JPS6045087A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS6045087A JPS6045087A JP15353783A JP15353783A JPS6045087A JP S6045087 A JPS6045087 A JP S6045087A JP 15353783 A JP15353783 A JP 15353783A JP 15353783 A JP15353783 A JP 15353783A JP S6045087 A JPS6045087 A JP S6045087A
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- well
- center
- layers
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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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
- H01S5/30—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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-
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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】
〔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。
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、Ｇ ａ Ａ ａ ／ Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ！ｌ系
レーザを例にとると、１はｎ −ＧＲＡ１１基板、２は
Ｈ−Ｇａｓ−ｘＡｌ、Ａｓ層、３はｎまたはｐ Ｇａ＋
−ｙＡｌｙＡｓＪｄ、４はｐ −Ｇａｕ−！ＡｌｘＡｓ
層、５はｐ −Ｇａ Ａｓ層である。
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、Ｇ ａ Ａ ａ ／ Ｇ ａ Ａ Ｉ Ａ ！ｌ系
レーザを例にとると、１はｎ −ＧＲＡ１１基板、２は
Ｈ−Ｇａｓ−ｘＡｌ、Ａｓ層、３はｎまたはｐ Ｇａ＋
−ｙＡｌｙＡｓＪｄ、４はｐ −Ｇａｕ−！ＡｌｘＡｓ
層、５はｐ −Ｇａ Ａｓ層である。
なお、ｘ ） ｙである・
第１図（ａ）のように構成すると、各層の結晶中に含ま
れるＡＩ濃度の差によって第１図（ｂ）の工５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 Ｇ ａ １−ｙ
Ａ ｌ ｙ Ａ ｇ層３が活性層となり、両側のｎ 、
ｐ −Ｇａ５−２ＡｌｚＡｓ層２，４はクラッド層（隔
離層）と呼ばれる。
れるＡＩ濃度の差によって第１図（ｂ）の工５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 Ｇ ａ １−ｙ
Ａ ｌ ｙ Ａ ｇ層３が活性層となり、両側のｎ 、
ｐ −Ｇａ５−２ＡｌｚＡｓ層２，４はクラッド層（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
とを利用してキャ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眼窩めることによって
効率よくレーザ光を生ぜしめることができる。通常、こ
の目的のために活性層厚は約Ｏ１１μｍ程度、ＡＩ濃度
はｘ−ｙヱ０．３に設定される。
とを利用してキャ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眼窩めることによって
効率よくレーザ光を生ぜしめることができる。通常、こ
の目的のために活性層厚は約Ｏ１１μｍ程度、ＡＩ濃度
はｘ−ｙヱ０．３に設定される。
さて、近年この活性層厚を一桁以上ｌ」・さくして、お
よそ１ｏｏＸとし、キャリアの動きを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）に示すように、キャリ
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
用するキャリアの割合が増し、また、その温度変化も少
な〜・ことから、広い温度範囲にわたって低しきい値を
もつ半導体レーザ装置となる。
よそ１ｏｏＸとし、キャリアの動きを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）に示すように、キャリ
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
用するキャリアの割合が増し、また、その温度変化も少
な〜・ことから、広い温度範囲にわたって低しきい値を
もつ半導体レーザ装置となる。
Ｍ２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、キャ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、ｍ２図（
ｂ）は井戸の数、すなわち活性層の数を増し、キャリア
総数を増すとともに、屈折率の高いｎまたはｐ−Ｇａ＋
−アＡｌ、Ａｓ層３の領域が増えることによって等価的
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。
のように非常に薄いので、キャ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、ｍ２図（
ｂ）は井戸の数、すなわち活性層の数を増し、キャリア
総数を増すとともに、屈折率の高いｎまたはｐ−Ｇａ＋
−アＡｌ、Ａｓ層３の領域が増えることによって等価的
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、キャリアとレーザ光の閉じ込め効果夕分離する
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）。
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
ッド層の中間となるＡｔ組成領域を設け、これによって
レーザ光を閉じ込めるものである。
ッド層の中間となるＡｔ組成領域を設け、これによって
レーザ光を閉じ込めるものである。
しかしながら、第２図（ｅ）、（ｄ）の構成で充分プよ
レーザ光の閉じ込めを行５にはＡｌｌｌＩ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
ッド層のＡｌ濃度は０．７といった異常に高いものにな
る。
レーザ光の閉じ込めを行５にはＡｌｌｌＩ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
ッド層のＡｌ濃度は０．７といっ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。
という問題がある。
この発明は、上記の点にかんがみ【なされたもので、複
数の活性層を互に隔離するＩＩ数の隔離層の屈折率また
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、Ａｌ濃度をそれ程上げることな（、充分にキャリア
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ｖ提供するものである。
数の活性層を互に隔離するＩＩ数の隔離層の屈折率また
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、Ａｌ濃度をそれ程上げることな（、充分にキャリア
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ｖ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折率分
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ｋ１図示を省略しである。
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ｋ１図示を省略しである。
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Ｇ ｈ Ｈ−２Ａ ｌｚ Ａ ！ｌ領域のＡＩ濃度
Ｘ蚤を中央が最小で、周囲（外側）八〜・く程階段的に
増加する構造となっており、例えば井戸の厚さ力１１５
０λ５間隔が５０λで層数な２０層とすると、全体の厚
さは約０．４１２ｍとなる。Ａｌ１１１度＆末、ｆｌｌ
ｔｊｆ活性層ｙｙ＝ｏとすると、井戸頂部の最／Ｊ）Ａ
ｌ濃度は０．２クラッド層のＡｌ濃度１０．４とすれ＆
ｆ充分である。なお、この実施例で１エレーー光の波長
が０．６１〜０．９０μｍであろう１ら、それぞれの活
性層とクラッ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。
たるＧ ｈ Ｈ−２Ａ ｌｚ Ａ ！ｌ領域のＡＩ濃度
Ｘ蚤を中央が最小で、周囲（外側）八〜・く程階段的に
増加する構造となっており、例えば井戸の厚さ力１１５
０λ５間隔が５０λで層数な２０層とすると、全体の厚
さは約０．４１２ｍとなる。Ａｌ１１１度＆末、ｆｌｌ
ｔｊｆ活性層ｙｙ＝ｏとすると、井戸頂部の最／Ｊ）Ａ
ｌ濃度は０．２クラッド層のＡｌ濃度１０．４とすれ＆
ｆ充分である。なお、この実施例で１エレーー光の波長
が０．６１〜０．９０μｍであろう１ら、それぞれの活
性層とクラッ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黴ｔｔｉｍ成すると、キャ
リアは各井戸に閉じ込められる力１、レーザ光はキャリ
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って閉じ込
められる。また、各井戸の深さは同じであるが、井戸の
頂部は中央はど低（、周囲へい（程高くなっている。し
たがって、平均屈折率は中央が最も高く、周囲にい（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５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ＡＩ濃度領域ｌ有するこ
となく、キャ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って低しき
いｆＩＭ、ｌもつ半導体レーザ装置が得られる。
リアは各井戸に閉じ込められる力１、レーザ光はキャリ
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って閉じ込
められる。また、各井戸の深さは同じであるが、井戸の
頂部は中央はど低（、周囲へい（程高くなっている。し
たがって、平均屈折率は中央が最も高く、周囲にい（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５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ＡＩ濃度領域ｌ有するこ
となく、キャ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って低しき
いｆＩＭ、ｌ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Ｉｔは一定であるが、井戸間の間隔が異なっている。
分布とエネルギー分布を示した図で、井戸の頂部のＡｌ
濃Ｉｔは一定であるが、井戸間の間隔が異なっている。
すなわち、中央はど井戸が近接し、周囲（外側）へい（
程井戸が離れている。
程井戸が離れている。
平均屈折率＆！屈折率の冒い井戸部の密度の高い中央は
ど高く、密度の疎となる周囲はど低くなり、第３図のも
のと同様な効果が得られろ。この実施例の場合も七ねそ
れの活性層とクラッド層の厚さは、レーザ光の波長より
薄い値であればよい。
ど高く、密度の疎となる周囲はど低くなり、第３図のも
のと同様な効果が得られろ。この実施例の場合も七ねそ
れの活性層とクラッド層の厚さは、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Ｇａ ＡＩ Ａｓを拐料とするもの
について説明したが、一般に屈折率（またはエネルギー
ギャップ）差を大きくすると格子不整合も大きくなって
寿命に悪影響Ｚ及ぼすことが知ら幻ておワ、Ｇｈ ＡＩ
Ａｓに限られるものでなく、異なるエネルギーギャッ
プを有する半導体材料一般に適用できることは以上に説
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
ギャップ）差を大きくすると格子不整合も大きくなって
寿命に悪影響Ｚ及ぼすことが知ら幻ておワ、Ｇｈ ＡＩ
Ａｓに限られるものでなく、異なるエネルギーギャッ
プを有する半導体材料一般に適用できることは以上に説
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
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、ＡＩ濃度をそれ根土げることなく、寿命
に悪影響を及ぼさずに広い温度範囲にわたって低しきい
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。
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
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、ＡＩ濃度をそれ根土げることなく、寿命
に悪影響を及ぼさずに広い温度範囲にわたって低しきい
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ケ説明す
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−ＧａＡａ基板、２はｎ −Ｇａ＋−１Ａ
ｌｘＡｓ層、３はｎまたはｐ Ｇ ａ ｌ−ｙ Ａ ｌ
ｙ Ａ ａ層、４はｐ Ｇ ａ １−ｘ Ａ ｌ ｘ
Ａ ｓ層、５はｐ ＧａＡｓ層である。 代理人 大岩増雄 （外２名） 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 （ａ） 、？１０入 第３図 手続補正書（自発） ５９５２９ 昭和 年 月 日 １、事件の表示 特願昭 ５８−１５３５３７号２、発
明の名称 半導体レーザ装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第３頁６行の「示すように、」を、「示す
が、」と補正する。 （２）同じく第５頁１６行の「が０．６１〜０．９０ｇ
ｍであるから、」を、「が結晶中ではおよｊｏ、２ＪＬ
ｍであるから、」と補正する。 以」− −４８′／
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−ＧａＡａ基板、２はｎ −Ｇａ＋−１Ａ
ｌｘＡｓ層、３はｎまたはｐ Ｇ ａ ｌ−ｙ Ａ ｌ
ｙ Ａ ａ層、４はｐ Ｇ ａ １−ｘ Ａ ｌ ｘ
Ａ ｓ層、５はｐ ＧａＡｓ層である。 代理人 大岩増雄 （外２名） 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 （ａ） 、？１０入 第３図 手続補正書（自発） ５９５２９ 昭和 年 月 日 １、事件の表示 特願昭 ５８−１５３５３７号２、発
明の名称 半導体レーザ装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第３頁６行の「示すように、」を、「示す
が、」と補正する。 （２）同じく第５頁１６行の「が０．６１〜０．９０ｇ
ｍであるから、」を、「が結晶中ではおよｊｏ、２ＪＬ
ｍであるから、」と補正する。 以」− −４８′／
Claims (1)
- 複数の活性層と、この複数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または前記複数
の隔離層の厚さを、中央の前記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 true JPS6045087A (ja) | 1985-03-11 |
| JPS648477B2 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) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61144089A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-01 | Canon Inc | 半導体レ−ザ |
| JPS63313886A (ja) * | 1987-06-17 | 1988-12-21 | Fujitsu Ltd | 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
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61144089A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-01 | Canon Inc | 半導体レ−ザ |
| JPS63313886A (ja) * | 1987-06-17 | 1988-12-21 | Fujitsu Ltd | 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS648477B2 (ja) | 1989-02-14 |
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