JP4557111B2 - 量子ドット半導体レーザ - Google Patents
量子ドット半導体レーザ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4557111B2 JP4557111B2 JP2000325405A JP2000325405A JP4557111B2 JP 4557111 B2 JP4557111 B2 JP 4557111B2 JP 2000325405 A JP2000325405 A JP 2000325405A JP 2000325405 A JP2000325405 A JP 2000325405A JP 4557111 B2 JP4557111 B2 JP 4557111B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum
- level
- layer
- thickness
- energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光インターコネクションなどの光源となる半導体レーザに関し、特に量子ドットを活性層とする半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子を３次元的に閉じ込めた量子ドット構造は、その状態密度がデルタ関数的な離散準位をもつようになる。したがって、量子ドットに電子（あるいは正孔）を注入すると、電子（あるいは正孔）は、離散準位のエネルギーに集中する。その結果、量子ドットからの発光スペクトルは、エネルギー広がりが非常に狭く、強度が大きいものとなる。この量子ドット構造を半導体レーザの活性層に適用すると、半導体レーザの閾値が低減する、温度特性が向上する、変調帯域が拡大することなどが期待される。
【０００３】
これら優れた特性で量子ドットレーザを動作させるためには、量子ドット構造を、結晶性の劣化が無く、しかも高密度で高均一に作り込む必要がある。
【０００４】
従来、量子ドット構造を作るのにはリソグラフィーとドライエッチングなどの加工によっていたが、この場合、加工損傷が結晶中に導入されるため、発光の効率が著しく低下していた。
【０００５】
これに対して結晶成長のみで量子ドット構造を形成する、自己形成法（あるいは自己組織法とよぶ）が提案された。例えば、ＧａＡｓ基板上に格子不整合なＩｎＧａＡｓを成長することによって、ＩｎＧａＡｓは臨界膜厚を超えると島状に成長し、この島状結晶は量子ドット構造に適した数十ｎｍのサイズであることが示された(D. Leonard et al., Applied Physics Letters, 63, 3202(1993))。この後、この自己形成法が量子ドットの作製法として確立し、半導体レーザへの応用が盛んに研究されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
量子ドットレーザの特性のうち、変調帯域を調べることが行われた(D. Klotzkin et al., IEEE Photonics Technology Letters, 9, 1301(1997))が、その帯域は室温で４．５ＧＨｚであった。これは、量子井戸レーザと同等またはそれ以下であり、量子ドットレーザの高速変調が著しく制限されていることを示している。
【０００７】
このような高速変調の制限要因としては、量子ドットを取り囲む障壁層から、量子ドットへのキャリアの捕獲時間が３０ｐｓ程度と遅いことが挙げられる。これは、量子ドットのエネルギー準位が離散的であるために、従来の量子井戸へのキャリア捕獲に使われるフォノン緩和が起きづらいためである。さらに、量子ドット内の量子準位間の緩和も５〜１０ｐｓ程度かかるものと考えられることから、レーザの変調帯域を１０ＧＨｚまで伸ばすことができないでいた。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、量子ドットへのキャリアの緩和を促進し、量子ドットレーザの高速変調を可能にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造とを具備し、前記量子井戸構造のいずれか二つの量子準位である第１準位と第２準位間のエネルギー差が、第２準位より低エネルギーの第１準位と、第１準位より低エネルギーの前記量子ドット構造のいずれかの量子準位とのエネルギー差に等しいことを特徴とする半導体レーザに関する。
【００１１】
また本発明は、活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造とを具備し、前記量子井戸構造のいずれか二つの量子準位である第１準位と第２準位間のエネルギー差が、第２準位より低エネルギーの第１準位と、第１準位より低エネルギーの前記量子ドット構造の連続準位とのエネルギー差に等しいことを特徴とする半導体レーザに関する。
【００１２】
さらに本発明は、活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造と、これらの間にはさまれたトンネル障壁層とを具備し、前記量子井戸構造のいずれかの量子準位のエネルギーと前記量子ドット構造の連続準位のエネルギーが等しいことを特徴とする半導体レーザに関する。
【００１３】
なお、連続準位はエネルギー幅をもつため、量子準位と連続準位との間のエネルギー差（ΔＥCON）は、量子準位のエネルギーと連続準位の最大エネルギーとの差（ΔＥMAX）から量子準位のエネルギーと連続準位の最小エネルギーとの差（ΔＥMIN）までのエネルギー範囲（ΔＥMAX〜ΔＥMIN）を有するものとする。
【００１４】
よって、ある二つの量子準位間のエネルギー差（ΔＥ１）が、量子準位と連続準位とのエネルギー差（ΔＥCON）に等しいとは、ΔＥ１がこのエネルギー範囲（ΔＥMAX〜ΔＥMIN）内にあることをいう。
【００１５】
また、ある量子準位のエネルギーと連続準位のエネルギーが等しいとは、ある量子準位のエネルギーが、連続準位のエネルギーの最小値から最大値の範囲内にあることをいう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
まず、本発明の一実施形態を挙げてその作用原理について説明する。
【００１８】
図１（ａ）に本発明の一実施形態のレーザ構造断面図を示す。同図において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層３およびアンドープＧａＡｓ障壁層４が形成され、その上にキャリア注入用のＩｎＧａＡｓ量子井戸構造５が設けられている。その上に直接にＩｎＡｓ量子ドット６が形成され、さらにアンドープＧａＡｓ障壁層７とアンドープＧａＡｓ光閉じ込め層８、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層９が形成されている。この上にはｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層１０が形成されている。
【００１９】
この構造において、図１（ｂ）のエネルギーバンド図に示すように、キャリア注入用のＩｎＧａＡｓ量子井戸５の１番目の量子準位１１（基底準位）（「Ｅ１QW」とする）と２番目の量子準位１２（励起準位）（「Ｅ２QW」とする）とのエネルギー差（Ｅ２QW−Ｅ１QW）が、量子井戸の１番目の量子準位１１（Ｅ１QW）とＩｎＡｓ量子ドット６の１番目の量子準位１３（「Ｅ１QD」とする）とのエネルギー差（Ｅ１QW−Ｅ１QD）に等しくなるように、量子井戸５の層厚および組成を調整する。この場合、量子井戸の１番目の量子準位１１（Ｅ１QW）にある電子が量子ドットの１番目の量子準位１３（Ｅ１QD）に緩和遷移するのに、この準位間のエネルギー（Ｅ１QW−Ｅ１QD）を量子井戸の１番目の準位１１（Ｅ１QW）にあるもう一つの電子に与え、この電子を量子井戸の２番目の量子準位１２（Ｅ２QW）に励起遷移させる。つまりＥ１QW−Ｅ１QD＝Ｅ２QW−Ｅ１QWの条件によって、オージェ遷移過程を起こさせる。量子井戸の２番目の量子準位１２は１番目の量子準位１１よりも縮退度が大きいために、状態数が多い。したがって２番目の量子準位の状態に空きが多く存在するために１番目にある電子がより励起遷移しやすくなる。このことによって、量子ドットへの電子の緩和が促進され、ｐｓオーダーの電子緩和速度が得られる。
【００２０】
量子ドットでの発光を起こさせるためには、正孔も量子ドットへ注入させることが必要であるが、正孔は電子に比べて質量が大きいため、ポテンシャルの低い量子ドットに多数とどまる。したがって、キャリアを高速で変調する時には、実際は電子がドット内に高速に注入され、その結果レーザの光出力が高速に変調されることになり、正孔の注入速度によってはレーザの変調速度は律速されない。
【００２１】
もう一つ実施形態のレーザ構造断面図を図２（ａ）に示す。同図に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層３およびアンドープＧａＡｓ障壁層４が形成され、その上にキャリア注入用のＩｎＧａＡｓ量子井戸構造５とＡｌＡｓトンネル障壁層１４とが設けられている。その上にＩｎＡｓ量子ドット６が形成され、さらにアンドープＧａＡｓ障壁層７とアンドープＧａＡｓ光閉じ込め層８、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層９が形成されている。この上にはｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層１０が形成されている。
【００２２】
この構造において、図２（ｂ）のエネルギーバンド図に示すように、ＩｎＧａＡｓ量子井戸５の量子準位１５（「ＥQW」とする。ここでは基底準位）とＩｎＡｓ量子ドット６の量子準位１６（「ＥQD」とする）のエネルギーが等しくなるように、量子井戸の層厚および組成を調整する。これによって、量子井戸の量子準位１５（ＥQW）にある電子が、量子ドットの量子準位１６（ＥQD）へ、トンネル障壁層１４を介してトンネル注入される。このトンネル注入はｐｓオーダーの速度で起きる。
【００２３】
以上のように、オージェ遷移あるいはトンネル注入を利用して、電子を量子ドットへ高速に注入することにより、量子ドットレーザの１０ＧＨｚを超える高速変調が可能になる。
【００２４】
また、ＧａＡｓ上のＩｎＡｓ量子ドットの量子準位は、離散的な量子準位の他に、高エネルギー側に続く連続準位が存在することが知られている（Y. Toda et al., Physical Review Letters, 82, 4114(1999)）。これは量子ドット内の歪みの大きさが基板側に向かって連続的に変化していることに起因するものと考えられている。量子ドットへのキャリアの捕獲を行う場合、量子ドットの連続準位にキャリアを注入させることを行ってもよい。この連続準位では、エネルギーが広がりを持つので、量子井戸の量子準位のエネルギーを決めるために量子井戸構造の厳密な層厚や組成の調整を必要としないという利点がある。
【００２５】
次に、実施例を挙げて、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
【００２６】
（実施例１）
図３（ａ）は本発明の第１実施例の半導体レーザの構造断面図である。
【００２７】
分子線エピタキシャル成長（Molecular Beam Epitaxy; MBE）装置を使ってｎ型ＧａＡｓ基板上１７に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１８（Ａｌ組成０．３、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層１９（厚さ０．１５μｍ）、アンドープＧａＡｓ障壁層２０（厚さ２０ｎｍ）を成長する。続いてキャリア注入用アンドープＩｎＧａＡｓ量子井戸２１（Ｉｎ組成０．１９）を９．０ｎｍの厚さで成長する。この厚さではこの組成のＩｎＧａＡｓの臨界膜厚を超えないので、ＩｎＧａＡｓは層状に成長する。この上にＩｎＡｓを４原子層厚さ分だけ供給すると、ＩｎＡｓは歪みの臨界膜厚を超え、島状の成長が起き、量子ドット２２が形成される。ドットの大きさは直径３０ｎｍで厚さは８ｎｍである。この上に、アンドープＧａＡｓ障壁層２３（厚さ２０ｎｍ）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層２４（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２５（Ａｌ組成０．３、厚さ２μｍ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層２６（Ａｌ組成０．１５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）をＭＢＥ装置で順次成長する。
【００２８】
キャリア注入層２１は、ＧａＡｓ障壁層２０と２３で挟まれた量子井戸構造であり、その１番目の量子準位２７（基底準位）と２番目の量子準位２８のエネルギー差は、７９ｍｅＶである（図３（ｂ）のエネルギーバンド図参照）。一方、ＩｎＡｓ量子ドット２２の４番目の量子準位２９と、キャリア注入層の１番目の量子準位２７とのエネルギー差は７９ｍｅＶであり、これは、先ほどのキャリア注入層の量子準位間エネルギーに等しい。したがって、キャリア注入層２１の１番目の量子準位２７にいる電子が同じ準位にいる別の電子を２番目の量子準位２８に励起して、量子ドットの４番目の量子準位２９に緩和する。このオージェ遷移過程は１ｐｓオーダーと高速に起きるために、ドットへのキャリア注入が数ｐｓで行うことが可能となる。この結果、レーザを１０ＧＨｚ以上の高速で変調することができる。
【００２９】
本実施例では、基板をＧａＡｓとしたが、これをＩｎＰとし、クラッド層、光閉じ込め層、障壁層をＩｎＡｌＧＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰとしてもよい。この場合、ＩｎＡｓ量子ドットからの発光波長は１．３ミクロンを超えるため、長波長の光通信用の光源レーザとなる。
【００３０】
（実施例２）
図４（ａ）は本発明の第２実施例の半導体レーザの構造断面図である。
【００３１】
ＭＢＥ装置を使ってｎ型ＧａＡｓ基板上３０に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３１（Ａｌ組成０．７５、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層３２（Ａｌ組成０．５、厚さ０．１５μｍ）、アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層３３を成長する。続いてキャリア注入用アンドープＩｎＧａＡｓ量子井戸３４（Ｉｎ組成０．２）を４．９ｎｍの厚さで成長する。この厚さではＩｎＧａＡｓの臨界膜厚を超えないので、ＩｎＧａＡｓは層状に成長する。この上にＩｎＡｓを４原子層厚さ分だけ供給すると、ＩｎＡｓは歪みの臨界膜厚を超え、島状の成長が起き、量子ドット３５が形成される。ドットの大きさは直径３０ｎｍで厚さは８ｎｍである。この上に、アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層３６、アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層３７（Ａｌ組成０．５、厚さ０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３８（Ａｌ組成０．７５、厚さ２μｍ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層３９（Ａｌ組成０．１５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）をＭＢＥ装置で順次成長する。
【００３２】
本実施例のキャリア注入層３４は、ＡｌＧａＡｓ障壁層３３と３６で挟まれた量子井戸構造であり、その１番目の量子準位４０（基底準位）と２番目の量子準位４１のエネルギー差は、２３４ｍｅＶである（図４（ｂ）のエネルギーバンド図参照）。このエネルギー差は、量子ドットの複数ある量子準位のうち、１番目の量子準位４２（基底準位）とのエネルギー差に等しいので、キャリア注入層３４から電子は、量子ドットの高次準位を通らず、基底準位４２に直接注入される。これにより、量子ドット内の各準位間を緩和するときの緩和時間（５〜１０ｐｓ程度）を必要としない。したがって、高次準位に注入する場合に比べて、より高速なレーザの変調が可能となる。
【００３３】
（実施例３）
図５（ａ）は本発明の第３実施例の半導体レーザの構造断面図である。
【００３４】
ＭＢＥ装置を使ってｎ型ＧａＡｓ基板上４３に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４４（Ａｌ組成０．３、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層４５（厚さ０．１５μｍ）、アンドープＧａＡｓ障壁層４６（厚さ２０ｎｍ）を成長する。続いてキャリア注入用アンドープＩｎＧａＡｓ４７（Ｉｎ組成０．４）を３．６ｎｍの厚さで成長する。この厚さではＩｎＧａＡｓの臨界膜厚を超えないので、ＩｎＧａＡｓは層状に成長する。この上にＡｌＡｓトンネル障壁層４８を２ｎｍ成長する。引き続いて、ＩｎＡｓを４原子層厚さ分だけ供給すると、ＩｎＡｓは歪みの臨界膜厚を超え、島状の成長が起き、量子ドット４９が形成される。ドットの大きさは直径３０ｎｍで厚さは８ｎｍである。この上に、アンドープＧａＡｓ障壁層５０（厚さ２０ｎｍ）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層５１（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５２（Ａｌ組成０．３、厚さ２μｍ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層５３（Ａｌ組成０．１５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）をＭＢＥ成長装置で順次成長する。
【００３５】
本実施例のキャリア注入層４７は量子井戸構造を有し、その量子準位５４（基底準位）と量子ドットの量子準位５５のエネルギーとが一致する（図５（ｂ）のエネルギーバンド図参照）。したがって、キャリア注入層４７にある電子は、ＡｌＡｓトンネル障壁層をトンネルして量子ドットの量子準位に入る。このトンネル過程にかかる時間は１ｐｓ程度となることから、量子ドットへの高速のキャリア注入が行われる。したがって、レーザのキャリア変調を行った場合、１０ＧＨｚ以上の高速変調が可能となる。
【００３６】
（実施例４）
図６（ａ）は本発明の第４実施例の半導体レーザの構造断面図である。
【００３７】
ＭＢＥ装置を使ってｎ型ＧａＡｓ基板上５６に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５７（Ａｌ組成０．３、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層５８（厚さ０．１５μｍ）、アンドープＧａＡｓ障壁層５９（厚さ２０ｎｍ）を成長する。続いてキャリア注入用アンドープＩｎＧａＡｓ６０（Ｉｎ組成０．２）を５ｎｍの厚さで成長する。この厚さではＩｎＧａＡｓの臨界膜厚を超えないので、ＩｎＧａＡｓは層状に成長する。この上にＡｌＡｓトンネル障壁層６１を２ｎｍ成長する。引き続いて、ＩｎＡｓを４原子層厚さ分だけ供給すると、ＩｎＡｓは歪みの臨界膜厚を超え、島状の成長が起き、量子ドット６２が形成される。ドットの大きさは直径３０ｎｍで厚さは８ｎｍである。この上に、アンドープＧａＡｓ障壁層６３（厚さ２０ｎｍ）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層６４（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６５（Ａｌ組成０．３、厚さ２μｍ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層６６（Ａｌ組成０．１５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）をＭＢＥ成長装置で順次成長する。
【００３８】
本実施例のキャリア注入層６０は量子井戸構造を有し、その量子準位６７（基底準位）は、量子ドット内の量子準位の高エネルギー側にある連続準位６８と等しくなるように設定する。したがって、キャリア注入層６０にある電子は、ＡｌＡｓトンネル障壁層をトンネルして、量子ドットの連続準位に入る。このトンネル過程にかかる時間は１ｐｓ程度となることから、量子ドットへの高速のキャリア注入が行われる。したがって、レーザのキャリア変調を行った場合、１０ＧＨｚ以上の高速変調が可能となる。また、本実施例のように、量子ドットの連続準位６８へ注入する場合は、この連続準位が約１００ｍｅＶのエネルギー幅を持つので、キャリア注入層を構成する量子井戸構造の量子準位６７を精密に制御して量子ドットの量子準位に合わせ込む必要が無くなるという利点がある。
【００３９】
【発明の効果】
ＧａＡｓ基板を使った半導体レーザの構造において、活性領域を構成するＩｎＡｓ量子ドット構造の隣に、キャリア注入層を構成する量子井戸構造を設けた本発明構成によれば、このキャリア注入層からの量子ドットへのキャリアの注入を、キャリア注入層にある別のキャリアとのオージェ遷移過程によって効率的に行うことができる。また、キャリア注入層と量子ドットとの間にトンネル障壁層を設けた本発明の構成によれば、キャリア注入層から量子ドットへのキャリアの注入をトンネル過程によって効率的に行うことができる。これらの注入方法によって、レーザの直接変調を１０ＧＨｚを超えるような高速にすることが可能であり、このレーザを高速の光通信の光源として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の量子ドット半導体レーザにおけるオージェ遷移過程の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の量子ドット半導体レーザにおけるトンネル注入過程の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例を説明するための半導体レーザの構造断面図とエネルギーバンド図である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための半導体レーザの構造断面図とエネルギーバンド図である。
【図５】本発明の第３の実施例を説明するための半導体レーザの構造断面図とエネルギーバンド図である。
【図６】本発明の第４の実施例を説明するための半導体レーザの構造断面図とエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
４ アンドープＧａＡｓ障壁層
５ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
６ ＩｎＡｓ量子ドット
７ アンドープＧａＡｓ障壁層
８ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
９ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１０ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
１１ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の１番目の量子準位
１２ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の２番目の量子準位
１３ ＩｎＡｓ量子ドットの１番目の量子準位
１４ ＡｌＡｓトンネル障壁層
１５ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の量子準位
１６ ＩｎＡｓ量子ドットの量子準位
１７ ｎ型ＧａＡｓ基板
１８ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１９ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
２０ アンドープＧａＡｓ障壁層
２１ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
２２ ＩｎＡｓ量子ドット
２３ アンドープＧａＡｓ障壁層
２４ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
２５ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
２６ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
２７ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の１番目の量子準位
２８ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の２番目の量子準位
２９ ＩｎＡｓ量子ドットの４番目の量子準位
３０ ｎ型ＧａＡｓ基板
３１ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３２ アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層
３３ アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層
３４ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
３５ ＩｎＡｓ量子ドット
３６ アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層
３７ アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層
３８ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３９ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
４０ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の１番目の量子準位
４１ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の２番目の量子準位
４２ ＩｎＡｓ量子ドットの１番目の量子準位
４３ ｎ型ＧａＡｓ基板
４４ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４５ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
４６ アンドープＧａＡｓ障壁層
４７ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
４８ ＡｌＡｓトンネル障壁層
４９ ＩｎＡｓ量子ドット
５０ アンドープＧａＡｓ障壁層
５１ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
５２ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
５３ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
５４ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の量子準位
５５ ＩｎＡｓ量子ドットの量子準位
５６ ｎ型ＧａＡｓ基板
５７ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
５８ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
５９ アンドープＧａＡｓ障壁層
６０ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
６１ ＡｌＡｓトンネル障壁層
６２ ＩｎＡｓ量子ドット
６３ アンドープＧａＡｓ障壁層
６４ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
６５ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
６６ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
６７ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の量子準位
６８ ＩｎＡｓ量子ドットの連続準位
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光インターコネクションなどの光源となる半導体レーザに関し、特に量子ドットを活性層とする半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子を３次元的に閉じ込めた量子ドット構造は、その状態密度がデルタ関数的な離散準位をもつようになる。したがって、量子ドットに電子（あるいは正孔）を注入すると、電子（あるいは正孔）は、離散準位のエネルギーに集中する。その結果、量子ドットからの発光スペクトルは、エネルギー広がりが非常に狭く、強度が大きいものとなる。この量子ドット構造を半導体レーザの活性層に適用すると、半導体レーザの閾値が低減する、温度特性が向上する、変調帯域が拡大することなどが期待される。
【０００３】
これら優れた特性で量子ドットレーザを動作させるためには、量子ドット構造を、結晶性の劣化が無く、しかも高密度で高均一に作り込む必要がある。
【０００４】
従来、量子ドット構造を作るのにはリソグラフィーとドライエッチングなどの加工によっていたが、この場合、加工損傷が結晶中に導入されるため、発光の効率が著しく低下していた。
【０００５】
これに対して結晶成長のみで量子ドット構造を形成する、自己形成法（あるいは自己組織法とよぶ）が提案された。例えば、ＧａＡｓ基板上に格子不整合なＩｎＧａＡｓを成長することによって、ＩｎＧａＡｓは臨界膜厚を超えると島状に成長し、この島状結晶は量子ドット構造に適した数十ｎｍのサイズであることが示された(D. Leonard et al., Applied Physics Letters, 63, 3202(1993))。この後、この自己形成法が量子ドットの作製法として確立し、半導体レーザへの応用が盛んに研究されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
量子ドットレーザの特性のうち、変調帯域を調べることが行われた(D. Klotzkin et al., IEEE Photonics Technology Letters, 9, 1301(1997))が、その帯域は室温で４．５ＧＨｚであった。これは、量子井戸レーザと同等またはそれ以下であり、量子ドットレーザの高速変調が著しく制限されていることを示している。
【０００７】
このような高速変調の制限要因としては、量子ドットを取り囲む障壁層から、量子ドットへのキャリアの捕獲時間が３０ｐｓ程度と遅いことが挙げられる。これは、量子ドットのエネルギー準位が離散的であるために、従来の量子井戸へのキャリア捕獲に使われるフォノン緩和が起きづらいためである。さらに、量子ドット内の量子準位間の緩和も５〜１０ｐｓ程度かかるものと考えられることから、レーザの変調帯域を１０ＧＨｚまで伸ばすことができないでいた。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、量子ドットへのキャリアの緩和を促進し、量子ドットレーザの高速変調を可能にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造とを具備し、前記量子井戸構造のいずれか二つの量子準位である第１準位と第２準位間のエネルギー差が、第２準位より低エネルギーの第１準位と、第１準位より低エネルギーの前記量子ドット構造のいずれかの量子準位とのエネルギー差に等しいことを特徴とする半導体レーザに関する。
【００１１】
また本発明は、活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造とを具備し、前記量子井戸構造のいずれか二つの量子準位である第１準位と第２準位間のエネルギー差が、第２準位より低エネルギーの第１準位と、第１準位より低エネルギーの前記量子ドット構造の連続準位とのエネルギー差に等しいことを特徴とする半導体レーザに関する。
【００１２】
さらに本発明は、活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造と、これらの間にはさまれたトンネル障壁層とを具備し、前記量子井戸構造のいずれかの量子準位のエネルギーと前記量子ドット構造の連続準位のエネルギーが等しいことを特徴とする半導体レーザに関する。
【００１３】
なお、連続準位はエネルギー幅をもつため、量子準位と連続準位との間のエネルギー差（ΔＥCON）は、量子準位のエネルギーと連続準位の最大エネルギーとの差（ΔＥMAX）から量子準位のエネルギーと連続準位の最小エネルギーとの差（ΔＥMIN）までのエネルギー範囲（ΔＥMAX〜ΔＥMIN）を有するものとする。
【００１４】
よって、ある二つの量子準位間のエネルギー差（ΔＥ１）が、量子準位と連続準位とのエネルギー差（ΔＥCON）に等しいとは、ΔＥ１がこのエネルギー範囲（ΔＥMAX〜ΔＥMIN）内にあることをいう。
【００１５】
また、ある量子準位のエネルギーと連続準位のエネルギーが等しいとは、ある量子準位のエネルギーが、連続準位のエネルギーの最小値から最大値の範囲内にあることをいう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
まず、本発明の一実施形態を挙げてその作用原理について説明する。
【００１８】
図１（ａ）に本発明の一実施形態のレーザ構造断面図を示す。同図において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層３およびアンドープＧａＡｓ障壁層４が形成され、その上にキャリア注入用のＩｎＧａＡｓ量子井戸構造５が設けられている。その上に直接にＩｎＡｓ量子ドット６が形成され、さらにアンドープＧａＡｓ障壁層７とアンドープＧａＡｓ光閉じ込め層８、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層９が形成されている。この上にはｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層１０が形成されている。
【００１９】
この構造において、図１（ｂ）のエネルギーバンド図に示すように、キャリア注入用のＩｎＧａＡｓ量子井戸５の１番目の量子準位１１（基底準位）（「Ｅ１QW」とする）と２番目の量子準位１２（励起準位）（「Ｅ２QW」とする）とのエネルギー差（Ｅ２QW−Ｅ１QW）が、量子井戸の１番目の量子準位１１（Ｅ１QW）とＩｎＡｓ量子ドット６の１番目の量子準位１３（「Ｅ１QD」とする）とのエネルギー差（Ｅ１QW−Ｅ１QD）に等しくなるように、量子井戸５の層厚および組成を調整する。この場合、量子井戸の１番目の量子準位１１（Ｅ１QW）にある電子が量子ドットの１番目の量子準位１３（Ｅ１QD）に緩和遷移するのに、この準位間のエネルギー（Ｅ１QW−Ｅ１QD）を量子井戸の１番目の準位１１（Ｅ１QW）にあるもう一つの電子に与え、この電子を量子井戸の２番目の量子準位１２（Ｅ２QW）に励起遷移させる。つまりＥ１QW−Ｅ１QD＝Ｅ２QW−Ｅ１QWの条件によって、オージェ遷移過程を起こさせる。量子井戸の２番目の量子準位１２は１番目の量子準位１１よりも縮退度が大きいために、状態数が多い。したがって２番目の量子準位の状態に空きが多く存在するために１番目にある電子がより励起遷移しやすくなる。このことによって、量子ドットへの電子の緩和が促進され、ｐｓオーダーの電子緩和速度が得られる。
【００２０】
量子ドットでの発光を起こさせるためには、正孔も量子ドットへ注入させることが必要であるが、正孔は電子に比べて質量が大きいため、ポテンシャルの低い量子ドットに多数とどまる。したがって、キャリアを高速で変調する時には、実際は電子がドット内に高速に注入され、その結果レーザの光出力が高速に変調されることになり、正孔の注入速度によってはレーザの変調速度は律速されない。
【００２１】
もう一つ実施形態のレーザ構造断面図を図２（ａ）に示す。同図に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層３およびアンドープＧａＡｓ障壁層４が形成され、その上にキャリア注入用のＩｎＧａＡｓ量子井戸構造５とＡｌＡｓトンネル障壁層１４とが設けられている。その上にＩｎＡｓ量子ドット６が形成され、さらにアンドープＧａＡｓ障壁層７とアンドープＧａＡｓ光閉じ込め層８、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層９が形成されている。この上にはｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層１０が形成されている。
【００２２】
この構造において、図２（ｂ）のエネルギーバンド図に示すように、ＩｎＧａＡｓ量子井戸５の量子準位１５（「ＥQW」とする。ここでは基底準位）とＩｎＡｓ量子ドット６の量子準位１６（「ＥQD」とする）のエネルギーが等しくなるように、量子井戸の層厚および組成を調整する。これによって、量子井戸の量子準位１５（ＥQW）にある電子が、量子ドットの量子準位１６（ＥQD）へ、トンネル障壁層１４を介してトンネル注入される。このトンネル注入はｐｓオーダーの速度で起きる。
【００２３】
以上のように、オージェ遷移あるいはトンネル注入を利用して、電子を量子ドットへ高速に注入することにより、量子ドットレーザの１０ＧＨｚを超える高速変調が可能になる。
【００２４】
また、ＧａＡｓ上のＩｎＡｓ量子ドットの量子準位は、離散的な量子準位の他に、高エネルギー側に続く連続準位が存在することが知られている（Y. Toda et al., Physical Review Letters, 82, 4114(1999)）。これは量子ドット内の歪みの大きさが基板側に向かって連続的に変化していることに起因するものと考えられている。量子ドットへのキャリアの捕獲を行う場合、量子ドットの連続準位にキャリアを注入させることを行ってもよい。この連続準位では、エネルギーが広がりを持つので、量子井戸の量子準位のエネルギーを決めるために量子井戸構造の厳密な層厚や組成の調整を必要としないという利点がある。
【００２５】
次に、実施例を挙げて、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
【００２６】
（実施例１）
図３（ａ）は本発明の第１実施例の半導体レーザの構造断面図である。
【００２７】
分子線エピタキシャル成長（Molecular Beam Epitaxy; MBE）装置を使ってｎ型ＧａＡｓ基板上１７に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１８（Ａｌ組成０．３、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層１９（厚さ０．１５μｍ）、アンドープＧａＡｓ障壁層２０（厚さ２０ｎｍ）を成長する。続いてキャリア注入用アンドープＩｎＧａＡｓ量子井戸２１（Ｉｎ組成０．１９）を９．０ｎｍの厚さで成長する。この厚さではこの組成のＩｎＧａＡｓの臨界膜厚を超えないので、ＩｎＧａＡｓは層状に成長する。この上にＩｎＡｓを４原子層厚さ分だけ供給すると、ＩｎＡｓは歪みの臨界膜厚を超え、島状の成長が起き、量子ドット２２が形成される。ドットの大きさは直径３０ｎｍで厚さは８ｎｍである。この上に、アンドープＧａＡｓ障壁層２３（厚さ２０ｎｍ）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層２４（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２５（Ａｌ組成０．３、厚さ２μｍ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層２６（Ａｌ組成０．１５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）をＭＢＥ装置で順次成長する。
【００２８】
キャリア注入層２１は、ＧａＡｓ障壁層２０と２３で挟まれた量子井戸構造であり、その１番目の量子準位２７（基底準位）と２番目の量子準位２８のエネルギー差は、７９ｍｅＶである（図３（ｂ）のエネルギーバンド図参照）。一方、ＩｎＡｓ量子ドット２２の４番目の量子準位２９と、キャリア注入層の１番目の量子準位２７とのエネルギー差は７９ｍｅＶであり、これは、先ほどのキャリア注入層の量子準位間エネルギーに等しい。したがって、キャリア注入層２１の１番目の量子準位２７にいる電子が同じ準位にいる別の電子を２番目の量子準位２８に励起して、量子ドットの４番目の量子準位２９に緩和する。このオージェ遷移過程は１ｐｓオーダーと高速に起きるために、ドットへのキャリア注入が数ｐｓで行うことが可能となる。この結果、レーザを１０ＧＨｚ以上の高速で変調することができる。
【００２９】
本実施例では、基板をＧａＡｓとしたが、これをＩｎＰとし、クラッド層、光閉じ込め層、障壁層をＩｎＡｌＧＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰとしてもよい。この場合、ＩｎＡｓ量子ドットからの発光波長は１．３ミクロンを超えるため、長波長の光通信用の光源レーザとなる。
【００３０】
（実施例２）
図４（ａ）は本発明の第２実施例の半導体レーザの構造断面図である。
【００３１】
ＭＢＥ装置を使ってｎ型ＧａＡｓ基板上３０に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３１（Ａｌ組成０．７５、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層３２（Ａｌ組成０．５、厚さ０．１５μｍ）、アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層３３を成長する。続いてキャリア注入用アンドープＩｎＧａＡｓ量子井戸３４（Ｉｎ組成０．２）を４．９ｎｍの厚さで成長する。この厚さではＩｎＧａＡｓの臨界膜厚を超えないので、ＩｎＧａＡｓは層状に成長する。この上にＩｎＡｓを４原子層厚さ分だけ供給すると、ＩｎＡｓは歪みの臨界膜厚を超え、島状の成長が起き、量子ドット３５が形成される。ドットの大きさは直径３０ｎｍで厚さは８ｎｍである。この上に、アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層３６、アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層３７（Ａｌ組成０．５、厚さ０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３８（Ａｌ組成０．７５、厚さ２μｍ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層３９（Ａｌ組成０．１５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）をＭＢＥ装置で順次成長する。
【００３２】
本実施例のキャリア注入層３４は、ＡｌＧａＡｓ障壁層３３と３６で挟まれた量子井戸構造であり、その１番目の量子準位４０（基底準位）と２番目の量子準位４１のエネルギー差は、２３４ｍｅＶである（図４（ｂ）のエネルギーバンド図参照）。このエネルギー差は、量子ドットの複数ある量子準位のうち、１番目の量子準位４２（基底準位）とのエネルギー差に等しいので、キャリア注入層３４から電子は、量子ドットの高次準位を通らず、基底準位４２に直接注入される。これにより、量子ドット内の各準位間を緩和するときの緩和時間（５〜１０ｐｓ程度）を必要としない。したがって、高次準位に注入する場合に比べて、より高速なレーザの変調が可能となる。
【００３３】
（実施例３）
図５（ａ）は本発明の第３実施例の半導体レーザの構造断面図である。
【００３４】
ＭＢＥ装置を使ってｎ型ＧａＡｓ基板上４３に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４４（Ａｌ組成０．３、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層４５（厚さ０．１５μｍ）、アンドープＧａＡｓ障壁層４６（厚さ２０ｎｍ）を成長する。続いてキャリア注入用アンドープＩｎＧａＡｓ４７（Ｉｎ組成０．４）を３．６ｎｍの厚さで成長する。この厚さではＩｎＧａＡｓの臨界膜厚を超えないので、ＩｎＧａＡｓは層状に成長する。この上にＡｌＡｓトンネル障壁層４８を２ｎｍ成長する。引き続いて、ＩｎＡｓを４原子層厚さ分だけ供給すると、ＩｎＡｓは歪みの臨界膜厚を超え、島状の成長が起き、量子ドット４９が形成される。ドットの大きさは直径３０ｎｍで厚さは８ｎｍである。この上に、アンドープＧａＡｓ障壁層５０（厚さ２０ｎｍ）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層５１（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５２（Ａｌ組成０．３、厚さ２μｍ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層５３（Ａｌ組成０．１５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）をＭＢＥ成長装置で順次成長する。
【００３５】
本実施例のキャリア注入層４７は量子井戸構造を有し、その量子準位５４（基底準位）と量子ドットの量子準位５５のエネルギーとが一致する（図５（ｂ）のエネルギーバンド図参照）。したがって、キャリア注入層４７にある電子は、ＡｌＡｓトンネル障壁層をトンネルして量子ドットの量子準位に入る。このトンネル過程にかかる時間は１ｐｓ程度となることから、量子ドットへの高速のキャリア注入が行われる。したがって、レーザのキャリア変調を行った場合、１０ＧＨｚ以上の高速変調が可能となる。
【００３６】
（実施例４）
図６（ａ）は本発明の第４実施例の半導体レーザの構造断面図である。
【００３７】
ＭＢＥ装置を使ってｎ型ＧａＡｓ基板上５６に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５７（Ａｌ組成０．３、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層５８（厚さ０．１５μｍ）、アンドープＧａＡｓ障壁層５９（厚さ２０ｎｍ）を成長する。続いてキャリア注入用アンドープＩｎＧａＡｓ６０（Ｉｎ組成０．２）を５ｎｍの厚さで成長する。この厚さではＩｎＧａＡｓの臨界膜厚を超えないので、ＩｎＧａＡｓは層状に成長する。この上にＡｌＡｓトンネル障壁層６１を２ｎｍ成長する。引き続いて、ＩｎＡｓを４原子層厚さ分だけ供給すると、ＩｎＡｓは歪みの臨界膜厚を超え、島状の成長が起き、量子ドット６２が形成される。ドットの大きさは直径３０ｎｍで厚さは８ｎｍである。この上に、アンドープＧａＡｓ障壁層６３（厚さ２０ｎｍ）、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層６４（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６５（Ａｌ組成０．３、厚さ２μｍ、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層６６（Ａｌ組成０．１５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０18ｃｍ-3）をＭＢＥ成長装置で順次成長する。
【００３８】
本実施例のキャリア注入層６０は量子井戸構造を有し、その量子準位６７（基底準位）は、量子ドット内の量子準位の高エネルギー側にある連続準位６８と等しくなるように設定する。したがって、キャリア注入層６０にある電子は、ＡｌＡｓトンネル障壁層をトンネルして、量子ドットの連続準位に入る。このトンネル過程にかかる時間は１ｐｓ程度となることから、量子ドットへの高速のキャリア注入が行われる。したがって、レーザのキャリア変調を行った場合、１０ＧＨｚ以上の高速変調が可能となる。また、本実施例のように、量子ドットの連続準位６８へ注入する場合は、この連続準位が約１００ｍｅＶのエネルギー幅を持つので、キャリア注入層を構成する量子井戸構造の量子準位６７を精密に制御して量子ドットの量子準位に合わせ込む必要が無くなるという利点がある。
【００３９】
【発明の効果】
ＧａＡｓ基板を使った半導体レーザの構造において、活性領域を構成するＩｎＡｓ量子ドット構造の隣に、キャリア注入層を構成する量子井戸構造を設けた本発明構成によれば、このキャリア注入層からの量子ドットへのキャリアの注入を、キャリア注入層にある別のキャリアとのオージェ遷移過程によって効率的に行うことができる。また、キャリア注入層と量子ドットとの間にトンネル障壁層を設けた本発明の構成によれば、キャリア注入層から量子ドットへのキャリアの注入をトンネル過程によって効率的に行うことができる。これらの注入方法によって、レーザの直接変調を１０ＧＨｚを超えるような高速にすることが可能であり、このレーザを高速の光通信の光源として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の量子ドット半導体レーザにおけるオージェ遷移過程の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の量子ドット半導体レーザにおけるトンネル注入過程の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例を説明するための半導体レーザの構造断面図とエネルギーバンド図である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための半導体レーザの構造断面図とエネルギーバンド図である。
【図５】本発明の第３の実施例を説明するための半導体レーザの構造断面図とエネルギーバンド図である。
【図６】本発明の第４の実施例を説明するための半導体レーザの構造断面図とエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
４ アンドープＧａＡｓ障壁層
５ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
６ ＩｎＡｓ量子ドット
７ アンドープＧａＡｓ障壁層
８ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
９ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１０ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
１１ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の１番目の量子準位
１２ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の２番目の量子準位
１３ ＩｎＡｓ量子ドットの１番目の量子準位
１４ ＡｌＡｓトンネル障壁層
１５ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の量子準位
１６ ＩｎＡｓ量子ドットの量子準位
１７ ｎ型ＧａＡｓ基板
１８ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１９ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
２０ アンドープＧａＡｓ障壁層
２１ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
２２ ＩｎＡｓ量子ドット
２３ アンドープＧａＡｓ障壁層
２４ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
２５ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
２６ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
２７ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の１番目の量子準位
２８ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の２番目の量子準位
２９ ＩｎＡｓ量子ドットの４番目の量子準位
３０ ｎ型ＧａＡｓ基板
３１ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３２ アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層
３３ アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層
３４ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
３５ ＩｎＡｓ量子ドット
３６ アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層
３７ アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層
３８ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３９ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
４０ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の１番目の量子準位
４１ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の２番目の量子準位
４２ ＩｎＡｓ量子ドットの１番目の量子準位
４３ ｎ型ＧａＡｓ基板
４４ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４５ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
４６ アンドープＧａＡｓ障壁層
４７ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
４８ ＡｌＡｓトンネル障壁層
４９ ＩｎＡｓ量子ドット
５０ アンドープＧａＡｓ障壁層
５１ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
５２ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
５３ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
５４ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の量子準位
５５ ＩｎＡｓ量子ドットの量子準位
５６ ｎ型ＧａＡｓ基板
５７ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
５８ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
５９ アンドープＧａＡｓ障壁層
６０ キャリア注入用ＩｎＧａＡｓ量子井戸
６１ ＡｌＡｓトンネル障壁層
６２ ＩｎＡｓ量子ドット
６３ アンドープＧａＡｓ障壁層
６４ アンドープＧａＡｓ光閉じ込め層
６５ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
６６ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層
６７ ＩｎＧａＡｓ量子井戸の量子準位
６８ ＩｎＡｓ量子ドットの連続準位
Claims (3)
- 活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造とを具備し、前記量子井戸構造のいずれか二つの量子準位である第１準位と第２準位間のエネルギー差が、第２準位より低エネルギーの第１準位と、第１準位より低エネルギーの前記量子ドット構造のいずれかの量子準位とのエネルギー差に等しいことを特徴とする半導体レーザ。
- 活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造とを具備し、前記量子井戸構造のいずれか二つの量子準位である第１準位と第２準位間のエネルギー差が、第２準位より低エネルギーの第１準位と、第１準位より低エネルギーの前記量子ドット構造の連続準位とのエネルギー差に等しいことを特徴とする半導体レーザ。
- 活性層を構成する量子ドット構造とキャリア注入用の量子井戸構造と、これらの間にはさまれたトンネル障壁層とを具備し、前記量子井戸構造のいずれかの量子準位のエネルギーと前記量子ドット構造の連続準位のエネルギーが等しいことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000325405A JP4557111B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 量子ドット半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000325405A JP4557111B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 量子ドット半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002134841A JP2002134841A (ja) | 2002-05-10 |
| JP4557111B2 true JP4557111B2 (ja) | 2010-10-06 |
Family
ID=18802778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000325405A Expired - Fee Related JP4557111B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 量子ドット半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4557111B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006278860A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Advanced Telecommunication Research Institute International | 半導体発光素子、その製造方法およびその半導体発光素子を用いた半導体レーザジャイロ |
| JP2006278850A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Advanced Telecommunication Research Institute International | 半導体発光素子、その製造方法およびその半導体発光素子を用いた半導体レーザジャイロ |
| WO2007065614A2 (en) * | 2005-12-07 | 2007-06-14 | Innolume Gmbh | Laser source with broadband spectrum emission |
| JP4937673B2 (ja) * | 2006-08-15 | 2012-05-23 | 富士通株式会社 | 半導体発光素子、その製造方法および半導体発光装置 |
| EP2371044B1 (en) | 2008-12-03 | 2019-08-28 | Innolume GmbH | Semiconductor laser with low relative intensity noise of individual longitudinal modes and optical transmission system incorporating the laser |
| WO2015147334A1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Light emitting device, light source system including the light emitting device, and optical coherence tomography including the light source system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0983065A (ja) * | 1995-09-18 | 1997-03-28 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JPH11121870A (ja) * | 1997-10-09 | 1999-04-30 | Nec Corp | 光半導体装置 |
-
2000
- 2000-10-25 JP JP2000325405A patent/JP4557111B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0983065A (ja) * | 1995-09-18 | 1997-03-28 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JPH11121870A (ja) * | 1997-10-09 | 1999-04-30 | Nec Corp | 光半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002134841A (ja) | 2002-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4138930B2 (ja) | 量子半導体装置および量子半導体発光装置 | |
| US8106378B2 (en) | Semiconductor quantum dot device | |
| Ustinov et al. | Low-threshold injection lasers based on vertically coupled quantum dots | |
| US6859477B2 (en) | Optoelectronic and electronic devices based on quantum dots having proximity-placed acceptor impurities, and methods therefor | |
| Tanaka et al. | 25 Gbps direct modulation in 1.3-µm InAs/GaAs high-density quantum dot lasers | |
| JP4345483B2 (ja) | 量子ナノ構造半導体レーザ | |
| JP2002184970A (ja) | 量子ドットを含む半導体装置、その製造方法及び半導体レーザ装置 | |
| JP4151042B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| Henini et al. | Advances in self-assembled semiconductor quantum dot lasers | |
| JP4557111B2 (ja) | 量子ドット半導体レーザ | |
| US10840673B1 (en) | Electrically pumped surface-emitting photonic crystal laser | |
| Li et al. | 1.43 µm InAs bilayer quantum dot lasers on GaAs substrate | |
| TWI240470B (en) | Single-mode laser diode using strain-compensated multi-quantum-wells | |
| JP2947199B2 (ja) | 半導体量子ドット素子および該半導体量子ドット素子の製造方法 | |
| US5351254A (en) | Semiconductor laser | |
| JP4075003B2 (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
| Joshi et al. | InP-based quantum dot lasers emitting at 1.3 µm | |
| JP4229681B2 (ja) | 半導体レーザ装置および光伝送モジュールおよび光伝送システム | |
| JP2556288B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP3171324B2 (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JP2000058978A (ja) | 半導体量子ドット素子とその製造方法 | |
| Dong et al. | Characteristics of superluminescent diodes utilizing In0. 5Ga0. 5As quantum dots | |
| JP2702964B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPS63240090A (ja) | 半導体超格子 | |
| JP2001168470A (ja) | 半導体光素子の作製方法及び半導体光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20041122 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20041122 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060123 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070313 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091124 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100324 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100518 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100630 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100713 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130730 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |