリア閉じ込め層１及
びＰ型キヤリア閉じ込め層３は光ガイド層として
働くため、光とキヤリアを別々の層で閉じ込める
いわゆるSCH（Separate Confinement
Heterostvucture）構造となつている。本実施例
の活性層近傍のエネルギーバンド図を第３図ａ
に、原子配置の模式図を第３図ｂに示す。従来例
と異なる点は、ｎ型AlAs層４及びＰ型AlAs層５
を備えている点である。第３図ｂでは第１図ｂと
同様に斜線丸がAl原子、白丸がGa原子を示して
いる。第３図ｂで示される様に、ｎ型AlAs層４
及びＰ型AlAs層５が活性層２を上下にはさんで
いるため活性層２の厚さは膜面内均一に９原子層
となつていることがわかる。したがつて、活性層
２の厚みが均一なため量子化レベルが膜面内で均
一となり利得スペクトルが狭く、低閾値電流発振
が可能となる。又ｎ型AlAs層４及びＰ型AlAs層
５の厚さが第３図ｂでは２原子層と薄いため、こ
れらの層をトンネルによつて電子及び正孔が通過
し、活性層２に有効に注入出来る。
中、６はｎ−GaAs基板、７はバツフアー層（ｎ
−GaAs）、８はｎ型クラツド層（ｎ−
Alx8Ga1-x8As、0.2≦x8≦0.8、厚さ0.5〜3μｍ）
１はｎ型キヤリア閉じ込め層（ｎ−Alx1Ga1-x1
As、0.1≦x1≦0.4、x1＜x8、厚さ0.05〜0.3μｍ）、
４はｎ型AlAs層（厚さ≦20Å）、２は活性層
（nondope GaAs、厚さ≦200Å）、５はＰ型AlAs
層（厚さ≦20Å）、３はＰ型キヤリア閉じ込め層
（Ｐ−Alx3Ga1-x3As、0.1≦x3≦0.4、厚さ0.05〜
0.3μｍ）、９はＰ型クラツド層（Ｐ−Alx9Ga1-x9
As、x9＞x8、0.2≦x9≦0.8、厚さ0.5〜3μｍ）、１
０はキヤツプ層（P+−GaAs）、１１はSiO2膜、
１２はＰ型電極、１３はｎ型電極、１４は電極窓
である。尚、この例ではｎ型キヤリア閉じ込め層
１が第３半導体層に、ｎ型AlAs層４が第１半導
体層に、Ｐ型AlAs層５が第２半導体層に、Ｐ型
キヤリア閉じ込め層３が第４半導体層に相当す
る。本実施例では、ｎ型キヤリア閉じ込め層１及
びＰ型キヤリア閉じ込め層３は光ガイド層として
働くため、光とキヤリアを別々の層で閉じ込める
いわゆるSCH（Separate Confinement
Heterostvucture）構造となつている。本実施例
の活性層近傍のエネルギーバンド図を第３図ａ
に、原子配置の模式図を第３図ｂに示す。従来例
と異なる点は、ｎ型AlAs層４及びＰ型AlAs層５
を備えている点である。第３図ｂでは第１図ｂと
同様に斜線丸がAl原子、白丸がGa原子を示して
いる。第３図ｂで示される様に、ｎ型AlAs層４
及びＰ型AlAs層５が活性層２を上下にはさんで
いるため活性層２の厚さは膜面内均一に９原子層
となつていることがわかる。したがつて、活性層
２の厚みが均一なため量子化レベルが膜面内で均
一となり利得スペクトルが狭く、低閾値電流発振
が可能となる。又ｎ型AlAs層４及びＰ型AlAs層
５の厚さが第３図ｂでは２原子層と薄いため、こ
れらの層をトンネルによつて電子及び正孔が通過
し、活性層２に有効に注入出来る。
次に本実施例の製造方法について説明する。ま
ず最初にｎ−GaAs基板６上にバツフアー層７、
ｎ型クラツド層８、ｎ型キヤリア閉じ込め層１、
ｎ型AlAs層４、活性層２、Ｐ型AlAs層５、Ｐ型
キヤリア閉じ込め層３、Ｐ型クラツド層９、キヤ
ツプ層１０を順次結晶成長する。結晶成長方法は
MBE法、MO−CVD法VPE法等々のいずれの方
法を用いても良い。次にSiO2膜１１を形成し、
フオトエツチング法により電極窓１４を形成す
る。次にＰ型電極１２及びｎ型電極１３を形成し
オーミツクコンタクトをとる。最後にウエハーか
ら劈開等を用いてペレツトに切出した後ステム等
に融着し電極ワイヤを取付けて完成する。
ず最初にｎ−GaAs基板６上にバツフアー層７、
ｎ型クラツド層８、ｎ型キヤリア閉じ込め層１、
ｎ型AlAs層４、活性層２、Ｐ型AlAs層５、Ｐ型
キヤリア閉じ込め層３、Ｐ型クラツド層９、キヤ
ツプ層１０を順次結晶成長する。結晶成長方法は
MBE法、MO−CVD法VPE法等々のいずれの方
法を用いても良い。次にSiO2膜１１を形成し、
フオトエツチング法により電極窓１４を形成す
る。次にＰ型電極１２及びｎ型電極１３を形成し
オーミツクコンタクトをとる。最後にウエハーか
ら劈開等を用いてペレツトに切出した後ステム等
に融着し電極ワイヤを取付けて完成する。
本実施例においては、SCH構造を用いたが、
これに限らず、例えばGRIN−SCH（Graded−
Index Waveguide Separate−Confinement−
Hetevosructure）構造等を用いても本発明が適
用出来ることは明らかである。又、本実施例では
電極狭窄構造としてSiO2膜ストライプ構造とし
たが、これに限らずプレーナストライプ構造、リ
ツヂ・ウエイブガイド（Ridge Wave guide）構
造、埋め込み構造等いずれの電流狭窄構造を用い
ても本発明が適用出来る。又本実施例では、活性
層にGaAsを用いたが、AlGaAsを用いても効果
が期待される。又、本実施例ではｎ−GaAs基板
を用いたがこれに限らずＰ−GaAs基板を用い
て、本実施例の導電型をすべて反対にしても良い
ことは明らかである。又、本実施例ではｎ側では
ｎ型AlAs層をＰ側ではＰ型AlAs層を備えていた
がこれに限らず、AlAsはノンドープあるいは反
対導電型であつても本発明の効果が期待出来る。
又、本実施例ではAlGaAs／GaAs系を材料に用
いていたがこれに限らずAlGaSb／GaSb系等他
の材料を用いても本発明を適用出来ることは明ら
かである。
これに限らず、例えばGRIN−SCH（Graded−
Index Waveguide Separate−Confinement−
Hetevosructure）構造等を用いても本発明が適
用出来ることは明らかである。又、本実施例では
電極狭窄構造としてSiO2膜ストライプ構造とし
たが、これに限らずプレーナストライプ構造、リ
ツヂ・ウエイブガイド（Ridge Wave guide）構
造、埋め込み構造等いずれの電流狭窄構造を用い
ても本発明が適用出来る。又本実施例では、活性
層にGaAsを用いたが、AlGaAsを用いても効果
が期待される。又、本実施例ではｎ−GaAs基板
を用いたがこれに限らずＰ−GaAs基板を用い
て、本実施例の導電型をすべて反対にしても良い
ことは明らかである。又、本実施例ではｎ側では
ｎ型AlAs層をＰ側ではＰ型AlAs層を備えていた
がこれに限らず、AlAsはノンドープあるいは反
対導電型であつても本発明の効果が期待出来る。
又、本実施例ではAlGaAs／GaAs系を材料に用
いていたがこれに限らずAlGaSb／GaSb系等他
の材料を用いても本発明を適用出来ることは明ら
かである。
第１図ａは従来例のAlGaAs／GaAs単一量子
井戸構造半導体レーザーの主要部のエネルギーバ
ンド図、第１図ｂはその原子配置の模式図であ
る。第２図は本発明の一実施例の断面図である。
第３図ａは本発明の一実施例の活性層近傍のエネ
ルギーバンド図、第３図ｂはその原子配置の模式
図である。 図中、１はｎ型キヤリア閉じ込め層、２は活性
層、３はＰ型キヤリア閉じ込め層、４はｎ型
AlAs層、５はＰ型AlAs層、６はｎ−GaAs基板、
７はバツフアー層、８はｎ型クラツド層、９はＰ
型クラツド層、１０はキヤツプ層、１１はSiO2
膜、１２はＰ型電極、１３はｎ型電極、１４は電
極窓である。
井戸構造半導体レーザーの主要部のエネルギーバ
ンド図、第１図ｂはその原子配置の模式図であ
る。第２図は本発明の一実施例の断面図である。
第３図ａは本発明の一実施例の活性層近傍のエネ
ルギーバンド図、第３図ｂはその原子配置の模式
図である。 図中、１はｎ型キヤリア閉じ込め層、２は活性
層、３はＰ型キヤリア閉じ込め層、４はｎ型
AlAs層、５はＰ型AlAs層、６はｎ−GaAs基板、
７はバツフアー層、８はｎ型クラツド層、９はＰ
型クラツド層、１０はキヤツプ層、１１はSiO2
膜、１２はＰ型電極、１３はｎ型電極、１４は電
極窓である。
Claims (1)
- １ 活性層とこの活性層を上下にはさみ前記活性
層に比し、大きな禁制帯幅を有し２つの元素から
なる化合物半導体からなる第１及び第２半導体層
と、この第１及び第２半導体層と前記活性層から
なる量子井戸型３層構造を上下にはさみ前記活性
層に比し大きな禁制帯幅を有し、少なくとも３つ
以上の元素からなる化合物半導体からなる第３及
び第４半導体層を備え、前記第１及び第２半導体
層の厚みが、それぞれ電子及び正孔が量子力学的
トンネル現象によつて通過できる程度の厚さにな
つていることを特徴とする半導体レーザー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1960284A JPS60164379A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 半導体レ−ザ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1960284A JPS60164379A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 半導体レ−ザ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60164379A JPS60164379A (ja) | 1985-08-27 |
| JPH0576794B2 true JPH0576794B2 (ja) | 1993-10-25 |
Family
ID=12003754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1960284A Granted JPS60164379A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 半導体レ−ザ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60164379A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE36431E (en) * | 1992-02-05 | 1999-12-07 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser element and laser device using the same element |
| US5467364A (en) * | 1992-02-05 | 1995-11-14 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Semiconductor laser element and laser device using the same element |
| CA2138912C (en) * | 1993-12-24 | 1999-05-04 | Shoji Ishizaka | Semiconductor laser device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1137605A (en) * | 1979-01-15 | 1982-12-14 | Donald R. Scifres | High output power laser |
-
1984
- 1984-02-06 JP JP1960284A patent/JPS60164379A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60164379A (ja) | 1985-08-27 |
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