JP2799372B2 - 量子細線レーザ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、駆動電流値やその温度
依存性が小さいことや、スペクトル線幅が狭いなど特性
が優れた半導体レーザを得るために二次元の量子化準位
を利用した電流注入型の量子細線レーザ及びその製造方
法に関するものである。
依存性が小さいことや、スペクトル線幅が狭いなど特性
が優れた半導体レーザを得るために二次元の量子化準位
を利用した電流注入型の量子細線レーザ及びその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一次元の量子化準位である階段状
のエネルギー準位を持つ量子井戸レーザが開発されてい
る。更に、次世代の量子効果レーザとして二次元の量子
化準位である線スペクトル状のエネルギー準位を持つ量
子細線レーザが開発されている。
のエネルギー準位を持つ量子井戸レーザが開発されてい
る。更に、次世代の量子効果レーザとして二次元の量子
化準位である線スペクトル状のエネルギー準位を持つ量
子細線レーザが開発されている。
【０００３】従来考案されている量子細線レーザの作製
方法を図７に示す（特開昭６４−２１９８６号公報参
照）。図において、（ａ）は作製したレーザの断面図、
（ｂ）はリッジ及びリッジ上の成長層の断面形状を示す
図である。７１はｎ−ＧａＡｓ基板、７２はｎ−ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層、７３はｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層、
７４はＧａＡｓ量子井戸層、７５はｐ−ＡｌＧａＡｓバ
リア層、７６は電流ブロック層、７７はｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、７８はｐ−ＧａＡｓコンタクト層であ
る。図７（ｂ）に示す形状は、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層７２に［１１０］方向にリッジを形成し、有機金属
気相エピタキシャル成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）により
ｎ−ＡｌＧａＡｓバリア７３、ＧａＡｓ量子井戸層７
４、ｐ−ＡｌＧａＡｓバリア層７５、電流ブロック層７
６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層７７、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層７８を順次成長させることにより、作製でき
る。この構造の成長は、ＭＯＣＶＤ法特有の（１１１）
Ｂ面（図７の断面三角形状の斜辺に対応）上の成長速度
が（１００）面上に比べ著しく小さいという性質を利用
している。ＧａＡｓ量子井戸層７４は、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓバリア層７３、電流ブロック層７６、ｐ−ＡｌＧａＡ
ｓバリア層７５に囲まれ、また、ＧａＡｓ量子井戸層７
４のバリア層７３側幅Ｗ2、バリア層７５側幅Ｗ1及び厚
みｂはそれぞれ１９４Å，１２３Å，及び５０Åとなる
よう作製され、これらの値は電子のドブロイ波長程度に
小さいため、このＧａＡｓ量子井戸層７４に量子細線が
形成される。
方法を図７に示す（特開昭６４−２１９８６号公報参
照）。図において、（ａ）は作製したレーザの断面図、
（ｂ）はリッジ及びリッジ上の成長層の断面形状を示す
図である。７１はｎ−ＧａＡｓ基板、７２はｎ−ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層、７３はｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層、
７４はＧａＡｓ量子井戸層、７５はｐ−ＡｌＧａＡｓバ
リア層、７６は電流ブロック層、７７はｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、７８はｐ−ＧａＡｓコンタクト層であ
る。図７（ｂ）に示す形状は、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層７２に［１１０］方向にリッジを形成し、有機金属
気相エピタキシャル成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）により
ｎ−ＡｌＧａＡｓバリア７３、ＧａＡｓ量子井戸層７
４、ｐ−ＡｌＧａＡｓバリア層７５、電流ブロック層７
６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層７７、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層７８を順次成長させることにより、作製でき
る。この構造の成長は、ＭＯＣＶＤ法特有の（１１１）
Ｂ面（図７の断面三角形状の斜辺に対応）上の成長速度
が（１００）面上に比べ著しく小さいという性質を利用
している。ＧａＡｓ量子井戸層７４は、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓバリア層７３、電流ブロック層７６、ｐ−ＡｌＧａＡ
ｓバリア層７５に囲まれ、また、ＧａＡｓ量子井戸層７
４のバリア層７３側幅Ｗ2、バリア層７５側幅Ｗ1及び厚
みｂはそれぞれ１９４Å，１２３Å，及び５０Åとなる
よう作製され、これらの値は電子のドブロイ波長程度に
小さいため、このＧａＡｓ量子井戸層７４に量子細線が
形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図７に示
した量子細線には課題がある。それは量子細線の形状寸
法の精度が不十分な事である。量子細線を十分に機能さ
せるためにはその量子化準位の絶対値を精度良く設定で
きることが必須であるが、このためには形状寸法をオン
グストロームオーダーで制御する必要がある。形状寸法
のうち、量子細線の厚さｄの精度は（１００）面上の成
長速度により決定される。半導体の成長速度はＭＯＣＶ
Ｄ法等のいち高性能成長方法によればオングストローム
オーダーの十分な精度で制御することができる。一方、
量子細線の幅Ｗ１，Ｗ２はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
７２のリッジ幅ｌと高さｈｌにより決まるが、幅ｌの精
度は光または電子ビームリソグラフィーの精度により制
限される。リソグラフィーの精度は高々０．１μｍであ
るので、量子細線幅Ｗ１，Ｗ２の精度も高々０．１μｍ
に止どまり量子細線の準位の絶対値を再現性良く制御す
ることができない。
した量子細線には課題がある。それは量子細線の形状寸
法の精度が不十分な事である。量子細線を十分に機能さ
せるためにはその量子化準位の絶対値を精度良く設定で
きることが必須であるが、このためには形状寸法をオン
グストロームオーダーで制御する必要がある。形状寸法
のうち、量子細線の厚さｄの精度は（１００）面上の成
長速度により決定される。半導体の成長速度はＭＯＣＶ
Ｄ法等のいち高性能成長方法によればオングストローム
オーダーの十分な精度で制御することができる。一方、
量子細線の幅Ｗ１，Ｗ２はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
７２のリッジ幅ｌと高さｈｌにより決まるが、幅ｌの精
度は光または電子ビームリソグラフィーの精度により制
限される。リソグラフィーの精度は高々０．１μｍであ
るので、量子細線幅Ｗ１，Ｗ２の精度も高々０．１μｍ
に止どまり量子細線の準位の絶対値を再現性良く制御す
ることができない。
【０００５】以上の課題により、二次元の量子化準位を
持つ量子細線レーザは作製が困難であった。従って、本
発明は、上記の課題である従来の一次元の量子井戸半導
体レーザに比べ、特性の優れた二次元の量子細線レーザ
を提供することを目的する。 また、量子細線の形状寸法
精度を確保するために厚さに加え、線幅もオングストロ
ームオーダーで制御よく作製する方法を提供することを
目的とする。
持つ量子細線レーザは作製が困難であった。従って、本
発明は、上記の課題である従来の一次元の量子井戸半導
体レーザに比べ、特性の優れた二次元の量子細線レーザ
を提供することを目的する。 また、量子細線の形状寸法
精度を確保するために厚さに加え、線幅もオングストロ
ームオーダーで制御よく作製する方法を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上述する問題点
を解決するためになされたもので、基板上に形成され、
バリア層に挟まれた少なくとも１つの第１量子井戸を含
む第１積層構造と、前記第１積層構造の積層断面に形成
された連続膜を呈する第２積層構造を有する量子細線レ
ーザであって、前記第２積層構造は、第１積層構造側か
ら前記第１量子井戸よりも禁制帯幅の大きい第１バリア
層と、前記第１バリア層より禁制帯幅の小さい第２量子
井戸と、前記第１、第２量子井戸より禁制帯幅の大きい
第２バリア層を順次形成し、前記第２量子井戸は前記第
１量子井戸の存在平面に交差するように形成されること
により前記第１量子井戸と近接する前記第２量子井戸の
領域に電子閉じ込め領域を有することを特徴とする量子
細線レーザを提供するものである。また、請求項１に記
載の前記電子閉じ込め領域が、発振波長の半整数倍の周
期でレーザ共振器方向に並設されていることを特徴とす
る量子細線レーザを提供するものである。さらに、請求
項１に記載の量子細線レーザの製造方法は、前記第１積
層構造を三角形状に成長させる工程と、前記第２積層構
造を前記三角形状の辺上に成長させる工程とを有するこ
とを特徴とする。
を解決するためになされたもので、基板上に形成され、
バリア層に挟まれた少なくとも１つの第１量子井戸を含
む第１積層構造と、前記第１積層構造の積層断面に形成
された連続膜を呈する第２積層構造を有する量子細線レ
ーザであって、前記第２積層構造は、第１積層構造側か
ら前記第１量子井戸よりも禁制帯幅の大きい第１バリア
層と、前記第１バリア層より禁制帯幅の小さい第２量子
井戸と、前記第１、第２量子井戸より禁制帯幅の大きい
第２バリア層を順次形成し、前記第２量子井戸は前記第
１量子井戸の存在平面に交差するように形成されること
により前記第１量子井戸と近接する前記第２量子井戸の
領域に電子閉じ込め領域を有することを特徴とする量子
細線レーザを提供するものである。また、請求項１に記
載の前記電子閉じ込め領域が、発振波長の半整数倍の周
期でレーザ共振器方向に並設されていることを特徴とす
る量子細線レーザを提供するものである。さらに、請求
項１に記載の量子細線レーザの製造方法は、前記第１積
層構造を三角形状に成長させる工程と、前記第２積層構
造を前記三角形状の辺上に成長させる工程とを有するこ
とを特徴とする。
【０００７】
【作用】上述の如く、第１量子井戸を含む第１積層構造
の積層断面に第２量子井戸を含む第２積層構造を配置す
ることにより、第１量子井戸の存在平面に交差するよう
に第２量子井戸を形成することによって第１量子井戸に
近接する第２量子井戸の領域に電子閉じ込め領域を形成
することができ、また、膜厚制御により量子細線の形状
寸法を決定することが可能となる。
の積層断面に第２量子井戸を含む第２積層構造を配置す
ることにより、第１量子井戸の存在平面に交差するよう
に第２量子井戸を形成することによって第１量子井戸に
近接する第２量子井戸の領域に電子閉じ込め領域を形成
することができ、また、膜厚制御により量子細線の形状
寸法を決定することが可能となる。
【０００８】
【実施例】以下、材料としてＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを
例にとって本発明の実施例について詳細に説明する。
例にとって本発明の実施例について詳細に説明する。
【０００９】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実
施例による量子細線の基本構造である。図２（ａ）〜
（ｄ）は図１の構造を作製する手順を示しており、以下
順次説明する。まず、ｎ−ＧａＡｓ（００１）基板１０
にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１１を積層し、次に誘電
体膜（ＳｉＯ2，ＳｉＮ等）１２を堆積させ、［１１
０］方向に長いストライプ状の開口部を作る（図２
（ａ））。この基板にＭＯＣＶＤ法を使って減圧にて６
５０℃の成長温度で、ｎ−ＡｌXＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．
５）バリア層１３、ｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．
０５）第１量子井戸１４、半絶縁性（以下ＳＩ）Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリア層１５を順次積層
し、第１積層構造を形成する。このとき図２（ｂ）に示
すように、（１１１）Ｂ面垂直方向の成長速度が小さい
条件で成長すると三角形状の成長層断面が現れ三角形側
面には成長しない。次に、成長温度を８５０℃に上げ
て、ｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）第１バリア
層１６、ｕｎ−ＧａＡｓ第２量子井戸１７、ｕｎ−Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）第２バリア層１８を順次積
層し、第２積層構造を形成する（図２（ｃ））。８５０
℃の高温成長では、三角形の側面にも成長可能である。
次に、リアクターの圧力を減圧から常圧とし６５０℃
で、ＳＩ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）１９、ｐ−
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）クラッド層２０、ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層２１を順次積層する（図２
（ｄ））。リアクター圧力を常圧とすることで誘電体上
にも結晶（多結晶）成長させることができる。最後に、
ｐ側ｎ側電極（図示せず）を形成し、劈開等の手段によ
りキャビティーを形成することにより半導体レーザが作
製される。
施例による量子細線の基本構造である。図２（ａ）〜
（ｄ）は図１の構造を作製する手順を示しており、以下
順次説明する。まず、ｎ−ＧａＡｓ（００１）基板１０
にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１１を積層し、次に誘電
体膜（ＳｉＯ2，ＳｉＮ等）１２を堆積させ、［１１
０］方向に長いストライプ状の開口部を作る（図２
（ａ））。この基板にＭＯＣＶＤ法を使って減圧にて６
５０℃の成長温度で、ｎ−ＡｌXＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．
５）バリア層１３、ｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．
０５）第１量子井戸１４、半絶縁性（以下ＳＩ）Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリア層１５を順次積層
し、第１積層構造を形成する。このとき図２（ｂ）に示
すように、（１１１）Ｂ面垂直方向の成長速度が小さい
条件で成長すると三角形状の成長層断面が現れ三角形側
面には成長しない。次に、成長温度を８５０℃に上げ
て、ｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）第１バリア
層１６、ｕｎ−ＧａＡｓ第２量子井戸１７、ｕｎ−Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）第２バリア層１８を順次積
層し、第２積層構造を形成する（図２（ｃ））。８５０
℃の高温成長では、三角形の側面にも成長可能である。
次に、リアクターの圧力を減圧から常圧とし６５０℃
で、ＳＩ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）１９、ｐ−
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）クラッド層２０、ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層２１を順次積層する（図２
（ｄ））。リアクター圧力を常圧とすることで誘電体上
にも結晶（多結晶）成長させることができる。最後に、
ｐ側ｎ側電極（図示せず）を形成し、劈開等の手段によ
りキャビティーを形成することにより半導体レーザが作
製される。
【００１０】ここで、図１（ｂ）を用いて本発明の量子
細線構造の詳細を記す。ｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝
０．０５）第１量子井戸１４が３つのＡｌxＧａ1-xＡｓ
（ｘ＝０．５）バリア層１３、１５、１６に囲まれてい
る。更に、ｕｎ−ＧａＡｓ第２量子井戸１７が第１量子
井戸１４の近傍に付設している。第２量子井戸１７にお
ける第１量子井戸１４との交差領域ａ，ｂ，ｃでの電子
の量子化準位エネルギーを計算によって求めた。その結
果によると、交差領域ａに比べ、交差領域ｂ，ｃの量子
化準位エネルギーが小さく、このために、ａ領域に電子
が閉じ込められることが分かった。以下、この現象を物
理的に説明する。ｂ，ｃ領域の電子が感じるバリアの高
さはバリア層１３、１５、１６、１８、と第２量子井戸
１７とのエネルギー障壁となり、第２量子井戸１７とバ
リア１３、１５、１６、１８の禁制帯幅により量子化準
位エネルギーが決まる。一方、ａ領域では、電子は禁制
帯幅の小さな第１量子井戸１４にも存在確率がるので、
全体としてその準位エネルギーはｂ，ｃ領域の準位エネ
ルギーよりも小さくなるのである。このために、ａ領域
にある電子は、ｂ，ｃ領域に出ることができず、閉じ込
められて量子細線が実現される。量子細線の準位エネル
ギーは閉じ込められる量子細線の形状で決定されるが、
本発明の構造では第１量子井戸１４の層厚（井戸幅）、
第２量子井戸１７の層厚（井戸幅）及び第１バリア層１
６の層厚、及びバリア層１３、第１量子井戸１４、バリ
ア層１５、第１バリア層１６、第２量子井戸１７、第２
バリア層１８の各層の禁制帯幅で一意的に決定される。
これらの層の層厚精度、禁制帯幅精度は結晶成長の成長
速度精度、混晶比制御精度に依存するがＭＯＣＶＤ法等
の高性能装置では両者共に十分な精度となっている。従
って、本発明の量子細線の準位エネルギーは十分な精度
で作製することができる。
細線構造の詳細を記す。ｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝
０．０５）第１量子井戸１４が３つのＡｌxＧａ1-xＡｓ
（ｘ＝０．５）バリア層１３、１５、１６に囲まれてい
る。更に、ｕｎ−ＧａＡｓ第２量子井戸１７が第１量子
井戸１４の近傍に付設している。第２量子井戸１７にお
ける第１量子井戸１４との交差領域ａ，ｂ，ｃでの電子
の量子化準位エネルギーを計算によって求めた。その結
果によると、交差領域ａに比べ、交差領域ｂ，ｃの量子
化準位エネルギーが小さく、このために、ａ領域に電子
が閉じ込められることが分かった。以下、この現象を物
理的に説明する。ｂ，ｃ領域の電子が感じるバリアの高
さはバリア層１３、１５、１６、１８、と第２量子井戸
１７とのエネルギー障壁となり、第２量子井戸１７とバ
リア１３、１５、１６、１８の禁制帯幅により量子化準
位エネルギーが決まる。一方、ａ領域では、電子は禁制
帯幅の小さな第１量子井戸１４にも存在確率がるので、
全体としてその準位エネルギーはｂ，ｃ領域の準位エネ
ルギーよりも小さくなるのである。このために、ａ領域
にある電子は、ｂ，ｃ領域に出ることができず、閉じ込
められて量子細線が実現される。量子細線の準位エネル
ギーは閉じ込められる量子細線の形状で決定されるが、
本発明の構造では第１量子井戸１４の層厚（井戸幅）、
第２量子井戸１７の層厚（井戸幅）及び第１バリア層１
６の層厚、及びバリア層１３、第１量子井戸１４、バリ
ア層１５、第１バリア層１６、第２量子井戸１７、第２
バリア層１８の各層の禁制帯幅で一意的に決定される。
これらの層の層厚精度、禁制帯幅精度は結晶成長の成長
速度精度、混晶比制御精度に依存するがＭＯＣＶＤ法等
の高性能装置では両者共に十分な精度となっている。従
って、本発明の量子細線の準位エネルギーは十分な精度
で作製することができる。
【００１１】次に、電流狭窄機構について記す。半導体
レーザでは量子細線に電流を集中させることが肝要であ
る。本発明の構造では、半絶縁型のＡｌＧａＡｓ１５、
１９を配することによりｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１
０とｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層１３を通して電流が量子
細線に集中して流すことができる。
レーザでは量子細線に電流を集中させることが肝要であ
る。本発明の構造では、半絶縁型のＡｌＧａＡｓ１５、
１９を配することによりｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１
０とｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層１３を通して電流が量子
細線に集中して流すことができる。
【００１２】図３は本発明の第２の実施例を示す。本第
２の実施例では図１の如く誘電体膜１２によりストライ
プを形成する替わりにリッジ上の面方位依存成長を利用
して量子細線を形成する。図３に示すようにリッジ上に
おいても三角形状の断面となる構造を作製することがで
きる。以下、作製方法を記す。ｎ−ＧａＡｓ（００１）
基板３０にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３１を積層し、
３１上に［１１０］方向に逆メサ状のリッジを形成す
る。（１１１）Ｂ面の成長速度がほぼ零となる成長条件
でｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層３２、ｕｎ−ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ（ｘ＝０．０５）第１量子井戸層３３、ＳＩ−Ａｌ
ＧａＡｓバリア層３４を順次成長する。このとき、（１
１１）Ｂ面には結晶成長は起こらないので、三角形状の
断面となるまで成長するとリッジ上では成長が停止す
る。次に、（１１１）Ｂ面にも結晶成長が起こる条件
で、ｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層３５、ｕｎ−ＧａＡｓ第
２量子井戸層３６、ｐ−ＡｌＧａＡｓバリア層３７を順
次成長する。この過程において、（１１１）Ｂ面（三角
形の側面）上に第２量子井戸３６が形成される。次に連
続して、ＳＩ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８、ｐ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層３９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４
０を積層する。量子細線構造が実現されることと、電流
狭窄機構は第１の実施例と同様である。
２の実施例では図１の如く誘電体膜１２によりストライ
プを形成する替わりにリッジ上の面方位依存成長を利用
して量子細線を形成する。図３に示すようにリッジ上に
おいても三角形状の断面となる構造を作製することがで
きる。以下、作製方法を記す。ｎ−ＧａＡｓ（００１）
基板３０にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３１を積層し、
３１上に［１１０］方向に逆メサ状のリッジを形成す
る。（１１１）Ｂ面の成長速度がほぼ零となる成長条件
でｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層３２、ｕｎ−ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ（ｘ＝０．０５）第１量子井戸層３３、ＳＩ−Ａｌ
ＧａＡｓバリア層３４を順次成長する。このとき、（１
１１）Ｂ面には結晶成長は起こらないので、三角形状の
断面となるまで成長するとリッジ上では成長が停止す
る。次に、（１１１）Ｂ面にも結晶成長が起こる条件
で、ｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層３５、ｕｎ−ＧａＡｓ第
２量子井戸層３６、ｐ−ＡｌＧａＡｓバリア層３７を順
次成長する。この過程において、（１１１）Ｂ面（三角
形の側面）上に第２量子井戸３６が形成される。次に連
続して、ＳＩ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８、ｐ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層３９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４
０を積層する。量子細線構造が実現されることと、電流
狭窄機構は第１の実施例と同様である。
【００１３】上記第１、第２の実施例では、第１の量子
井戸（１４又は３３）の数を単一として示したが互いに
電子の相互作用のある距離（約数十Å内）に複数の量子
井戸を積層するマルチ量子井戸としてもよい。
井戸（１４又は３３）の数を単一として示したが互いに
電子の相互作用のある距離（約数十Å内）に複数の量子
井戸を積層するマルチ量子井戸としてもよい。
【００１４】図４は本発明による第３の実施例を示す
（但し、量子細線の詳細構造は第３図に同じであるので
省略した）。量子細線は単位体積値当たりの利得は大き
いが、体積が小さいので全利得は大きくない。このため
に、量子細線を多数並列することが効果的である。図４
では、図３に示したリッジ上の量子細線をレーザ共振器
方向に多数並列させ、しかもその周期をレーザ光の共振
器波長の半整数倍（ｍ＋１／２）として光の周期と利得
の周期を整合させることを行っている。このことにより
レーザ光の定在波のピーク位置と量子細線の位置を一致
させることができるので、レーザ光へ効率良く利得を付
与することができる。しかも、量子細線の周期的配置に
より、屈折率と利得の周期的変調が実現されるので従来
の分布帰還型半導体レーザと同じ光増幅機構によってレ
ーザ共振器を実現できる。
（但し、量子細線の詳細構造は第３図に同じであるので
省略した）。量子細線は単位体積値当たりの利得は大き
いが、体積が小さいので全利得は大きくない。このため
に、量子細線を多数並列することが効果的である。図４
では、図３に示したリッジ上の量子細線をレーザ共振器
方向に多数並列させ、しかもその周期をレーザ光の共振
器波長の半整数倍（ｍ＋１／２）として光の周期と利得
の周期を整合させることを行っている。このことにより
レーザ光の定在波のピーク位置と量子細線の位置を一致
させることができるので、レーザ光へ効率良く利得を付
与することができる。しかも、量子細線の周期的配置に
より、屈折率と利得の周期的変調が実現されるので従来
の分布帰還型半導体レーザと同じ光増幅機構によってレ
ーザ共振器を実現できる。
【００１５】図５は本発明による第４の実施例を示す。
また、図６（ａ）〜（ｅ）は本第４の実施例を作製する
手順を示しており、以下順次説明する。まず、ｎ−Ｇａ
Ａｓ（００１）基板５０にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
５１、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリア層５
２、ｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．０５）第１量子
井戸群５３、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリ
ア層５４を積層する（図６（ａ））。次に「１１０］方
向にテラスをエッチングにより形成し、テラス下段のｎ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層５１上にＺｎを拡散すること
によりｐ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層５５を形成する（図
６（ｂ）（ｃ））。次にテラス上面、側面、下段面に均
等層厚にｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリア
層５６、ｕｎ−ＧａＡｓ第２量子井戸５７、ｕｎ−Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリア層５８、ｎ−Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）５９、ｎ−ＧａＡｓコンタ
クト層６０を順次積層する（図６（ｄ））。次に、テラ
スを外して、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５９、ｎ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層６０にＺｎを６１に示した領域に拡
散する（図６（ｅ））。電流はｎ−ＧａＡｓ基板５０と
ｎ−ＧａＡｓコンタクト層のＺｎ拡散領域を通して第２
量子井戸５７に注入される。この第４の実施例では、第
１の量子井戸として複数の量子井戸群を積層しているの
で、全利得を大きくすることができる。
また、図６（ａ）〜（ｅ）は本第４の実施例を作製する
手順を示しており、以下順次説明する。まず、ｎ−Ｇａ
Ａｓ（００１）基板５０にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
５１、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリア層５
２、ｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．０５）第１量子
井戸群５３、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリ
ア層５４を積層する（図６（ａ））。次に「１１０］方
向にテラスをエッチングにより形成し、テラス下段のｎ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層５１上にＺｎを拡散すること
によりｐ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層５５を形成する（図
６（ｂ）（ｃ））。次にテラス上面、側面、下段面に均
等層厚にｕｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリア
層５６、ｕｎ−ＧａＡｓ第２量子井戸５７、ｕｎ−Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）バリア層５８、ｎ−Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）５９、ｎ−ＧａＡｓコンタ
クト層６０を順次積層する（図６（ｄ））。次に、テラ
スを外して、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５９、ｎ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層６０にＺｎを６１に示した領域に拡
散する（図６（ｅ））。電流はｎ−ＧａＡｓ基板５０と
ｎ−ＧａＡｓコンタクト層のＺｎ拡散領域を通して第２
量子井戸５７に注入される。この第４の実施例では、第
１の量子井戸として複数の量子井戸群を積層しているの
で、全利得を大きくすることができる。
【００１６】以上の説明はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系に
限って説明したが、ＧａＩｎＰＡｓ／ＩｎＰ系について
も材料種を置き換えることにより同様に作製できる。
限って説明したが、ＧａＩｎＰＡｓ／ＩｎＰ系について
も材料種を置き換えることにより同様に作製できる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により従来
作製が困難であった二次元の量子化準位をもつ電流注入
型の量子細線半導体レーザの作製が可能となり、従来の
一次元の量子化準位による量子井戸半導体レーザに比
べ、格段に特性の優れた半導体レーザが実現出来る利点
がある。
作製が困難であった二次元の量子化準位をもつ電流注入
型の量子細線半導体レーザの作製が可能となり、従来の
一次元の量子化準位による量子井戸半導体レーザに比
べ、格段に特性の優れた半導体レーザが実現出来る利点
がある。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための要部断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の作製プロセスを説明す
るための要部断面図である。
るための要部断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するための要部断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の第３の実施例を説明するための斜視図
である。
である。
【図５】本発明の第４の実施例を説明するための要部断
面図である。
面図である。
【図６】本発明の第４の実施例の作製プロセスを説明す
るための要部断面図である。
るための要部断面図である。
【図７】従来例を説明するための要部断面図である。
１０ ｎ−ＧａＡｓ基板 １１ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １２ 誘電体膜 １３ ｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層 １４ ｕｎ−ＡｌＧａＡｓ量子井戸 １５ ＳＩ−ＡｌＧａＡｓバリア層 １６ ｎ−ＡｌＧａＡｓバリア層 １７ ＧａＡｓ量子井戸 １８ ｐ−ＡｌＧａＡｓバリア層 １９ ＳＩ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２０ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２１ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 聰 奈良市青山三丁目１番10号の402 (56)参考文献 特開 昭62−229990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−201492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−186584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−175489（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成され、バリア層に挟まれた
少なくとも１つの第１量子井戸を含む第１積層構造と、 前記第１積層構造の積層断面に形成された連続膜を呈す
る第２積層構造を有する量子細線レーザであって、 前記第２積層構造は、第１積層構造側から前記第１量子
井戸よりも禁制帯幅の大きい第１バリア層と、前記第１
バリア層より禁制帯幅の小さい第２量子井戸と、前記第
１、第２量子井戸より禁制帯幅の大きい第２バリア層を
順次形成し、前記第２量子井戸は前記第１量子井戸の存在平面に交差
するように形成されることにより前記第１量子井戸と近
接する前記第２量子井戸の領域に 電子閉じ込め領域を有
することを特徴とする量子細線レーザ。 - 【請求項２】 前記電子閉じ込め領域が、発振波長の半
整数倍の周期でレーザ共振器方向に並設されていること
を特徴とする請求項１に記載の量子細線レーザ。 - 【請求項３】 前記第１積層構造を三角形状に成長させ
る工程と、 前記第２積層構造を前記三角形状の辺上に成長させる工
程とを有す ることを特徴とする請求項１に記載の量子細
線レーザの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064323A JP2799372B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 量子細線レーザ及びその製造方法 |
| US07/859,587 US5280493A (en) | 1991-03-28 | 1992-03-27 | Quantum wire laser |
| DE69205716T DE69205716T2 (de) | 1991-03-28 | 1992-03-27 | Quanten-Faden-Laser. |
| EP92302707A EP0507516B1 (en) | 1991-03-28 | 1992-03-27 | A quantum wire laser |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064323A JP2799372B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 量子細線レーザ及びその製造方法 |
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|---|---|
| JPH04299881A JPH04299881A (ja) | 1992-10-23 |
| JP2799372B2 true JP2799372B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=13254918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3064323A Expired - Fee Related JP2799372B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 量子細線レーザ及びその製造方法 |
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| EP (1) | EP0507516B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH06132608A (ja) * | 1992-10-20 | 1994-05-13 | Sony Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US5363394A (en) * | 1993-08-06 | 1994-11-08 | At&T Bell Laboratories | Quantum wire laser |
| EP0665578B1 (en) * | 1993-11-25 | 2002-02-20 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Semiconductor structure and method of fabricating the same |
| KR970003750B1 (en) * | 1993-12-14 | 1997-03-21 | Korea Electronics Telecomm | Manufacture for quantum wire semiconductor laser diode |
| US6039803A (en) * | 1996-06-28 | 2000-03-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Utilization of miscut substrates to improve relaxed graded silicon-germanium and germanium layers on silicon |
| JP3882539B2 (ja) * | 2000-07-18 | 2007-02-21 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法、並びに画像表示装置 |
| KR100446615B1 (ko) * | 2001-10-09 | 2004-09-04 | 삼성전자주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| DE10324264B4 (de) * | 2003-03-06 | 2007-01-18 | Universität Regensburg | Quantendrahtemitter mit Intersubbandübergängen |
| JP4613304B2 (ja) * | 2004-09-07 | 2011-01-19 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 量子ナノ構造半導体レーザ |
| JP2006190782A (ja) * | 2005-01-05 | 2006-07-20 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60113488A (ja) * | 1983-11-24 | 1985-06-19 | Nec Corp | １次元量子サイズ効果を有する素子の作製方法 |
| JPS613487A (ja) * | 1984-06-15 | 1986-01-09 | Fujitsu Ltd | 量子細線レ−ザの作製方法 |
| JPH0669110B2 (ja) * | 1985-03-04 | 1994-08-31 | 株式会社日立製作所 | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS62186584A (ja) * | 1986-02-12 | 1987-08-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体素子の製造法 |
| JPH0656907B2 (ja) * | 1986-03-31 | 1994-07-27 | 日本電信電話株式会社 | 半導体発光素子の製造法 |
| JP2531655B2 (ja) * | 1987-01-16 | 1996-09-04 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
| JPS6421986A (en) * | 1987-07-17 | 1989-01-25 | Nippon Telegraph & Telephone | Manufacture of quantum fine line laser diode of current-injection type having buried structure |
| CA1315865C (en) * | 1988-02-09 | 1993-04-06 | Elyahou Kapon | Semiconductor super lattice heterostructure fabrication methods, structures and devices |
| JPH0268482A (ja) * | 1988-08-31 | 1990-03-07 | Iseki & Co Ltd | 穀粒乾燥機の熱風発生装置 |
| JP2687495B2 (ja) * | 1988-10-28 | 1997-12-08 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
| JPH03169091A (ja) * | 1989-11-28 | 1991-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 量子細線の製造方法 |
| US5070510A (en) * | 1989-12-12 | 1991-12-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3064323A patent/JP2799372B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1992
- 1992-03-27 EP EP92302707A patent/EP0507516B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-27 US US07/859,587 patent/US5280493A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-27 DE DE69205716T patent/DE69205716T2/de not_active Expired - Fee Related
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| EP0507516B1 (en) | 1995-11-02 |
| EP0507516A1 (en) | 1992-10-07 |
| DE69205716T2 (de) | 1996-05-02 |
| DE69205716D1 (de) | 1995-12-07 |
| JPH04299881A (ja) | 1992-10-23 |
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