(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成される第１のクラッド層、活性層及び第２のクラッド層を含み、
前記活性層は、注入されたキャリアをアバランシェ増倍（avalanche multiplication）によって増倍させるキャリア増倍構造層と、前記キャリア増倍構造層で増倍されたキャリアのエネルギーを弛緩させて隣接したＱＷ活性領域にキャリアを注入させるキャリアガイド構造層と、前記キャリアガイド構造層から注入されたキャリアの光放射遷移(optical radiative transition)が生じるＱＷ活性領域との組み合わせからなる少なくとも一つの単位セル構造物を含み、
前記キャリア増倍構造層、前記キャリアガイド構造層及び前記ＱＷ活性領域の組み合わせからなる前記単位セル構造物が繰り返して積層されることを特徴とするアバランシェ(avalanche)量子サブバンド遷移半導体レーザ。
【請求項２】
半導体基板上に形成される第１のクラッド層、活性層及び第２のクラッド層を含み、
前記活性層は、注入されたキャリアをアバランシェ増倍（avalanche multiplication）によって増倍させるキャリア増倍構造層と、前記キャリア増倍構造層で増倍されたキャリアのエネルギーを弛緩させて隣接したＱＷ活性領域にキャリアを注入させるキャリアガイド構造層と、前記キャリアガイド構造層から注入されたキャリアの光放射遷移が生じるＱＷ活性領域と、前記ＱＷ活性領域の真下に形成されて前記ＱＷ活性領域で光放射遷移を経たキャリアのエネルギーを弛緩させるキャリアエネルギー弛緩層との組み合わせからなり、
前記キャリア増倍層、前記キャリアガイド構造層、前記ＱＷ活性領域及び前記キャリアエネルギー弛緩層の組み合わせが繰り返して積層されることを特徴とするアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ。
【請求項３】
前記エネルギー弛緩層は、多重量子井戸または超格子構造からなることを特徴とする請求項２に記載のアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ。
【請求項４】
前記キャリアガイド構造層は、多重量子井戸または超格子構造からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ。
【請求項５】
前記ＱＷ活性領域は、多重量子井戸または超格子構造からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ。
【請求項６】
前記キャリア増倍構造層は、ｐ−電荷層、前記キャリアを増倍させる増倍層及びｎ型ドーピング層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ。
【請求項７】
前記第１のクラッド層および前記ＱＷ活性領域との間に形成される第１のウェーブガイド層と、
前記ＱＷ活性領域と前記第２のクラッド層との間に形成される第２のウェーブガイド層と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ。
【請求項８】
前記キャリア増倍構造層の増倍層は、半導体超格子構造物をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ（avalanche intersubband transition semiconductor laser）に関し、より詳細には、コンパクトな構造で高出力の中・遠赤外線レーザを得ることができるアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｒ.Ｆ. Ｋａｚａｒｉｎｏｖなどの論文（Sov. Phys. Semiconductors, 5(4), pp.707-709(1971)）には、半導体超格子構造において電磁波増幅の可能性が示唆されており、Ｓ. Ｊ. Ｂｏｒｅｎｓｔｅｉｎなどの論文（Appl. Phys.  Lett. 55(7), pp.654-656(1989)）、Ｑ. Ｈｕなどの論文（Appl. Phys. Lett. 59(23), pp.2923-2925(1991)）、Ａ. Ｋａｔａｌｓｋｙなどの論文（Appl. Phys. Lett.59(21), pp.2636-2638(1991)）、Ｗ. Ｍ. Ｙｅｅなどの論文（Appl. Phys. Lett.63(8), pp.1089-1091(1993)）には、単一極性（unipolar）の量子井戸半導体レーザの可能性が示唆されている。
【０００３】
この分野における専門家らは、いくつかの形式の単一極性の半導体レーザから得られる利点に注目してきている。例えば、このような利点には、エネルギーバンドギャップの電子／正孔の再結合により制限されない周波数特性、線幅増加因子が理論的に存在しないことに起因する狭い線幅、従来バイポーラ半導体レーザに比べて発振閾値の温度依存性が低い点などが挙げられる。
【０００４】
単一極性の量子半導体レーザを適宜設計すれば、中赤外線からサブミリメートルのスペクトル領域の波長の光を放出することができる。例えば、量子井戸閉じ込め（quantum confinement）準位（levelまたはstate）間のキャリアの遷移（transition）により、約３乃至１００ミクロン範囲の波長の光を放出することができる。放出される光の波長は、広いスペクトル領域にわたって同一のヘテロ構造を基盤として設計されることができる。このような波長帯域は、一般的な半導体レーザダイオードにより得られないものである。
【０００５】
また、このような単一極性の量子サブバンド遷移半導体レーザは、比較的大きいエネルギーバンドギャップを有しており、技術的に十分に成熟したIII−Ｖ化合物半導体物質系（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを基本とするヘテロ構造）を基盤として製作できるので、ＰｂＳｎＴｅのような温度に敏感で且つ工程が複雑な小さいエネルギーバンドギャップ物質を使用しなくてもよい。
【０００６】
このような単一極性の量子サブバンド遷移半導体レーザを具現するための従来の技術には、典型的な多重量子井戸構造に基づく共振トンネル（resonant tunneling）構造が含まれる。例えば、Ｗ. Ｍ. Ｙｅｅなどは、論文（「Carrier transport and intersubband population inversion in coupled quantum well」, Appl. Phys. Lett. 63(8), pp.1089-1091(1993)）で２種類の結合型量子井戸構造を解析した。前記結合型量子井戸構造は、それぞれ、エネルギーフィルタ井戸間に介在された放出用量子井戸を含む。ｎ型でドーピングされた注入／コレクター領域間に介在された量子井戸構造と結合している。
【０００７】
１９９４年にＦａｉｓｔ、Ｃａｐａｓｓｏなどは、単一極性の量子サブバンド遷移半導体レーザを量子カスケードレーザ（Quantum Cascade laser）と命名し、ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ物質系システムを基盤として約４.２ミクロンの波長の光を最初に放出した。他の物質系でも具現できるこのレーザは、広いスペクトル領域より選ばれた波長から発振されるように容易に設計されることができる。
【０００８】
量子カスケードレーザは、発光領域になった多層の半導体ＱＷ活性領域を含み、このようなＱＷ活性領域は、エネルギー弛緩領域により隣接する活性領域から分離される。一例として、ＱＷ活性領域においての閉じ込められたエネルギー状態間の発光性遷移は、同じ量子井戸内で生じる垂直遷移、又は、隣接する量子井戸の閉じ込めエネルギー間の対角遷移が選択されるように設計されることができる。
【０００９】
このような波長帯域の単一極性の量子サブバンド遷移レーザダイオードは、汚染監視、工程制御、自動車用など広範囲な分野に用いられることができる。したがって、特に、中赤外線を放出できる量子カスケード半導体レーザは、商業的や学問的な観点から、非常に大きな関心の対象となってきている。
【００１０】
しかしながら、従来の量子カスケードレーザでは、１つの電子がＱＷ活性領域とエネルギー弛緩領域とからなる基本ユニット構造のＮスタック(周期)を通過しながら、Ｎ個の光子を放出するように構成されている。すなわち、充分の光出力を得るためには、２５乃至７０個以上の基本ユニット構造の積層構造を形成しなければならない。したがって、構造が複雑で、且つ分子線エピタキシ（ＭＢＥ）によって多層構造をエピ成長しなければならないので、製造に際して格別の困難性が存在することから、現在に至るまでは、最先端技術（state of art）に極めて制限的に研究及び開発されていることが現況である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、少ない数の積層構造からなる単純なコンパクト構造を有し、これにより、製造が容易な量子サブバンド遷移半導体レーザを提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、キャリア増倍構造層を通過しながら増倍された多数のキャリアを活性領域の光放射遷移レベルに注入させて、活性領域の光放射遷移準位間の高密度反転(population inversion) を達成することによって、高出力を得ることができる量子サブバンド遷移半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の一態様に係るアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザは、半導体基板上に形成される第１のクラッド層、活性層及び第２のクラッド層を含み、前記活性層は、注入されたキャリアをアバランシェ増倍（avalanche multiplication）によって増倍させるキャリア増倍構造層と、前記キャリア増倍構造層で増倍されたキャリアのエネルギーを弛緩させて隣接したＱＷ活性領域にキャリアを注入させるキャリアガイド構造層と、前記キャリアガイド構造層から注入されたキャリアの光放射遷移(optical radiative transition)が生じるＱＷ活性領域との組み合わせからなる少なくとも一つの単位セル構造物を含み、前記キャリア増倍構造層、前記キャリアガイド構造層及び前記ＱＷ活性領域の組み合わせからなる前記単位セル構造物が繰り返して積層されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の態様に係るアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザは、半導体基板上に形成される第１のクラッド層、活性層及び第２のクラッド層を含み、前記活性層は、注入されたキャリアをアバランシェ増倍（avalanche multiplication）によって増倍させるキャリア増倍構造層と、前記キャリア増倍構造層で増倍されたキャリアのエネルギーを弛緩させて隣接したＱＷ活性領域にキャリアを注入させるキャリアガイド構造層と、前記キャリアガイド構造層から注入されたキャリアの光放射遷移が生じるＱＷ活性領域と、前記ＱＷ活性領域の真下に形成されて前記ＱＷ活性領域で光放射遷移を経たキャリアのエネルギーを弛緩させるキャリアエネルギー弛緩層との組み合わせからなり、前記キャリア増倍層、前記キャリアガイド構造層、前記ＱＷ活性領域及び前記キャリアエネルギー弛緩層の組み合わせが繰り返して積層されることを特徴とする。
【００１６】
前記第１のクラッド層および前記ＱＷ活性領域との間に形成される第１のウェーブガイド層と、前記ＱＷ活性領域と前記第２のクラッド層との間に形成される第２のウェーブガイド層をさらに含む。
【００１８】
前記キャリアガイド構造、前記活性領域及び前記エネルギー弛緩層は、多重量子井戸または超格子構造からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、キャリアの増倍により、すなわちキャリア増倍構造層を通過しながら増倍された多数のキャリアを活性領域の光放射遷移レベルに注入させて、高密度反転を達成することによって、高出力を得ることができる。また、従来の量子カスケードレーザは、充分の光出力を得るために、多層構造で形成しなければならないので、製造が困難であったが、本発明の半導体レーザは、単純なコンパクト構造、すなわち少ない数のスタック(周期)を有する構造からなるため、製造が容易である。したがって、低費用で高出力を有する中・遠赤外線帯域のアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザ(AQIST Laser; avalanche quantum intersubband transition laser)を具現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
従来の中・遠赤外線用量子カスケードレーザは、１つの電子が単位セル構造物のＮ個のスタック(周期)を通過しながらＮ個の光子を放出する構造を有するから、充分の光出力を得るためには、２５乃至７０個以上のスタック(周期)を必要とする。したがって、構造が複雑で、量子カスケード構造を成長させることが難しかった。
【００２１】
本発明は、サブバンド間の放射遷移が生じるＱＷ活性領域間にキャリア増倍が生じるＰＩＮ型の増倍層を含むキャリア増倍構造層と、増倍されたキャリアのエネルギーを弛緩させ、隣接するＱＷ活性領域の遷移レベルに注入させる役目をするキャリアガイド構造層を形成する。ＱＷ活性領域のキャリア注入効率を高め、高密度反転が達成されるようにすることによって、単純なコンパクトスタック(周期)ででも高出力を得ることができ、製造が容易である。
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。なお、下記の実施例は、当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るようにするために一例として提示されるものである。したがって、本発明は、下記の実施例に限らず、様々な変形が可能である。
【００２３】
図１は、本発明の実施例に係るアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザを説明するための断面図である。
【００２４】
ＩｎＰなどからなる半導体基板１０上に、１ミクロン以下のＩｎＰからなる下部クラッド層２０及びウェーブガイド層３０が形成される。前記ウェーブガイド層３０上には、アンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓからなるＱＷ活性領域４１、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓからなるキャリアガイド構造層４２及びキャリア増倍構造層４３からなる単位セル構造物が形成される。この時、前記ＱＷ活性領域４１、キャリアガイド構造層４２及びキャリア増倍構造層４３の組み合わせの単位セル構造物は、２回以上、好ましくは、２乃至８回程度以内で繰り返して積層することができる。
【００２５】
前記ＱＷ活性領域４１は、選択波長の設計によるアンドープの多重量子井戸（multiple quantum well）構造または超格子（super lattice）構造で形成されることができる。多重量子井戸構造で形成される場合、図１に示されるように、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層４１ａとＩｎＡｌＡｓ量子障壁層４１ｂのスタック(周期)で形成することができる。すなわち、垂直遷移の量子井戸（ＱＷ）構造、又は対角遷移の量子井戸（ＱＷ）構造が適用されることができ、１、２、３量子井戸構造、４量子井戸構造、または多重量子井戸構造が適用されることができる。
【００２６】
前記キャリアガイド構造層４２は、 ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸構造またはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子構造で形成されることができる。すなわち、図１に示されるように、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層４２ａとＩｎＡｌＡｓ量子障壁層４２ｂが積層された構造で形成することができる。
【００２７】
前記キャリア増倍構造層４３は、ｎ型ドーピング層４３ａ、ドーピングされていない増倍層（multiplication layer）４３ｂ及びｐ電荷層（charge layer）４３ｃで形成される。前記ｎ型ドーピング層４３ａは、５００Å以下の薄い厚みを有するｎ＋ＩｎＧａＡｓまたはｎ＋ＩｎＡｌＡｓで形成する。前記増倍層４３ｂは、動作時、１０５Ｖ／ｃｍより大きい強さの電場が印加されるようにし、約１５００Å以下の厚みで形成し、アンドープ（undoped）ＩｎＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｓで形成する。前記ｐ電荷層４３ｃは、５００Å以下の薄い厚みを有するｐ− ＩｎＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｓで形成する。
【００２８】
前記構造の上部には、ウェーブガイド層５０及びクラッド層６０が形成され、前記クラッド層６０は１ミクロン以下のＩｎＰで形成され、前記ウェーブガイド層５０は１ミクロン以下のＩｎＧａＡｓで形成される。前記基板１０の下部及び前記クラッド層６０の上部には、電極８１及び８２が各々形成される。この時、前記電極８２と前記クラッド層６０間のオミックコンタクト特性を向上させるために、前記電極８２と前記クラッド層６０の間に導電性物質、例えば、ｎ＋ ＩｎＧａＡｓで数千Å程度の厚みのエミッタコンタクト層７０を形成することができる。
【００２９】
すなわち、前記半導体基板１０上にクラッド層２０及びウェーブガイド層３０が形成され、前記ウェーブガイド層３０上にＱＷ活性領域４１及びキャリア増倍構造層４３が形成される。この時、前記活性領域４１及びキャリア増倍構造層４３の組み合わせは、２回以上、好ましくは、２乃至８回以内で繰り返して積層することができる。
【００３０】
以下、前述のように構成される本発明の量子サブバンド遷移半導体レーザの動作を図２、図３及び図４を参照して説明する。
【００３１】
本発明による量子サブバンド遷移半導体レーザは、光(Optical)遷移が生じるＱＷ活性領域４１の間に増倍層４３ｂを含むキャリア増倍構造層４３と、増倍されたキャリアを誘導して、隣接するＱＷ活性領域４１の上部遷移レベルに注入させるキャリアガイド構造層４２が形成される。したがって、上部遷移レベル(upper transition level)に注入されるキャリアの数が増加し、その結果として、注入効率が増大し、ＱＷ活性領域４１の光遷移量子閉じ込め準位で高密度の反転の効果が達成され、高出力の量子サブバンド遷移レーザが可能となる。
【００３２】
前記電極８１及び８２を介して電圧を印加すれば、キャリアが前記キャリア増倍構造層４３を通過しながら、比較的薄い厚み（＜〜１５００Å）を有する前記増倍層４３ｂで衝突イオン化現象（impact ionization）によるキャリア増倍現象（avalanche増倍）により数が増加する。
【００３３】
前記増倍層４３ｂで増倍されたキャリアは、前記キャリアガイド構造層４２によりガイドされ、隣接する前記ＱＷ活性領域４１の遷移レベルに注入することによって、前記ＱＷ活性領域４１に注入されたエネルギーレベルにエネルギーを弛緩させる。すなわち、前記キャリアガイド構造層４２は、増倍されて、広くエネルギー分布したキャリアを狭いエネルギー分布度を有するように誘導し、エネルギーを弛緩させて、前記ＱＷ活性領域４１に注入させる役目をする。前記ＱＷ活性領域４１で量子サブバンド遷移を経ったキャリアは、さらに順次に次の隣接するキャリア増倍構造層４３を通過しながら、さらに増倍される。このようなキャリアの継続的な増倍により従来量子カソケードレーザ構造に比べて繰り返しの回数の少ない単位セル構造物でかなり高い光出力キャリア増倍を得る。
【００３４】
例えば、前記ＱＷ活性領域４１、キャリアガイド構造層４２及びキャリア増倍構造層４３の組み合わせの単位セル構造物がＮ回繰り返して積層され、キャリアが１つの増倍層でｍ倍増倍されると仮定すれば、結果的に注入された１つのキャリアがｍＮ個に増倍され、且つ、ｍＮ個の光子を生成することができる。
【００３５】
したがって、１つの電子がＮ個のカスケードスタック(周期)を通過しながら、Ｎ個の光子を生成する従来の量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）に比べて、本発明のアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザは、単純なコンパクト構造で高出力を得ることができるという長所を有する。特に、薄い厚みの増倍層構造を適用することによって、キャリア増倍、速度及び安全性を高めることができる。
【００３６】
前述のように構成される量子サブバンド遷移半導体レーザの発光波長は、前記ＱＷ活性領域４１の光遷移レベルに該当する量子井戸の閉じ込めエネルギー準位により決定される。
【００３７】
図２は、本発明の一実施例に係るアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザの伝導帯エネルギーダイアグラムである。
【００３８】
アバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザは、ＱＷ活性領域４１、キャリアガイド構造層４２及びキャリア増倍構造層４３からなる単位セル構造物を含む。 
超格子構造からなるＱＷ活性領域４１と超格子構造からなるキャリアガイド構造層４２が適用された。
【００３９】
図２を参照すれば、電圧印加によって増倍された電子がキャリアガイド構造層４２によりガイドされ、隣接する前記超格子構造からなるＱＷ活性領域４１に形成されたＥｓ２サブバンドに注入され、ここで、Ｅｓ２サブバンドとＥｓ１サブバンド間の密度反転によりレーザ遷移が生じ、多数の光子が放出され、低いエネルギーを有するＥｓ１サブバンドに遷移された電子は、さらに順次に次の隣接するキャリア増倍構造層４３を通過しながら増倍される。すなわち、キャリアガイド構造層４２は、増倍されて、広くエネルギー分布した電子を狭いエネルギー分布度を有するように誘導し、エネルギーを弛緩させて、次に隣接するＱＷ活性領域４１のＥｓ２サブバンドに電子を注入させる役目をする。
ＱＷ活性領域４１でさらにアバランシェ量子サブバンド遷移を経験したキャリアは、さらに順次に次の隣接するキャリア増倍構造層４３を通過しながらさらに増倍され、キャリアガイド構造層４２及びＱＷ活性領域４１を通過しながら、このようなキャリアの継続的な増倍効果により非常に高い光出力キャリア増倍を得る。すなわち、前記活ＱＷ性領域４１、キャリアガイド構造層４２及びキャリア増倍構造層４３の組み合わせの単位セル構造物がＮ回繰り返して積層され、キャリアが１つの増倍層でｍ倍増倍されると仮定すれば、その結果して、注入された１つのキャリアがｍＮ個に増倍され、且つ、ｍＮ個の光子を生成できる効果を得る。
【００４０】
図３は、本発明の他の実施例に係る量子サブバンド遷移半導体レーザの伝導帯エネルギーダイアグラムである。
【００４１】
量子サブバンド遷移半導体レーザは、ＱＷ活性領域４１、キャリアガイド構造層４２及びキャリア増倍構造層４３からなる単位セル構造物を含む。ＱＷ活性領域４１は３個の量子井戸構造を持つ。
【００４２】
図３を参照すれば、電圧印加時、投入された電子がキャリアガイド構造層４２によりガイドされ、隣接する３個の量子井戸構造からなる前記ＱＷ活性領域４１に形成されたＥｑ３サブバンドに注入され、ここで、Ｅｑ３サブバンドとＥｑ２サブバンド間の密度反転により光放射遷移が生じ、多数の光子が放出され、低いエネルギーを有するＥｑ２サブバンドに遷移された電子は、さらに低いエネルギーを有するＥｑ１サブバンドに速く弛緩され、Ｅｑ３サブバンドとＥｑ２サブバンド間の密度反転効果を高める。Ｅｑ１サブバンドに弛緩された電子は、さらに順次に次の隣接するキャリア増倍構造層４３を通過しながら増倍される。すなわち、キャリアガイド構造層４２は、増倍されて、広くエネルギー分布した電子を狭いエネルギー分布度を有するように誘導し、エネルギーを弛緩させ、次に隣接するＱＷ活性領域４１のＥｑ３サブバンドに電子を注入させる役目をする。ＱＷ活性領域４１でさらにアバランシェ量子サブバンド遷移を経験したキャリアは、さらに順次に次の隣接するキャリア増倍構造層４３を通過しながら、さらに増倍され、キャリアガイド構造層４２及びＱＷ活性領域４１を通過しながらこのようなキャリアの継続的な増倍効果により非常に高い光出力キャリア増倍を得る。すなわち、前記ＱＷ活性領域４１、キャリアガイド構造層４２及びキャリア増倍構造層４３の組み合わせからなる単位セル構造物は、Ｎ回繰り返して積層され、キャリアが１つの増倍層でｍ倍増倍されると仮定すれば、注入された１つのキャリアがｍＮ個に増倍され、また、ｍＮ個の光子を生成できる効果を得る。
【００４３】
図４は、本発明による量子サブバンド遷移半導体レーザの導電−バンドダイアグラムである。
図４を参照すれば、単位セル構造物はＱＷ活性領域４１とキャリア増倍構造層４３との間にキャリアの弛緩領域に挿入されたエネルギー弛緩層４４を含む構造である。電圧印加による電子がキャリアガイド構造層４２によりガイドされ、隣接する３個の量子井戸構造からなるＱＷ活性領域４１に形成されたＥｑ３サブバンドに注入され、ここで、Ｅｑ３サブバンドとＥｑ２サブバンド間の密度反転により光放射遷移が生じ、多数の光子が放出され、低いエネルギーを有するＥｑ２サブバンドに遷移された電子は、さらに低いエネルギーを有するＥｑ１サブバンドに弛緩され、Ｅｑ１サブバンドに遷移された電子が順次に容易にエネルギー弛緩層４４に速く弛緩されるようにし、その結果して、Ｅｑ３サブバンドとＥｑ２サブバンド間の密度反転効果を高めることができ、キャリア増倍構造層４３のドーパントが隣接するＱＷ活性領域４１に拡散されることを防止する役目をもすることができる。
【００４４】
以上では、詳細な説明と図面を参照して本発明の最適の実施例を開示した。しかしながら、高出力を得るための本発明の原理及び構造は、前述した実施例だけでなく、他のレーザ構造にも適用することができる。なお、本発明の用語は、ただ本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の好ましい実施例に係るアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザを説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザの伝導帯エネルギーダイアグラムである。
【図３】本発明の実施例に係るアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザの伝導帯エネルギーダイアグラムである。
【図４】本発明の実施例に係るアバランシェ量子サブバンド遷移半導体レーザの伝導帯エネルギーダイアグラムである。
【符号の説明】
【００４６】
１０  半導体基板
２０、６０  クラッド層
３０、５０  ウェーブガイド層
４１  活性領域
４１ａ、４２ａ  量子井戸層
４１ｂ、４２ｂ  量子障壁層
４２  キャリアガイド構造層
４３  キャリア増倍構造層
４３ａ  ｎ型ドーピング層
４３ｂ  増倍層
４３ｃ  ｐ電荷層
４４  エネルギー弛緩層
７０  コンタクト層
８１、８２  電極
Ｅｓ１  超格子構造のサブバンド
Ｅｓ２  超格子構造のサブバンド
Ｅｑ１  ３個量子井戸構造における量子閉じ込めサブバンド
Ｅｑ２  ３個量子井戸構造における量子閉じ込めサブバンド
Ｅｑ３  ３個量子井戸構造における量子閉じ込めサブバンド
【図１】
0004620007.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004620007.tif 000004
【図４】
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