JP2556296B2 - 半導体量子細線レーザー - Google Patents
半導体量子細線レーザーInfo
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- JP2556296B2 JP2556296B2 JP6129984A JP12998494A JP2556296B2 JP 2556296 B2 JP2556296 B2 JP 2556296B2 JP 6129984 A JP6129984 A JP 6129984A JP 12998494 A JP12998494 A JP 12998494A JP 2556296 B2 JP2556296 B2 JP 2556296B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体量子細線レーザ
ーに関し、特に、量子細線を活性層とする半導体量子細
線レーザーの構造に関する。
ーに関し、特に、量子細線を活性層とする半導体量子細
線レーザーの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】しきい電流密度の小さい半導体レーザー
構造を実現することは、光集積回路を開発するうえで、
必要な条件の1つである。しきい電流密度の小さい半導
体レーザー構造としては、量子井戸を活性層とした半導
体量子井戸レーザー構造が用いられている。例えば、ツ
ァング(W.T.Tsang)他は、アプライド フィ
ジックス レターズ(Applied Physics
Letters),vol.39,1981,p.7
86に、半導体量子細線レーザー構造において、しきい
電流密度が、従来のダブルヘテロ半導体レーザーより小
さくなることを報告している。さらに、近年、活性層に
歪み量子井戸を用いることによって、量子井戸レーザー
のしきい電流密度がさらに小さくなることがわかり、例
えば、チェン(T.R.Chen)他は、エル・イー・
オー・エス(LEOS)1991年コンファレンス ダ
イジェスト(Conference Digest),
paper SDL16.6に、活性層に歪み量子井戸
を用いたレーザー構造で、しきい電流密度がさらに小さ
い半導体レーザー構造を実現したことを報告している。
構造を実現することは、光集積回路を開発するうえで、
必要な条件の1つである。しきい電流密度の小さい半導
体レーザー構造としては、量子井戸を活性層とした半導
体量子井戸レーザー構造が用いられている。例えば、ツ
ァング(W.T.Tsang)他は、アプライド フィ
ジックス レターズ(Applied Physics
Letters),vol.39,1981,p.7
86に、半導体量子細線レーザー構造において、しきい
電流密度が、従来のダブルヘテロ半導体レーザーより小
さくなることを報告している。さらに、近年、活性層に
歪み量子井戸を用いることによって、量子井戸レーザー
のしきい電流密度がさらに小さくなることがわかり、例
えば、チェン(T.R.Chen)他は、エル・イー・
オー・エス(LEOS)1991年コンファレンス ダ
イジェスト(Conference Digest),
paper SDL16.6に、活性層に歪み量子井戸
を用いたレーザー構造で、しきい電流密度がさらに小さ
い半導体レーザー構造を実現したことを報告している。
【0003】活性層を量子細線にした半導体量子細線レ
ーザーでは、従来の量子井戸レーザーより、理論的に
は、さらにしきい電流密度が小さくなることが、浅田
(M.Asada)他によって、アイ・イー・イー・イ
ー ジャーナル オブ クァンタム エレクトロニクス
(IEEE Journal of Quantum
Electronics),vol.QE−22,19
86,p.1915に報告されている。実験的には、こ
れまでにいくつかの量子細線レーザーの作製が報告され
ている。例えば、カポン(E.Kapon)他は、フィ
ジカル レビューレターズ(Physical Rev
iew Letters),vol.63,1989,
p.430に、パターニングされた(100)基板上に
<110>方向を向いた量子細線を有する量子細線レー
ザーでのレーザー特性を報告している。この例のよう
に、これまで報告されている量子細線レーザー構造はす
べて<110>方向を向く量子細線を活性層とするもの
である。
ーザーでは、従来の量子井戸レーザーより、理論的に
は、さらにしきい電流密度が小さくなることが、浅田
(M.Asada)他によって、アイ・イー・イー・イ
ー ジャーナル オブ クァンタム エレクトロニクス
(IEEE Journal of Quantum
Electronics),vol.QE−22,19
86,p.1915に報告されている。実験的には、こ
れまでにいくつかの量子細線レーザーの作製が報告され
ている。例えば、カポン(E.Kapon)他は、フィ
ジカル レビューレターズ(Physical Rev
iew Letters),vol.63,1989,
p.430に、パターニングされた(100)基板上に
<110>方向を向いた量子細線を有する量子細線レー
ザーでのレーザー特性を報告している。この例のよう
に、これまで報告されている量子細線レーザー構造はす
べて<110>方向を向く量子細線を活性層とするもの
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の<110>方向
を向く量子細線を活性層とする量子細線レーザーでは、
現在までのところ、従来の量子井戸レーザーより小さな
しきい電流密度を示すものは報告されていない。これ
は、<110>方向を向く量子細線において、レーザー
発振に関与する、量子細線方向に電場成分をもつ直線偏
光の光を出す光学遷移確率が、価電子帯の異方性の効果
によって小さくなっていることが原因の1つになってい
る。
を向く量子細線を活性層とする量子細線レーザーでは、
現在までのところ、従来の量子井戸レーザーより小さな
しきい電流密度を示すものは報告されていない。これ
は、<110>方向を向く量子細線において、レーザー
発振に関与する、量子細線方向に電場成分をもつ直線偏
光の光を出す光学遷移確率が、価電子帯の異方性の効果
によって小さくなっていることが原因の1つになってい
る。
【0005】本発明は、このような従来の事情に対処し
てなされたもので、小さなしきい電密度をもつ半導体量
子細線レーザー構造を提供することを目的としている。
てなされたもので、小さなしきい電密度をもつ半導体量
子細線レーザー構造を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、量子細線を活
性層とする半導体量子細線レーザー構造において、<0
01>方向または<001>方向から任意の方向に5度
以内の角度傾いた方向に量子細線構造を作製することを
特徴とする半導体量子細線レーザー構造である。
性層とする半導体量子細線レーザー構造において、<0
01>方向または<001>方向から任意の方向に5度
以内の角度傾いた方向に量子細線構造を作製することを
特徴とする半導体量子細線レーザー構造である。
【0007】
【作用】本発明による量子細線レーザー構造が小さなし
きい電流密度をもつ理由を説明する。量子細線レーザー
では、量子細線方向に電場成分をもつ直線偏光がレーザ
ー発振する。量子細線がこの光を放出する光学遷移確率
が高いほど、このレーザー発振のしきい電流密度は小さ
くなる。反射の際の光の損失を少なくするためにキャビ
ティー面にへき開面である{110}面を用いる場合の
前述の光学遷移確率を、任意の方向を向く量子細線に対
して計算すると、価電子帯の異方性の効果によって、<
001>方向を向く量子細線がもっとも高い光学遷移確
率をもつことがわかった。また、<001>方向から任
意の方向に5°以内の角度傾いた方向を向く量子細線に
おいても光学的遷移確率は高い値を示し、<001>方
向を向く量子細線の光学的遷移確率の値から0.1%程
度以内減少するだけである。
きい電流密度をもつ理由を説明する。量子細線レーザー
では、量子細線方向に電場成分をもつ直線偏光がレーザ
ー発振する。量子細線がこの光を放出する光学遷移確率
が高いほど、このレーザー発振のしきい電流密度は小さ
くなる。反射の際の光の損失を少なくするためにキャビ
ティー面にへき開面である{110}面を用いる場合の
前述の光学遷移確率を、任意の方向を向く量子細線に対
して計算すると、価電子帯の異方性の効果によって、<
001>方向を向く量子細線がもっとも高い光学遷移確
率をもつことがわかった。また、<001>方向から任
意の方向に5°以内の角度傾いた方向を向く量子細線に
おいても光学的遷移確率は高い値を示し、<001>方
向を向く量子細線の光学的遷移確率の値から0.1%程
度以内減少するだけである。
【0008】この効果により、本発明による量子細線レ
ーザー構造は従来のものより小さなしきい電流密度をも
つ。
ーザー構造は従来のものより小さなしきい電流密度をも
つ。
【0009】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。ここでは、AlGaAs/Ga
As系による分離閉じ込め型量子細線レーザー構造に本
発明を適用した実施例について説明する。図1、2にレ
ーザー構造を示す。図2は従来の<110>方向を向く
量子細線を有する量子細線レーザーで、図1は本発明の
実施例である<001>方向を向く量子細線レーザー構
造である。試料の作製においては有機金属気相成長法
(MOCVD法)を用い、従来構造はnタイプ(00
1)GaAs基板11を、本実施例においてはnタイプ
(110)GaAs基板12を用いた。試料は、図1、
2いずれの場合においても、第一に、厚さ1.5μm の
nタイプAl0.45Ga0.55As層13を成長し、第二
に、GaAs量子細線14のもとになる厚さ20nmのノ
ンドープGaAs層が両側の厚さ20nmのノンドープA
l0.3 Ga0.7 As層15に挟まれた構造のAl0.3 G
a0.7As/GaAs量子井戸層を成長し、第三に、厚
さ1.5μm のpタイプAl0. 45Ga0.55As層16、
厚さ0.3μm のpタイプGaAs層17を順に成長
し、第四に、電子ビームリソグラフィーとドライエッチ
ングによって、100nm周期で幅20nmのストライプ状
の領域以外のp型領域及びノンドープ領域をエッチング
し、第五に、エッチングでできた溝を厚さ60nmのノン
ドープAl0.3 Ga0.7 As層15、厚さ1.5μm の
pタイプAl0.45Ga0.55As層16、厚さ0.3μm
のpタイプGaAs層17で順に埋め込むことによって
得られた。試料には20nm角のGaAs量子細線14が
形成され、電子ビームリソグラフィーによって、図2の
従来構造では量子細線は[110]方向を向き、本実施
例では[001]方向を向いている。いずれの試料にお
いても電流注入することによって、[1,−1,0]方
向を向くへき開面18をキャビティー面として、量子細
線方向に電場成分をもつ直線偏光がレーザー発振する。
この両者でレーザー発振のしきい電流密度を比較した結
果、本実施例は従来構造に比べて、約10%低いしきい
電流密度を得ることができた。
ながら詳細に説明する。ここでは、AlGaAs/Ga
As系による分離閉じ込め型量子細線レーザー構造に本
発明を適用した実施例について説明する。図1、2にレ
ーザー構造を示す。図2は従来の<110>方向を向く
量子細線を有する量子細線レーザーで、図1は本発明の
実施例である<001>方向を向く量子細線レーザー構
造である。試料の作製においては有機金属気相成長法
(MOCVD法)を用い、従来構造はnタイプ(00
1)GaAs基板11を、本実施例においてはnタイプ
(110)GaAs基板12を用いた。試料は、図1、
2いずれの場合においても、第一に、厚さ1.5μm の
nタイプAl0.45Ga0.55As層13を成長し、第二
に、GaAs量子細線14のもとになる厚さ20nmのノ
ンドープGaAs層が両側の厚さ20nmのノンドープA
l0.3 Ga0.7 As層15に挟まれた構造のAl0.3 G
a0.7As/GaAs量子井戸層を成長し、第三に、厚
さ1.5μm のpタイプAl0. 45Ga0.55As層16、
厚さ0.3μm のpタイプGaAs層17を順に成長
し、第四に、電子ビームリソグラフィーとドライエッチ
ングによって、100nm周期で幅20nmのストライプ状
の領域以外のp型領域及びノンドープ領域をエッチング
し、第五に、エッチングでできた溝を厚さ60nmのノン
ドープAl0.3 Ga0.7 As層15、厚さ1.5μm の
pタイプAl0.45Ga0.55As層16、厚さ0.3μm
のpタイプGaAs層17で順に埋め込むことによって
得られた。試料には20nm角のGaAs量子細線14が
形成され、電子ビームリソグラフィーによって、図2の
従来構造では量子細線は[110]方向を向き、本実施
例では[001]方向を向いている。いずれの試料にお
いても電流注入することによって、[1,−1,0]方
向を向くへき開面18をキャビティー面として、量子細
線方向に電場成分をもつ直線偏光がレーザー発振する。
この両者でレーザー発振のしきい電流密度を比較した結
果、本実施例は従来構造に比べて、約10%低いしきい
電流密度を得ることができた。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体量子細線レーザー構造は、<001>方向または<0
01>方向から任意の方向に5度以内の角度傾いた方向
に量子細線構造を作製することで、小さなしきい値電流
密度が得られるという効果がある。
体量子細線レーザー構造は、<001>方向または<0
01>方向から任意の方向に5度以内の角度傾いた方向
に量子細線構造を作製することで、小さなしきい値電流
密度が得られるという効果がある。
【図1】実施例に用いた半導体量子細線レーザー構造の
斜視概略図である。
斜視概略図である。
【図2】従来の半導体量子細線レーザー構造の斜視概略
図である。
図である。
11 nタイプ(001)GaAs基板 12 nタイプ(110)GaAs基板 13 nタイプAl0.45Ga0.55As層 14 GaAs量子細線 15 ノンドープAl0.3 Ga0.7 As層 16 pタイプAl0.45Ga0.55As層 17 pタイプGaAs層 18 [1,−1,0]方向を向くへき開面
Claims (1)
- 【請求項1】量子細線を活性層とする半導体量子細線レ
ーザー構造において、<001>方向または<001>
方向から任意の方向に5度以内の角度傾いた方向に量子
細線構造を作製することを特徴とする半導体量子細線レ
ーザー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6129984A JP2556296B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 半導体量子細線レーザー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6129984A JP2556296B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 半導体量子細線レーザー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07335974A JPH07335974A (ja) | 1995-12-22 |
JP2556296B2 true JP2556296B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=15023286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6129984A Expired - Fee Related JP2556296B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 半導体量子細線レーザー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2556296B2 (ja) |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP6129984A patent/JP2556296B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH07335974A (ja) | 1995-12-22 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960716 |
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FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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