技術情報

2重ヘテロ構造

半導体レーザの動作原理を理解するうえでは、
2重へテロ構造(ダブルへテロ構造)についての理解もしておく必要があります。

2重へテロ構造でなく、pn接合でもレーザ発振することはできますが、
より効率よく発振するために2重ヘテロ構造が発明されました。

この記事ではその2重へテロ構造の基本について説明いたします。

まずヘテロ接合という単語について説明します。

ヘテロ接合とはバンドギャップエネルギーなどの性質が異なる半導体を
接合した構造のことです。

一方で、同じ半導体材料同士で作った接合の事をホモ接合といいます。

ホモ接合では
バンドギャップエネルギーではp型側とn型側でほとんど変わりませんが、
ヘテロ接合ではバンドギャップエネルギーが異なる半導体が接合するため、
エネルギーバンド構造がホモ接合とは大きく変わります。

2重へテロ構造はその名の通り、ヘテロ接合を2つ使った構造になります。

半導体レーザでは
n型半導体とp型半導体でバンドギャップエネルギーが小さい半導体を
挟み込む形で使われます。

この構造において、
バンドギャップエネルギーが小さい層のことは活性層と呼ばれます。

また、活性層をはさむ層はそれぞれ、pクラッド層、nクラッド層と呼ばれます

この構造に順方向の電圧を加えるとエネルギーバンド図は
以下のようになります。

2重ヘテロ構造

 

 

 

 

 

 

 

 

 

この状態では活性層に効率よく電子とホールが注入され、
電子とホールの再結合が起こりやすくなります。

また、半導体レーザにおいてはこの構造にもうひとつメリットがあります。

クラッド層の屈折率に対し、活性層の屈折率が大きいため、
活性層への光閉じ込め効果があります。
(バンドギャップエネルギーが大きいほど、
屈折率が小さくなるという関係があります。)

電子やホールだけでなく光も活性層に閉じ込められるため、
誘導放出により効率よくレーザを駆動することができます。

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