JPS63146481A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS63146481A JPS63146481A JP29373286A JP29373286A JPS63146481A JP S63146481 A JPS63146481 A JP S63146481A JP 29373286 A JP29373286 A JP 29373286A JP 29373286 A JP29373286 A JP 29373286A JP S63146481 A JPS63146481 A JP S63146481A
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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、半導体レーザ装置に、関し、さらに詳しく
は、量子井戸型半導体レーザ装置における低しきい値化
および短波長化のための改良に係るものである。
は、量子井戸型半導体レーザ装置における低しきい値化
および短波長化のための改良に係るものである。
従来例でのこの種の半導体レーザ装置として、こ−では
、アプライド フィジックス レター１８７８年、第３
２巻２９５〜２９７頁（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｂｙｓｉｃ
ｓＬｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ、３２ Ｐ、２９５〜２９？
１＋３７８）に開示されているところの、量子井戸型
の半導体レーザ装置における活性層とクラッド層との伝
導帯に対するエネルギー構造の態様を第５図に模式的に
示しである。
、アプライド フィジックス レター１８７８年、第３
２巻２９５〜２９７頁（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｂｙｓｉｃ
ｓＬｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ、３２ Ｐ、２９５〜２９？
１＋３７８）に開示されているところの、量子井戸型
の半導体レーザ装置における活性層とクラッド層との伝
導帯に対するエネルギー構造の態様を第５図に模式的に
示しである。
すなわち、この第５図構造において、符号１は量子井戸
活性層を示しており、また、３．３は同層ｌを挟むクラ
ッド層である。
活性層を示しており、また、３．３は同層ｌを挟むクラ
ッド層である。
しかして、この従来例構造では、量子井戸活性層１とし
て、２ｏｏＸのＧａＡｓ層を用い、クラッド層３として
、ＡＩＩ Ｏ，５２”０．４８”層を用いている場合。
て、２ｏｏＸのＧａＡｓ層を用い、クラッド層３として
、ＡＩＩ Ｏ，５２”０．４８”層を用いている場合。
クラッド層３から量子井戸層１に落ちる電子は、高次の
量子レベルｎ＝２から、フォノン散乱によってレベルｎ
ｍｌに緩和され、このレベルで価電子帯のホールと再結
合して、レーザ発振に寄与することになる。
量子レベルｎ＝２から、フォノン散乱によってレベルｎ
ｍｌに緩和され、このレベルで価電子帯のホールと再結
合して、レーザ発振に寄与することになる。
こ−で、前記文献においては、レベルｎｍｌに対応した
８４００Ａのレーザ発振が、かなりに高いしきい値電流
密度？、３Ｘ １０ Ａ／ｃゴで観測されている。
８４００Ａのレーザ発振が、かなりに高いしきい値電流
密度？、３Ｘ １０ Ａ／ｃゴで観測されている。
そしたこの場合、前記レベルｎ−１に対応したレーザ発
振の発振波長を、より一層、短くさせるためには、前記
井戸巾を２０ＯＡよりもさらに狭くして、量子化レベル
ｎ＊ｌ、２のエネルギーを高める必要があるが、これは
一方で、必然的にしきい値電流が高められることを意味
している。何故ならば、この場合、注入された電子の井
戸に落ちる確率が、井戸巾の減少と共に小さくなるから
である。
振の発振波長を、より一層、短くさせるためには、前記
井戸巾を２０ＯＡよりもさらに狭くして、量子化レベル
ｎ＊ｌ、２のエネルギーを高める必要があるが、これは
一方で、必然的にしきい値電流が高められることを意味
している。何故ならば、この場合、注入された電子の井
戸に落ちる確率が、井戸巾の減少と共に小さくなるから
である。
こ−で、井戸巾をＷ、電子の速度をマとすると、電子が
井戸の内部に存在する時間では、τ＝讐／マで与えられ
、この時間内に、フォノン散乱によって電子のエネルギ
ーが失われると井戸内に落ち込むが、フォノンとの衝突
がなければ、電子は井戸内には落ちず、この井戸内を通
り過ぎることになるもので、このため、電子とフォノン
との衝突断面積を一定であるとすれば、電子が井戸内に
落ちる割合は、電子が井戸内に存在する時間τに比例す
るものと見做し得るのである。
井戸の内部に存在する時間では、τ＝讐／マで与えられ
、この時間内に、フォノン散乱によって電子のエネルギ
ーが失われると井戸内に落ち込むが、フォノンとの衝突
がなければ、電子は井戸内には落ちず、この井戸内を通
り過ぎることになるもので、このため、電子とフォノン
との衝突断面積を一定であるとすれば、電子が井戸内に
落ちる割合は、電子が井戸内に存在する時間τに比例す
るものと見做し得るのである。
従って、前記従来例構造においては、短波長化のために
井戸巾曽を小さくすると、電子が井戸の内部に存在する
時間τが小さくなって、この電子の井戸内に落ちる確率
が低下し、かつレーザ発振のためのしきい値電流が増加
することになると云う問題点があった。
井戸巾曽を小さくすると、電子が井戸の内部に存在する
時間τが小さくなって、この電子の井戸内に落ちる確率
が低下し、かつレーザ発振のためのしきい値電流が増加
することになると云う問題点があった。
この発明は従来のこのような問題点を解消するためにな
されたものであって、その目的とするところは、低しき
い値化と短波長化とを同時に実現し得る。この種の量子
井戸型の半導体レーザ装置を提供することである。
されたものであって、その目的とするところは、低しき
い値化と短波長化とを同時に実現し得る。この種の量子
井戸型の半導体レーザ装置を提供することである。
前記目的を達成するために、この発明に係る半導体レー
ザ装置は、クラッド層に挟まれる活性層として、単一量
子井戸構造を用いると共に、この量子井戸活性層の両側
に、電子がトンネルできる程度の厚さのバリア層を形成
させ、注入される電子が、この二重バリア層間でトンネ
ル共鳴させるようにしたものである。
ザ装置は、クラッド層に挟まれる活性層として、単一量
子井戸構造を用いると共に、この量子井戸活性層の両側
に、電子がトンネルできる程度の厚さのバリア層を形成
させ、注入される電子が、この二重バリア層間でトンネ
ル共鳴させるようにしたものである。
すなわち、この発明装置においては、量子井戸活性層の
両側にバリア層を形成させたので、注入される電子のト
ンネル共鳴効果により、量子井戸内に電子が存在する確
率が増加して、羊のレーザ発振のためのしきい値電流を
低下させ得るのである。
両側にバリア層を形成させたので、注入される電子のト
ンネル共鳴効果により、量子井戸内に電子が存在する確
率が増加して、羊のレーザ発振のためのしきい値電流を
低下させ得るのである。
以下、この発明に係る半導体レーザ装置の実施例につき
、第１図ないし第４図を参照して詳細に説明する。
、第１図ないし第４図を参照して詳細に説明する。
第１図はこの発明の一実施例を適用した量子井戸型半導
体レーザ装置における活性層とクラッド層との伝導帯に
対するエネルギー構造を示す模式すなわち、この第１図
構造において、符号ｌは量子井戸活性層、２．２はこの
活性層ｌの両側に電子がトンネルできる程度の厚さに形
成されたそれぞれバリア層、３．３はクラッド層である
。
体レーザ装置における活性層とクラッド層との伝導帯に
対するエネルギー構造を示す模式すなわち、この第１図
構造において、符号ｌは量子井戸活性層、２．２はこの
活性層ｌの両側に電子がトンネルできる程度の厚さに形
成されたそれぞれバリア層、３．３はクラッド層である
。
説明を簡略化させるために、この実施例構造の場合にも
、こ−では、単一量子井戸活性層ｌに、電子に対する量
子化レベルとして、ｎｍｌとｎｍ２との二つを想定し、
レベルｎｓ２がクラッド層３の伝導帯エネルギーの底と
等しくなるように、そのバリアＲ２の厚さと巾とを設定
する。
、こ−では、単一量子井戸活性層ｌに、電子に対する量
子化レベルとして、ｎｍｌとｎｍ２との二つを想定し、
レベルｎｓ２がクラッド層３の伝導帯エネルギーの底と
等しくなるように、そのバリアＲ２の厚さと巾とを設定
する。
すなわち９例えば、量子井戸活性層１を７０ＸのＧａＡ
ｓ層とし、また、バリア層２．２をＡＭ Ａｓ層とする
と、井戸の底とバリアとのエネルギー差Ｖは、１．３５
ｅＶとなり、 ｎ雪１およびｎｍ２のレベルは、それぞ
れに井戸の底から７９ｅＶ 、および３２０ｅＶのとこ
ろになる。
ｓ層とし、また、バリア層２．２をＡＭ Ａｓ層とする
と、井戸の底とバリアとのエネルギー差Ｖは、１．３５
ｅＶとなり、 ｎ雪１およびｎｍ２のレベルは、それぞ
れに井戸の底から７９ｅＶ 、および３２０ｅＶのとこ
ろになる。
そしてこの場合、バリア層２の巾を１０λ以上に設定す
れば、これらの両レベルｎｓ＋１およびｎｍ２でのエネ
ルギー値は殆んど変化しないが、レーザ装置においては
、電子を量子井戸層ｌに流す必要があるために、そのバ
リア巾としては、 １０λ〜３０スの範囲が適当であり
、また、レベルｎｍ２とクラッド層３の底とを等しくさ
せるためには、クラッド層３として１例えばＡｎ ！
Ｇａ ｔ−、Ａ ｓ （” ４０−３０ ）層を用いれ
ば良い。
れば、これらの両レベルｎｓ＋１およびｎｍ２でのエネ
ルギー値は殆んど変化しないが、レーザ装置においては
、電子を量子井戸層ｌに流す必要があるために、そのバ
リア巾としては、 １０λ〜３０スの範囲が適当であり
、また、レベルｎｍ２とクラッド層３の底とを等しくさ
せるためには、クラッド層３として１例えばＡｎ ！
Ｇａ ｔ−、Ａ ｓ （” ４０−３０ ）層を用いれ
ば良い。
しかして、このような量子井戸構造を有するレーザ装置
にあって、クラッド層３から電流を注入すると、注入さ
れた電子は、一方のバリア層２から井戸内のレベルｎｍ
２に共鳴してトンネルでき、この井戸内に入った電子は
、他方のバリア層２で反射され、かつこれらの両バリア
層２．２間で、この反射を繰返すことにより、結果的に
、この井戸内に入った電子は１両バリア層２間にトラッ
プされることになって、電子が井戸内に存在する確率を
増加させることができる。
にあって、クラッド層３から電流を注入すると、注入さ
れた電子は、一方のバリア層２から井戸内のレベルｎｍ
２に共鳴してトンネルでき、この井戸内に入った電子は
、他方のバリア層２で反射され、かつこれらの両バリア
層２．２間で、この反射を繰返すことにより、結果的に
、この井戸内に入った電子は１両バリア層２間にトラッ
プされることになって、電子が井戸内に存在する確率を
増加させることができる。
つまり、これを換言すると、この実施例構造におけるよ
うに、バリア層２．２がある場合での、電子が井戸内に
存在する時間で は、前記従来例構造のバリア層２，２
がない場合での、電子が井戸内に存在する時間τに比較
して著るしく増加することになり、従って、この井戸内
に電子が存在する間に、フォノン散乱によって、電子エ
ネルギーがレベルｎ・２からｎｍｌに緩和される確率も
増加し、その結果として、注入電流を効率良くレベルｎ
−１に集めることができ、レーザ装置における低しきい
値化、ひいてはその短波長化を達成し得るのである。
うに、バリア層２．２がある場合での、電子が井戸内に
存在する時間で は、前記従来例構造のバリア層２，２
がない場合での、電子が井戸内に存在する時間τに比較
して著るしく増加することになり、従って、この井戸内
に電子が存在する間に、フォノン散乱によって、電子エ
ネルギーがレベルｎ・２からｎｍｌに緩和される確率も
増加し、その結果として、注入電流を効率良くレベルｎ
−１に集めることができ、レーザ装置における低しきい
値化、ひいてはその短波長化を達成し得るのである。
また、注入電流の大きい状態では、レベルｎｓ２からｎ
ｓｌへの電子エネルギーの緩和に比較して、レベルｒ＋
＋ｗ２に注入される電子の数が著るしく増加することに
なり、このため、レベルｎｍ２に留まる電子の数は、レ
ベルｎｓｌでのそれよりも多くなるが、このときには、
レベルｎｍ２での状！密度が、レベルｎ−１でのそれに
比較して大きいことから、レベルｎｍ２におけるレーザ
発振が可能になるのである。
ｓｌへの電子エネルギーの緩和に比較して、レベルｒ＋
＋ｗ２に注入される電子の数が著るしく増加することに
なり、このため、レベルｎｍ２に留まる電子の数は、レ
ベルｎｓｌでのそれよりも多くなるが、このときには、
レベルｎｍ２での状！密度が、レベルｎ−１でのそれに
比較して大きいことから、レベルｎｍ２におけるレーザ
発振が可能になるのである。
またこ−で、前記第１図実施例構造におけるクラッド層
３，３として、第２図実施例に示すような５ｎｃａ造を
適用することにより、さらに一層の低しきい値化、短波
長化を可能にさせ、かつまた、第３図実施例に示すよう
な非対称クラッド構造としても、同様な作用、効果を期
待できる。
３，３として、第２図実施例に示すような５ｎｃａ造を
適用することにより、さらに一層の低しきい値化、短波
長化を可能にさせ、かつまた、第３図実施例に示すよう
な非対称クラッド構造としても、同様な作用、効果を期
待できる。
さらに、前記バリア層２．２とクラッド層３．３とを、
すべてＡ９．ＡｓとＧａＡｓとの超格子構造にすること
によって、前記第２図に示したエネルギー構造と等価な
構成が得られる。
すべてＡ９．ＡｓとＧａＡｓとの超格子構造にすること
によって、前記第２図に示したエネルギー構造と等価な
構成が得られる。
すなわち、第４図実施例には、この超格子構造を採用し
た場合での、伝導帯のエネルギー構造を示しであるが、
この場合にあっては、超格子クラッド層３，３によって
形成される最低量子バンドレベルｎ ＝１と、井戸のレ
ベルｎｍ２とを等しくさせるに とによって、この超格子クラッド層３．３間でのトンネ
ル共鳴を可能にし得るのである。つまり、バリア層２．
２での超格子のＡＪＬＡｇ層の割合を、クラッド層３，
３での超格子のＧａＡｓ層のそれよりも大きくさせて、
超格子バリア層２．２によって形成されるレベルｎ ｂ
＝ １を、ａ格子クラッド層３．３によりて形成され
るレベルｎ−１よりも、エネルギー的に大きくなるよう
にするのである。
た場合での、伝導帯のエネルギー構造を示しであるが、
この場合にあっては、超格子クラッド層３，３によって
形成される最低量子バンドレベルｎ ＝１と、井戸のレ
ベルｎｍ２とを等しくさせるに とによって、この超格子クラッド層３．３間でのトンネ
ル共鳴を可能にし得るのである。つまり、バリア層２．
２での超格子のＡＪＬＡｇ層の割合を、クラッド層３，
３での超格子のＧａＡｓ層のそれよりも大きくさせて、
超格子バリア層２．２によって形成されるレベルｎ ｂ
＝ １を、ａ格子クラッド層３．３によりて形成され
るレベルｎ−１よりも、エネルギー的に大きくなるよう
にするのである。
なお、前記各実施例の説明においては、全て電子に対す
る伝導帯バンドについて述べたが、正孔に対する価電子
帯バンドについても同様に考えることができる。しかし
、一方、正孔の有効質量が大きいため、正孔が井戸内に
落ちる確率が、電子のそれに比較して大きいので、電子
に対して前記作用が働くように設定させれば良い。
る伝導帯バンドについて述べたが、正孔に対する価電子
帯バンドについても同様に考えることができる。しかし
、一方、正孔の有効質量が大きいため、正孔が井戸内に
落ちる確率が、電子のそれに比較して大きいので、電子
に対して前記作用が働くように設定させれば良い。
以上詳述したように、この発明装置によれば、クラッド
層に挟まれる活性層として、単一量子井戸構造を用いる
と共に、この量子井戸活性層の両側に、電子がトンネル
できる程度の厚さのバリア層を形成させ、注入される電
子が、この二重バリア層間でトンネル共鳴し得るように
構成させたので、このトンネル共鳴効果により、量子井
戸内に電子が存在する確率が増加して、注入電流を効率
良くレーザ光に変換させることができ、非常に薄い量子
井戸構造にしても、そのレーザ発振のためのしきい値電
流を低下させ、ひいては発振されるレーザ光の短波長化
を達成し得るなどの優れた特長がある。
層に挟まれる活性層として、単一量子井戸構造を用いる
と共に、この量子井戸活性層の両側に、電子がトンネル
できる程度の厚さのバリア層を形成させ、注入される電
子が、この二重バリア層間でトンネル共鳴し得るように
構成させたので、このトンネル共鳴効果により、量子井
戸内に電子が存在する確率が増加して、注入電流を効率
良くレーザ光に変換させることができ、非常に薄い量子
井戸構造にしても、そのレーザ発振のためのしきい値電
流を低下させ、ひいては発振されるレーザ光の短波長化
を達成し得るなどの優れた特長がある。
第１図ないし第４図はこの発明の各別の実施例を適用し
た量子井戸型半導体レーザ装置における活性層とクラッ
ド層との伝導帯に対するエネルギー構造を説明するそれ
ぞれ模式図であり、また、第５図は同上従来例装置にお
ける活性層とクラッド層との伝導帯に対するエネルギー
構造を説明する模式図である。 １・・・・量子井戸活性層、２・・・・バリア層、３・
・・・クラッド層。 代理人 大 岩 増 雄 第１図 第２図 第３図
た量子井戸型半導体レーザ装置における活性層とクラッ
ド層との伝導帯に対するエネルギー構造を説明するそれ
ぞれ模式図であり、また、第５図は同上従来例装置にお
ける活性層とクラッド層との伝導帯に対するエネルギー
構造を説明する模式図である。 １・・・・量子井戸活性層、２・・・・バリア層、３・
・・・クラッド層。 代理人 大 岩 増 雄 第１図 第２図 第３図
Claims (2)
- （１）量子井戸活性層、およびクラッド層から構成され
る量子井戸型半導体レーザ装置であつて、量子井戸活性
層の両側にバリア層を設けると共に、クラッド層が、量
子井戸内に形成される電子または正孔の量子準位のうち
の、少なくとも一つとエネルギー的に等しい伝導帯、ま
たは価電子帯の底を有することを特徴とする半導体レー
ザ装置。 - （２）超格子構造によるクラッド層、バリア層からなる
量子井戸構造を有し、前記クラッド層超格子の形成する
第１量子バンドと、量子井戸内に形成される電子または
正孔の量子準位のうちの、少なくとも一つとがエネルギ
ー的に等しく、また、前記バリア層超格子の形成する第
１量子バンドが、前記クラッド層超格子の形成する第１
量子バンドよりもエネルギー的に高いことを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29373286A JPH0671117B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29373286A JPH0671117B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63146481A true JPS63146481A (ja) | 1988-06-18 |
| JPH0671117B2 JPH0671117B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=17798524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29373286A Expired - Fee Related JPH0671117B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0671117B2 (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 |
-
1986
- 1986-12-10 JP JP29373286A patent/JPH0671117B2/ja not_active Expired - Fee Related
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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0671117B2 (ja) | 1994-09-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |