JPS60128690A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPS60128690A JPS60128690A JP58236824A JP23682483A JPS60128690A JP S60128690 A JPS60128690 A JP S60128690A JP 58236824 A JP58236824 A JP 58236824A JP 23682483 A JP23682483 A JP 23682483A JP S60128690 A JPS60128690 A JP S60128690A
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Classifications
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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
- 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
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- H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
-
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- 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
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-
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- 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
- H01S5/3235—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 longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
- H01S5/32391—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 longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers based on In(Ga)(As)P
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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】
(a) 発明の技術分野
本発明は半導体発光装置2%に波長の安定性とコヒーレ
ンゾイとか極めて^い半導体レーザーに関する。
ンゾイとか極めて^い半導体レーザーに関する。
(1))技術の背景
光を情報信号の媒体とする光通信その他のシステムにお
いて、光信号を発生する光源として半導体発光装置が極
めてN要な役割りを果している。
いて、光信号を発生する光源として半導体発光装置が極
めてN要な役割りを果している。
従って半導体発光装置特にレーザーについて請求される
波長帯域の実現、安定した単一の基本零次横モード発振
、単一の縦モード発振、閾値電流の低減、電流−光出力
特性の直線性の向上、これらの特性の温度依存性の低減
など緒特性の向上について多くの努力が重ねられている
。
波長帯域の実現、安定した単一の基本零次横モード発振
、単一の縦モード発振、閾値電流の低減、電流−光出力
特性の直線性の向上、これらの特性の温度依存性の低減
など緒特性の向上について多くの努力が重ねられている
。
(C) 従来技術と問題点
従来性なわれている半導体発光装置の多くは。
目的とする光の波長に対応するエイ・ルギーバンドギャ
ップを有する一つの半導体層を活性層とし。
ップを有する一つの半導体層を活性層とし。
これよりエネルギーバンドギャップの犬、きい1対の半
導体層で活性層を挾むことによって、活性層内lこ注入
された電子及び正孔を閉じ込めて光の放出を行なわせて
いる3、この構造の半導体発光装置においては励起され
た電子及び正孔は、第1図に示す如くそれぞれ伝導帯及
び価電子帯内で放物線状の状態密度をもって広い工坏ル
ギー範囲にわたっ”C連続的に分布する。従って遷移に
よって輻射される光のエネルギーすなわち波長の分布も
広くなる。なお、第1図において、縦軸はエネルギーバ
ンド軸は状態密度gを示し2曲線Eは電子2曲線)lh
は重い正孔9曲線Htは軽い正孔の状態密度を表わすっ 半導体レーザの多くは活性層等に垂直な1対の労開面に
よっCファプリー・ベロー形共振器が設けられ、共振系
内で最大の利得をもつ波長の近傍においC利得と損失と
がつり合っCレーザ発振が行なわれる。この状態におけ
る反躬鋭間の定在波すなわち1.CKモートのモード次
数は例えば20008度と大きく、温厩変化によるエイ
、ルギーバンドギャソブの変化などによって発振波長が
容易に変化しにれを安定に制御することができず、従っ
てそのコヒーレンジイモ悪い。
導体層で活性層を挾むことによって、活性層内lこ注入
された電子及び正孔を閉じ込めて光の放出を行なわせて
いる3、この構造の半導体発光装置においては励起され
た電子及び正孔は、第1図に示す如くそれぞれ伝導帯及
び価電子帯内で放物線状の状態密度をもって広い工坏ル
ギー範囲にわたっ”C連続的に分布する。従って遷移に
よって輻射される光のエネルギーすなわち波長の分布も
広くなる。なお、第1図において、縦軸はエネルギーバ
ンド軸は状態密度gを示し2曲線Eは電子2曲線)lh
は重い正孔9曲線Htは軽い正孔の状態密度を表わすっ 半導体レーザの多くは活性層等に垂直な1対の労開面に
よっCファプリー・ベロー形共振器が設けられ、共振系
内で最大の利得をもつ波長の近傍においC利得と損失と
がつり合っCレーザ発振が行なわれる。この状態におけ
る反躬鋭間の定在波すなわち1.CKモートのモード次
数は例えば20008度と大きく、温厩変化によるエイ
、ルギーバンドギャソブの変化などによって発振波長が
容易に変化しにれを安定に制御することができず、従っ
てそのコヒーレンジイモ悪い。
半導体レーザの共振器のンイードバックを光尋波路の界
面に設けた回折格子によって選択的に行なう分布帰還形
レーザに45いては、縦七−ドの制御性は大幅に改善さ
れ発振波長の温度依存性も減少するか、電子及び正孔の
状態密度分布は前記例と異ならす温度変化によって4;
lJ得ヒーク七回折波長のズレが生じ、安定した単一波
長が得られる温度幅が狭く、かつ前記例においてはその
反射面によっC自づから横モードはTEモードとなり、
容易に基本零次横モードTEOが得られるのに対して9
分布帰還形レーザにおいてはTEモード、TM七−1・
の制御が行なわれないために、外部の光害波路との整合
などに関して問j辿がありコヒーレンンイも悪い。
面に設けた回折格子によって選択的に行なう分布帰還形
レーザに45いては、縦七−ドの制御性は大幅に改善さ
れ発振波長の温度依存性も減少するか、電子及び正孔の
状態密度分布は前記例と異ならす温度変化によって4;
lJ得ヒーク七回折波長のズレが生じ、安定した単一波
長が得られる温度幅が狭く、かつ前記例においてはその
反射面によっC自づから横モードはTEモードとなり、
容易に基本零次横モードTEOが得られるのに対して9
分布帰還形レーザにおいてはTEモード、TM七−1・
の制御が行なわれないために、外部の光害波路との整合
などに関して問j辿がありコヒーレンンイも悪い。
半冶・体レーザの活性層の原さをキャリアのドウブロー
イー波長程度以下とするなりば、キャリアの厚さ方向の
運動か量子化される。この様な構造の活性1曽は量子力
学的井戸形ボテンシャルとしてふるまい、量子井戸層と
呼はれる。公子井戸半導体レーザの活性領域は1層の量
子井戸層から(1?成される場合と、多重の量子井戸層
とバリア層から構成される場合とかある。
イー波長程度以下とするなりば、キャリアの厚さ方向の
運動か量子化される。この様な構造の活性1曽は量子力
学的井戸形ボテンシャルとしてふるまい、量子井戸層と
呼はれる。公子井戸半導体レーザの活性領域は1層の量
子井戸層から(1?成される場合と、多重の量子井戸層
とバリア層から構成される場合とかある。
この様1こ量子化された2次元状態のキャリアの状態密
度は化2図に示す如く階段状となる。この場合の輻射趨
移に対する選択用はΔn=Q て1例えばElの電子は
l;1th、又はE I b 、の正孔と1)結合する
。従ってこの量子井戸半導体レーザから輻射される光の
波長は連続値ではなく2図中1.1 ’、 2及び2′
に示す如き工坏ルギーに対応する離散値となる。
度は化2図に示す如く階段状となる。この場合の輻射趨
移に対する選択用はΔn=Q て1例えばElの電子は
l;1th、又はE I b 、の正孔と1)結合する
。従ってこの量子井戸半導体レーザから輻射される光の
波長は連続値ではなく2図中1.1 ’、 2及び2′
に示す如き工坏ルギーに対応する離散値となる。
しかしながら量子井戸半導体レーザの共振器が7アブリ
ー・ベロー形である場合には、前記離散値のうちの何れ
でレーザ発振が行なわれるかを制御することは不可能で
あって2発振波長の安定性及びコヒーレンシイは前記従
来側に比較すれば改善されるか未だ充分ではない。
ー・ベロー形である場合には、前記離散値のうちの何れ
でレーザ発振が行なわれるかを制御することは不可能で
あって2発振波長の安定性及びコヒーレンシイは前記従
来側に比較すれば改善されるか未だ充分ではない。
光通信の品質を更に向上するために1例えば現在のオン
、オフによるディジタル通信方式に光波ノコヒーレント
の要素を加えて、ホモダインヘテロターイン検波方式が
可能となることが望才れ、半導体レーザ光に安定したコ
ヒーレンゾイが要求される。
、オフによるディジタル通信方式に光波ノコヒーレント
の要素を加えて、ホモダインヘテロターイン検波方式が
可能となることが望才れ、半導体レーザ光に安定したコ
ヒーレンゾイが要求される。
(dl 発明の目的
本発明は前記状況を改善して、輻射波長が安定し極めC
コヒーレンシイの高い半導体発光装置を提供することを
目的とする。
コヒーレンシイの高い半導体発光装置を提供することを
目的とする。
fe) 発明の構成
本発明の前記目的は、電子波のドウ・ブローイー波長以
下の厚さの半導体層を活性層とし、該活性層の近傍に、
該活性層内で発生する光を選択的に帰還する周期的構造
を備えてなる半導体発光装置により達成される。
下の厚さの半導体層を活性層とし、該活性層の近傍に、
該活性層内で発生する光を選択的に帰還する周期的構造
を備えてなる半導体発光装置により達成される。
すなわち本発明の半導体発光装置の活性層はその厚さが
電子のドウ・ブローイー波長以下とされて量子井戸層と
なっており、1層の活性層又はバリア層を介して複数の
活性層が設けられる。通常はこの活性層又は活性層群の
1面に接してエイ・ルキーバントキャップが活性層より
大きく閉じ込め層より小さいガイド層を設けてガイド層
と閉じ込め層との界面に、活性)曽内で発生ずる光を選
択的に帰還する周期的構造2通常は回折格子が設けられ
る。
電子のドウ・ブローイー波長以下とされて量子井戸層と
なっており、1層の活性層又はバリア層を介して複数の
活性層が設けられる。通常はこの活性層又は活性層群の
1面に接してエイ・ルキーバントキャップが活性層より
大きく閉じ込め層より小さいガイド層を設けてガイド層
と閉じ込め層との界面に、活性)曽内で発生ずる光を選
択的に帰還する周期的構造2通常は回折格子が設けられ
る。
本発明の半導体発光装置の活性層は先に述べた如く離散
した波長の光を発生ずる。この複数波長のうちの意図す
る波長の光に対して選択的な効果を有する周期的構造の
回折格子によって光をフィードバックすることlこより
、この選択された波長においてレーザ発振が行なわれる
。
した波長の光を発生ずる。この複数波長のうちの意図す
る波長の光に対して選択的な効果を有する周期的構造の
回折格子によって光をフィードバックすることlこより
、この選択された波長においてレーザ発振が行なわれる
。
(f) 発明の実施例
以下本発明を実施例により図面を参照して具体的に説明
する。
する。
第3図(al及び(b)は単一の示子井戸1W−f M
する本発明の実施例を示すストライプに平行及び垂直な
断面による断面図である。
する本発明の実施例を示すストライプに平行及び垂直な
断面による断面図である。
図においU、11はn型インジウム・燐(InP)基板
、12はn型1nP閉じ込めj帽 13はn型インジウ
ム・カリウム・砒素・燐(lnGaAsP)カイト層、
14はInGaASP活性層、16は■)型Lnl)閉
じ込め層、17はp型111P層、18はn型InP層
、19はp型InQaAsP層、20及Q・21は電極
であり2図に示す如くn型1nP閉じ込め層12と11
1 G a AS Pガイド層13との界面に回折格子
が形成されている。
、12はn型1nP閉じ込めj帽 13はn型インジウ
ム・カリウム・砒素・燐(lnGaAsP)カイト層、
14はInGaASP活性層、16は■)型Lnl)閉
じ込め層、17はp型111P層、18はn型InP層
、19はp型InQaAsP層、20及Q・21は電極
であり2図に示す如くn型1nP閉じ込め層12と11
1 G a AS Pガイド層13との界面に回折格子
が形成されている。
不実施レリにおいては前記各InGaAsP 4元層は
、そのルミネセンス波長λノが例えは、ガイド層13に
つい’C1,30(μm)、活性層14について1.5
3 (μm)、ニア ンタクト層16について1.30
Cμm)となる組成とし、またその厚さを例えば、ガイ
ド層13について2o(nm)、活性層14について1
0(71111)としている。またrlWInP閉じ込
め層12とn型InGaAsPガイド層13との界面の
回折格子は、その周期A七共振波長λとの間に有効屈折
率をn、mを正の整数として λ−−1 なる関係が成立する。ヘリウム−カドミウム(He−C
d)レーザ光(波長44]、6 (7Lm)) 0)
2 光束千e法によって形成し、たレジストマスクを用
いて周期A−480(71+11 )の回折格子が設け
られて、前記第2図に示した量子準位E1とBhh、間
の遷移による波長λ−155〔μm)の光が選択されて
いる、。
、そのルミネセンス波長λノが例えは、ガイド層13に
つい’C1,30(μm)、活性層14について1.5
3 (μm)、ニア ンタクト層16について1.30
Cμm)となる組成とし、またその厚さを例えば、ガイ
ド層13について2o(nm)、活性層14について1
0(71111)としている。またrlWInP閉じ込
め層12とn型InGaAsPガイド層13との界面の
回折格子は、その周期A七共振波長λとの間に有効屈折
率をn、mを正の整数として λ−−1 なる関係が成立する。ヘリウム−カドミウム(He−C
d)レーザ光(波長44]、6 (7Lm)) 0)
2 光束千e法によって形成し、たレジストマスクを用
いて周期A−480(71+11 )の回折格子が設け
られて、前記第2図に示した量子準位E1とBhh、間
の遷移による波長λ−155〔μm)の光が選択されて
いる、。
また第4図に1)及び(b)は多重量子井戸層を有する
実施例を示す断面図である1図において、14はぞれぞ
れl: 11 G a A S P活性層であって本実
施例においてはこれが3層設りられて、その間に■nG
aAsPバリア層15が挿入されている、その他の部分
に一ついては前記実施例と同様である。
実施例を示す断面図である1図において、14はぞれぞ
れl: 11 G a A S P活性層であって本実
施例においてはこれが3層設りられて、その間に■nG
aAsPバリア層15が挿入されている、その他の部分
に一ついては前記実施例と同様である。
本実施例のI n Q a A S P活性層14はル
ミイ・センス波長λ9が例えば152〔μm〕、厚さが
例えばi o (7trn)、InGaAspバリア層
15はルミ不セ/ス波長λiが例えは1.dLl(μr
n〕厚さが例えば20 (71m)とされている。In
GaAS)’ガイド層13の組成、厚さ及びこれとIn
p閉じ込め層12との界面に形成−された回折格子は前
記実施例と同様であって7本実施例においても前記量子
準位間の遷移による波長λ−1,55(μm〕の光が選
択される。このようにして形成された半導体発光装置は
活性J*lこ量子井戸構造をもち活性層の利得のビーり
が離散的になっているため温度変化に対するンノ)ft
は連続的な従来の場合よりも少く、温度変化に対して安
定な領域が広い。またTEモードとTIVIモードとの
利得差があり、TEモードの利得が大きいため、安定し
たTEモモ−発振を生じる。
ミイ・センス波長λ9が例えば152〔μm〕、厚さが
例えばi o (7trn)、InGaAspバリア層
15はルミ不セ/ス波長λiが例えは1.dLl(μr
n〕厚さが例えば20 (71m)とされている。In
GaAS)’ガイド層13の組成、厚さ及びこれとIn
p閉じ込め層12との界面に形成−された回折格子は前
記実施例と同様であって7本実施例においても前記量子
準位間の遷移による波長λ−1,55(μm〕の光が選
択される。このようにして形成された半導体発光装置は
活性J*lこ量子井戸構造をもち活性層の利得のビーり
が離散的になっているため温度変化に対するンノ)ft
は連続的な従来の場合よりも少く、温度変化に対して安
定な領域が広い。またTEモードとTIVIモードとの
利得差があり、TEモードの利得が大きいため、安定し
たTEモモ−発振を生じる。
更に単一波長の選択性が良いことから極めてコヒーレン
トな光が得られ、へテロダイン通信用光源ホロクラム形
成用光源に最適である、 (g) 発明の詳細 な説明した如く本発明によれば、量子井戸構造によって
離散スペクトルとなる輻射光について更に波長を選択し
てレーザ発振を行なわせることによって1発振波長の安
定性とコヒーレン′/イが極めて高い半導体発光装置が
実現されて、ホモダインヘテロゲイン検波方式等が可能
となって光通信の品質を大幅に向上することができ、ま
たホ。
トな光が得られ、へテロダイン通信用光源ホロクラム形
成用光源に最適である、 (g) 発明の詳細 な説明した如く本発明によれば、量子井戸構造によって
離散スペクトルとなる輻射光について更に波長を選択し
てレーザ発振を行なわせることによって1発振波長の安
定性とコヒーレン′/イが極めて高い半導体発光装置が
実現されて、ホモダインヘテロゲイン検波方式等が可能
となって光通信の品質を大幅に向上することができ、ま
たホ。
グラム形成用光源等を半尋体化することが可能となるな
どの大きい効果が得られる。
どの大きい効果が得られる。
第1図及び第2図は半導体発光装置のキャリアの状態密
匿を示す図、第3図(、]1. (b)及び第4図(a
)。 (blは本発明の実施例を示す断面図である。 図において、11はn型InP基板、12はn型Inp
閉じ込め層、13はn型InGaASPガイド層、14
は■11GaASP活性層、15は1nGaASP バ
リア層、16はp型I+IP閉じ込め層。 17はp型InP層、18はn型znP層、19はpq
lnGaAsP層、20及び21は電極を示す。 晃 3 図 (a) (b) 第 4− 図 (a)(す
匿を示す図、第3図(、]1. (b)及び第4図(a
)。 (blは本発明の実施例を示す断面図である。 図において、11はn型InP基板、12はn型Inp
閉じ込め層、13はn型InGaASPガイド層、14
は■11GaASP活性層、15は1nGaASP バ
リア層、16はp型I+IP閉じ込め層。 17はp型InP層、18はn型znP層、19はpq
lnGaAsP層、20及び21は電極を示す。 晃 3 図 (a) (b) 第 4− 図 (a)(す
Claims (1)
- 電子波のドウ・プローイー波長以下の厚さの半導体層を
活性層とし7.該活性層の近傍に、該活性層内で発生す
る光を選択的に帰還する周期的構造を備えてなることを
特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58236824A JPS60128690A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58236824A JPS60128690A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60128690A true JPS60128690A (ja) | 1985-07-09 |
Family
ID=17006323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP58236824A Pending JPS60128690A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS60128690A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1983
- 1983-12-15 JP JP58236824A patent/JPS60128690A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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