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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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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| 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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