JP2018022762A - Semiconductor nanowire laser and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＩｎＡｓの層とＩｎＰの層とが交互に積層したナノワイヤ部を備える半導体ナノワイヤレーザーおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor nanowire laser including a nanowire portion in which InAs layers and InP layers are alternately stacked, and a manufacturing method thereof.
高集積度の光・電子集積回路および「ｂｅｙｏｎｄ ＣＭＯＳ」とよばれる微細化技術の向上の実現には、マイクロメートルサイズの通信波長帯で発振可能な微小レーザーが必要になる。従来の半導体レーザーは、ほぼｔｏｐ−ｄｏｗｎ法で作製された膜構造である。このレーザー構造は、５５０℃以上の高温で作製されるため、４５０℃以下での作製が要請されるＣＭＯＳなどと集積し難く、かつ、材料の組み合わせが限られるという欠点がある。 In order to realize a highly integrated optical / electronic integrated circuit and improvement of a miniaturization technique called “beyond CMOS”, a micro laser capable of oscillating in a communication wavelength band of micrometer size is required. A conventional semiconductor laser has a film structure manufactured by a top-down method. Since this laser structure is manufactured at a high temperature of 550 ° C. or higher, it is difficult to integrate with a CMOS or the like that is required to be manufactured at 450 ° C. or lower, and the combination of materials is limited.
一方、半導体ナノワイヤは、ＶＬＳ（Vapor-Liquid-Solid）というボトムアップ法によって作製されることが知られている（非特許文献１）。この半導体ナノワイヤの両端面が平坦であると、この構造がファブリペロー共振器になるため、ナノワイヤでレーザー発振が可能になる。このような半導体ナノワイヤレーザーは、微小であり、集積しやすいため、高集積度の光・電子回路などの応用に非常に有望である。このため、近年、半導体ナノワイヤレーザーが盛んに研究開発されている。 On the other hand, it is known that semiconductor nanowires are produced by a bottom-up method called VLS (Vapor-Liquid-Solid) (Non-Patent Document 1). If both end faces of the semiconductor nanowire are flat, this structure becomes a Fabry-Perot resonator, so that laser oscillation is possible with the nanowire. Such a semiconductor nanowire laser is very small and easy to integrate, so it is very promising for applications such as highly integrated optical / electronic circuits. For this reason, in recent years, semiconductor nanowire lasers have been actively researched and developed.
しかし、現在の半導体ナノワイヤ材料は、ＧａＮ，ＣｄＳ，ＧａＡｓ，ＩｎＰなどの大きいバンドギャップを持つ半導体に限られ、レーザー発振波長が主に可視光領域あるいは近赤外（＜１μｍ）であり、通信波長帯（１．３−１．６μｍ）に達していない。 However, the current semiconductor nanowire materials are limited to semiconductors with a large band gap such as GaN, CdS, GaAs, InP, and the laser oscillation wavelength is mainly in the visible light region or near infrared (<1 μm), and the communication wavelength The band (1.3-1.6 μm) has not been reached.
これに対し、ＩｎＡｓから活性層となる量子井戸を構成し、ＩｎＰを障壁層とする多重量子井戸構造とすることで、通信波長帯のレーザー発振が可能となる。 On the other hand, by forming a quantum well serving as an active layer from InAs and having a multiple quantum well structure using InP as a barrier layer, laser oscillation in the communication wavelength band is possible.
しかしながら、ＩｎＡｓ量子井戸とＩｎＰ障壁層とによる多重量子井戸構造のナノワイヤによる半導体ナノワイヤレーザーで、実用的な発光強度が得られていないという問題があった。 However, there has been a problem that practical light emission intensity has not been obtained with a semiconductor nanowire laser using nanowires having a multiple quantum well structure composed of InAs quantum wells and InP barrier layers.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＩｎＡｓ量子井戸とＩｎＰ障壁層とによる多重量子井戸構造のナノワイヤによる半導体ナノワイヤレーザーで、実用的な発光強度が得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and a practical light emission intensity can be obtained with a semiconductor nanowire laser using a nanowire having a multiple quantum well structure composed of an InAs quantum well and an InP barrier layer. The purpose is to do so.
本発明に係る半導体ナノワイヤレーザーの製造方法は、ＩｎＡｓからなる井戸層とＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層した多重量子井戸構造のナノワイヤ部と、ナノワイヤ部の一方の端部の端面および他方の端部の端面を反射面とするファブリペロー共振器とを備える半導体ナノワイヤレーザーの製造方法であって、基板の上に種微粒子を成長させる第１工程と、種微粒子より井戸層と障壁層とを交互に成長させてナノワイヤ部を成長させる第２工程と、種微粒子を除去する第３工程と、ナノワイヤ部を基板より分離する第４工程とを備え、第２工程では、Ｐ原料に対してＩｎ原料の供給量を多くした条件で障壁層を成長し、Ｉｎ原料に対してＡｓ原料の供給量を多くした条件で井戸層を成長する。 A method of manufacturing a semiconductor nanowire laser according to the present invention includes a nanowire part having a multiple quantum well structure in which well layers made of InAs and barrier layers made of InP are alternately stacked, an end face of one end part of the nanowire part, and the other end face A manufacturing method of a semiconductor nanowire laser comprising a Fabry-Perot resonator having an end face as a reflecting surface, comprising: a first step of growing seed fine particles on a substrate; and a well layer and a barrier layer from the seed fine particles. A second step of alternately growing the nanowire portion, a third step of removing seed fine particles, and a fourth step of separating the nanowire portion from the substrate; The barrier layer is grown under the condition where the supply amount of the raw material is increased, and the well layer is grown under the condition where the supply amount of the As raw material is increased relative to the In raw material.
上記半導体ナノワイヤレーザーの製造方法において、第１工程では、基板の上にＩｎからなる種微粒子を成長させればよい。 In the semiconductor nanowire laser manufacturing method, in the first step, seed fine particles made of In may be grown on the substrate.
上記半導体ナノワイヤレーザーの製造方法において、第１工程において、μｍオーダの径の種微粒子を形成すればよい。 In the method for manufacturing a semiconductor nanowire laser, seed fine particles having a diameter on the order of μm may be formed in the first step.
上記半導体ナノワイヤレーザーの製造方法において、第２工程において、井戸層を３００層以上積層すればよい。 In the semiconductor nanowire laser manufacturing method, 300 or more well layers may be stacked in the second step.
また、本発明に係る半導体ナノワイヤレーザーは、ＩｎＡｓからなる井戸層とＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層した多重量子井戸構造のナノワイヤ部と、ナノワイヤ部の一方の端部の端面および他方の端部の端面を反射面とするファブリペロー共振器とを備え、１．３〜１．６μｍの波長のレーザー光を発振する。 In addition, the semiconductor nanowire laser according to the present invention includes a nanowire portion having a multiple quantum well structure in which well layers made of InAs and barrier layers made of InP are alternately stacked, an end face of one end portion of the nanowire portion, and the other end. And a Fabry-Perot resonator having a reflection surface as an end face of the part, and oscillates a laser beam having a wavelength of 1.3 to 1.6 μm.
上記半導体ナノワイヤレーザーにおいて、ナノワイヤ部は、３００層以上の井戸層を備える。 In the semiconductor nanowire laser, the nanowire part includes 300 or more well layers.
以上説明したように、本発明によれば、ＩｎＡｓ量子井戸とＩｎＰ障壁層とによる多重量子井戸構造のナノワイヤによる半導体ナノワイヤレーザーで、実用的な発光強度が実現できるという優れた効果が得られるようになる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that a practical emission intensity can be realized with a semiconductor nanowire laser using a nanowire having a multiple quantum well structure including an InAs quantum well and an InP barrier layer. Become.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における半導体ナノワイヤレーザーの製造方法を説明するためのフローチャートである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a semiconductor nanowire laser in an embodiment of the present invention.
まず、第１工程Ｓ１０１で、基板の上にＩｎからなる種微粒子を成長させる。例えば、主表面を（１１１）Ｂ面としたＩｎＰ基板を用いる。また、例えば、よく知られた有機金属気相成長法により、基板加熱温度などの成長条件などを適宜に設定した状態で、ＩＩＩ族元素であるＩｎの原料ガスを加熱された基板の上に供給することで、種微粒子を成長させることができる。 First, seed fine particles made of In are grown on the substrate in the first step S101. For example, an InP substrate whose main surface is a (111) B surface is used. In addition, for example, a well-known metal organic chemical vapor deposition method is used to supply a source gas of group III element In onto a heated substrate in a state where growth conditions such as a substrate heating temperature are appropriately set. By doing so, seed fine particles can be grown.
種微粒子の成長では、上述した基板を有機金属気相成長装置の成膜室内に搬入し、成膜室内である程度の温度（例えば５００℃程度）まで加熱する。この状態で、加熱した基板の上に、Ｉｎの原料ガスであるトリメチルインジウム［Ｉｎ（ＣＨ3）3、trimethylindium；ＴＭＩｎ］を供給する。供給された原料ガスは、加熱されている基板の表面で分解し、分解により生成したＩｎＰ原子が、基板表面を拡散し、図２の（ａ），（ｂ）に示すように、最終的に種微粒子になる。 In the growth of seed fine particles, the above-described substrate is carried into a film formation chamber of a metal organic vapor phase growth apparatus and heated to a certain temperature (for example, about 500 ° C.) in the film formation chamber. In this state, trimethylindium [In (CH 3 ) 3 , trimethylindium; TMIn], which is an In source gas, is supplied onto the heated substrate. The supplied source gas is decomposed on the surface of the heated substrate, and the InP atoms generated by the decomposition diffuse on the substrate surface, and finally, as shown in FIGS. 2A and 2B, Become seed fine particles.
次に、第２工程Ｓ１０２で、種微粒子よりＩｎＡｓからなる井戸層（量子井戸層）とＩｎＰからなる障壁層とを交互に成長させてナノワイヤ部を成長させる［図２（ｃ）］。例えば、上記種微粒子の形成に引き続き、同一の成膜室内で有機金属気相成長法により、成長温度を３２０〜３３０℃程度に変更してナノワイヤ部を成長させる。このように、比較的高い温度で種微粒子を成長させ（seedステップ）、引き続き同一成膜室内で、成長温度を低くしてナノワイヤ部を成長させる（growステップ）２ステップの成長法は「seed and grow」とよばれる方法である（非特許文献２参照）。 Next, in the second step S102, a well layer (quantum well layer) made of InAs and a barrier layer made of InP are alternately grown from seed fine particles to grow a nanowire portion [FIG. 2 (c)]. For example, following the formation of the seed fine particles, the nanowire portion is grown by changing the growth temperature to about 320 to 330 ° C. by metal organic vapor phase epitaxy in the same film forming chamber. In this way, the seed fine particles are grown at a relatively high temperature (seed step), and the nanowire portion is grown at the same growth chamber at a lower growth temperature (grow step). This method is called “grow” (see Non-Patent Document 2).
上述した「growステップ」となる第２工程Ｓ１０２におけるナノワイヤ部の成長では、加熱されている基板の上に、Ｉｎの原料ガス，Ｐの原料ガスの供給、およびＩｎの原料ガス，Ａｓの原料ガスの供給を、交互に繰り返すことで、Ｉｎからなる種微粒子より、ＩｎＡｓからなる井戸層とＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層されたナノワイヤ部を成長させればよい。このように、成長させる半導体を構成する材料を種微粒子として用いる自己触媒法（self-assisted VLS）によりナノワイヤ部を成長させることで、純度の高いナノワイヤ部が得られる（非特許文献３参照）。 In the growth of the nanowire portion in the second step S102, which is the “grow step” described above, an In source gas, a P source gas supply, an In source gas, and an As source gas are formed on a heated substrate. Is alternately repeated to grow a nanowire portion in which well layers made of InAs and barrier layers made of InP are alternately stacked from seed fine particles made of In. Thus, a nanowire part with high purity can be obtained by growing the nanowire part by self-assisted VLS using a material constituting the semiconductor to be grown as seed fine particles (see Non-Patent Document 3).
例えば、一般に種微粒子にはＡｕなどの金属が用いられている。この場合、成長中に金微粒子から金原子が不純物としてナノワイヤ部に取り込まれる可能性がある。このＡｕからなる不純物は、非発光中心として動き、ナノワイヤにおけるの電気・光特性の劣化を引き起こす原因とされている。これに対し、上述した自己触媒法によれば、非発光中心などとなる不純物が導入されることがない。 For example, a metal such as Au is generally used for the seed fine particles. In this case, gold atoms may be taken into the nanowire part as impurities from the gold fine particles during growth. This impurity made of Au moves as a non-light-emitting center, and is considered to cause deterioration of electrical / optical characteristics in the nanowire. On the other hand, according to the above-described autocatalytic method, impurities that become non-luminescent centers are not introduced.
ここで、上述したナノワイヤ部の成長では、Ｐ原料ガスに対してＩｎ原料ガスの供給量を多くした条件で障壁層を成長し、Ｉｎ原料ガスに対してＡｓ原料ガスの供給量を多くした条件で井戸層を成長する。 Here, in the growth of the nanowire portion described above, the barrier layer was grown under the condition that the supply amount of the In source gas was increased with respect to the P source gas, and the supply amount of the As source gas was increased with respect to the In source gas. Grow a well layer.
例えば、障壁層の成長では、ＴＭＩｎを３．０２６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ターシャリーブチル燐（tertiarybutylphosphine、ＴＢＰ）を８０４μｍｏｌ／ｍｉｎで供給する。この場合、Ｖ／ＩＩＩ比は、２６５となる。一般に、ＩｎＰの成長では、各原料の供給は、ＴＭＩｎを０．７６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＢＰを８０４μｍｏｌ／ｍｉｎとしている。この場合、Ｖ／ＩＩＩ比は、１０６２となる。これに対し、実施の形態では、はるかに多くのＴＭＩｎを供給し、Ｖ／ＩＩＩ比を小さくしている。なお、ＴＭＩｎの代わりにＤＡＤＩ（Dimethylaminopropyl-dimethyl-indium）を用いてもよい。また、ＴＢＰの代わりに、ＰＨ3を用いてもよい。 For example, in the growth of the barrier layer, TMIn is supplied at 3.026 μmol / min and tertiary butylphosphine (TBP) is supplied at 804 μmol / min. In this case, the V / III ratio is 265. Generally, in the growth of InP, the supply of each raw material is set to 0.76 μmol / min for TMIn and 804 μmol / min for TBP. In this case, the V / III ratio is 1062. On the other hand, in the embodiment, much more TMIn is supplied to reduce the V / III ratio. Note that DADI (Dimethylaminopropyl-dimethyl-indium) may be used instead of TMIn. Further, PH 3 may be used instead of TBP.
また、井戸層の成長では、ＴＭＩｎを３．０２６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ターシャリーブチルヒ素（tertiarybutylarsenic；ＴＢＡ）を４４６μｍｏｌ／ｍｉｎで供給する。この場合、Ｖ／ＩＩＩ比は、１４７．５となる。一般に、ＩｎＡｓの成長では、各原料の供給比は、ＴＭＩｎを４．５４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＢＡを４４．６μｍｏｌ／ｍｉｎとしている。この場合、Ｖ／ＩＩＩ比は、９．８となる。これに対し、実施の形態では、より大きなＶ／ＩＩＩ比としている。なお、ＴＢＡの代わりにＡｓＨ3を用いてもよい。 Further, in the growth of the well layer, TMIn is supplied at 3.026 μmol / min and tertiary butylarsenic (TBA) is supplied at 446 μmol / min. In this case, the V / III ratio is 147.5. Generally, in the growth of InAs, the supply ratio of each raw material is set to 4.54 μmol / min for TMIn and 44.6 μmol / min for TBA. In this case, the V / III ratio is 9.8. On the other hand, in the embodiment, a larger V / III ratio is used. Note that AsH 3 may be used instead of TBA.
各層の形成において、上述した供給原料のＶ／ＩＩＩ比とすることで、例えば、井戸層においてはＡｓ空孔などの点欠陥の形成が抑制されるようになり、また、３００を超える積層数の多重量子井戸構造が実現できるようになる。実際に作製したナノワイヤ部の走査型電子顕微鏡写真を図３に示し、透過型電子顕微鏡写真を図４に示す。図３に示すように、ナノワイヤ部が主表面を（１１１）Ｂ面としたＩｎＰ基板の上に成長している。また、図３，図４に示すように、井戸層の層数を４００として井戸層と障壁層とが交互に積層されたヘテロ接合による多重量子井戸構造のナノワイヤ部が形成されている。また、ナノワイヤ部の先端には、ＩｎからなるＩｎからなる種微粒子が存在している。ナノワイヤ部の直径は、１．２±０．２μｍであり、長さは、１２〜１５μｍである。 In the formation of each layer, the above-mentioned V / III ratio of the feedstock makes it possible to suppress the formation of point defects such as As vacancies in the well layer, and more than 300 layers are stacked. A multiple quantum well structure can be realized. A scanning electron micrograph of the actually produced nanowire part is shown in FIG. 3, and a transmission electron micrograph is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the nanowire portion is grown on an InP substrate whose main surface is a (111) B plane. As shown in FIGS. 3 and 4, a nanowire portion having a multiple quantum well structure is formed by heterojunction in which well layers and barrier layers are alternately stacked with the number of well layers being 400. In addition, seed fine particles made of In made of In exist at the tip of the nanowire portion. The nanowire part has a diameter of 1.2 ± 0.2 μm and a length of 12 to 15 μm.
ここで、第１工程Ｓ１０１で形成する種微粒子は、〜１μｍ程度とμｍオーダの径にするとよい。一般に、自己触媒法によるナノワイヤの成長では、ｎｍオーダの径の種微粒子が用いられているが、μｍオーダの大きな径の種微粒子を用いることで、均一な径のナノワイヤ部が得られる。実施の形態におけるナノワイヤ部を構成するＩｎＡｓの層およびＩｎＰの層は、量子効果が発現される程度に薄いため、成長中に種微粒子の径が保たれる。また、このように径が維持された状態で、〜１０μｍの長さに多重量子井戸構造のナノワイヤ部が成長できる。 Here, the seed fine particles formed in the first step S101 may have a diameter on the order of about 1 μm and about μm. In general, in the growth of nanowires by the autocatalytic method, seed fine particles having a diameter of the order of nm are used. By using seed fine particles having a diameter of the order of μm, a nanowire portion having a uniform diameter can be obtained. Since the InAs layer and the InP layer constituting the nanowire part in the embodiment are thin enough to exhibit the quantum effect, the diameter of the seed fine particles is maintained during the growth. In addition, a nanowire part having a multiple quantum well structure can be grown to a length of 10 μm with the diameter maintained in this way.
次に、第３工程Ｓ１０３で、成長させたナノワイヤ部より種微粒子を除去し、第４工程Ｓ１０４で、ナノワイヤ部を基板より分離する。 Next, seed particles are removed from the grown nanowire portion in the third step S103, and the nanowire portion is separated from the substrate in the fourth step S104.
上述した製造方法により、図５に示すように、ＩｎＡｓからなる井戸層１０１とＩｎＰからなる障壁層１０２とが交互に積層した多重量子井戸構造のナノワイヤ部１０３と、ナノワイヤ部１０３の一方の端部の端面および他方の端部の端面を反射面１１１，反射面１１２とするファブリペロー共振器とを備える、半導体ナノワイヤレーザーが得られる。励起光の照射や、電流注入によるキャリア注入によりレーザー発振が得られる。 With the manufacturing method described above, as shown in FIG. 5, a nanowire portion 103 having a multiple quantum well structure in which well layers 101 made of InAs and barrier layers 102 made of InP are alternately stacked, and one end portion of the nanowire portion 103 And a Fabry-Perot resonator having the reflecting surface 111 and the reflecting surface 112 as the end surface of the other end and the other end surface, a semiconductor nanowire laser is obtained. Laser oscillation can be obtained by excitation light irradiation or carrier injection by current injection.
一般的に、ナノワイヤの両端面の反射率がそれほど高くないため、ナノワイヤで形成されるファブリペロー共振器のＱ値は低く、レーザー発振は困難であると思われる。これに対し、上述したように４００の井戸層（活性層）を積層した多重量子井戸層とすることで、高い光増幅効果が得られ、１．３〜１．６μｍの波長のレーザーが発振できるようになる。なお、井戸層の積層数が３００程度であれば、レーザーが発振されることを確認している。 In general, since the reflectance of both end faces of the nanowire is not so high, the Fabry-Perot resonator formed of the nanowire has a low Q value, and laser oscillation seems to be difficult. On the other hand, by using a multiple quantum well layer in which 400 well layers (active layers) are stacked as described above, a high optical amplification effect can be obtained and a laser having a wavelength of 1.3 to 1.6 μm can be oscillated. It becomes like this. It has been confirmed that the laser oscillates when the number of well layers is about 300.
上述した実施の形態によれば、発振波長を１．１〜１．６μｍの範囲で調整することが可能である。これは、量子閉じ込め効果によるものである。実際に作製した半導体ナノワイヤレーザーを、Ａｕ薄膜を形成したシリコン基板の上に配置し［図６（ａ）］、マイクロ−ＰＬ法により光学特性を分析した。図６の（ｂ）は、実際のレーザー発振が得られた半導体ナノワイヤレーザーの走査型電子顕微鏡写真である。図６の（ｂ）に示すように、種微粒子が取り除かれており、ナノワイヤ部の両端面が平坦であり、ファブリペロー共振器の構造が得られていることが分かる。分析の結果を図７に示す。励起レーザーの波長は７８５ｎｍであり、パワーは３ｍＷである。得られている発光の波長は、主に通信波長帯にあることが分かる。 According to the embodiment described above, the oscillation wavelength can be adjusted in the range of 1.1 to 1.6 μm. This is due to the quantum confinement effect. The actually produced semiconductor nanowire laser was placed on a silicon substrate on which an Au thin film was formed [FIG. 6A], and the optical characteristics were analyzed by the micro-PL method. FIG. 6B is a scanning electron micrograph of a semiconductor nanowire laser from which actual laser oscillation was obtained. As shown in FIG. 6B, it can be seen that the seed fine particles have been removed, both end surfaces of the nanowire portion are flat, and a Fabry-Perot resonator structure is obtained. The result of the analysis is shown in FIG. The wavelength of the excitation laser is 785 nm and the power is 3 mW. It can be seen that the obtained emission wavelength is mainly in the communication wavelength band.
次に、実際にレーザー発振をさせた実験の結果について説明する。実験では、まず、表面に酸化シリコンが形成されているシリコン基板を用意し、この表面にＡｕ膜を形成した。次に、形成したＡｕ膜の上に実施の形態における半導体ナノワイヤレーザーを配置し、ここに、顕微鏡を用いたフォトルミネッセンス法を用いて励起光を照射した。 Next, the result of an experiment in which laser oscillation was actually performed will be described. In the experiment, first, a silicon substrate having silicon oxide formed on the surface was prepared, and an Au film was formed on this surface. Next, the semiconductor nanowire laser in the embodiment was placed on the formed Au film, and this was irradiated with excitation light using a photoluminescence method using a microscope.
励起光の照射における光学特性を測定した結果、図８に示すように、室温で波長１．５〜１．６μｍ間でのパルスレーザー発振が確認された。なお、図８の（ａ）は、発光の励起光強度依存性を示している。図８の（ａ）に示すように、励起光強度が約７．５ｍＷでレーザー発振が開始されることが分かる。発振波長は１５７３ｎｍである。また、図８の（ｂ）は、input-outputプロットであり、（ｃ）は、Ｌ−Ｌプロットである。図８の（ｂ），（ｃ）に示すように、典型的なレーザー発振特性が確認された。 As a result of measuring the optical characteristics in the irradiation of the excitation light, as shown in FIG. 8, pulse laser oscillation was confirmed at a room temperature between wavelengths of 1.5 to 1.6 μm. In addition, (a) of FIG. 8 has shown the excitation light intensity dependence of light emission. As shown in FIG. 8A, it can be seen that laser oscillation starts when the excitation light intensity is about 7.5 mW. The oscillation wavelength is 1573 nm. 8B is an input-output plot, and FIG. 8C is an LL plot. As shown in FIGS. 8B and 8C, typical laser oscillation characteristics were confirmed.
以上に説明したように、本発明によれば、Ｐ原料に対してＩｎ原料の供給量を多くした条件でＩｎＰの層（障壁層）を成長し、Ｉｎ原料に対してＡｓ原料の供給量を多くした条件でＩｎＡｓの層（井戸層）を成長するようにしたので、ＩｎＡｓの層を３００以上積層した多重量子井戸構造のナノワイヤが得られるようになる。この結果、ＩｎＡｓ量子井戸とＩｎＰ障壁層とによる多重量子井戸構造のナノワイヤによる半導体ナノワイヤレーザーで、実用的な発光強度が得られるようになる。 As described above, according to the present invention, the InP layer (barrier layer) is grown under the condition that the supply amount of the In material is increased with respect to the P material, and the supply amount of the As material is increased with respect to the In material. Since the InAs layer (well layer) is grown under the increased conditions, a nanowire having a multiple quantum well structure in which 300 or more InAs layers are stacked can be obtained. As a result, a practical light emission intensity can be obtained with a semiconductor nanowire laser using nanowires having a multiple quantum well structure composed of InAs quantum wells and InP barrier layers.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
１０１…井戸層、１０２…障壁層、１０３…ナノワイヤ部、１１１，１１２…反射面。 101 ... well layer, 102 ... barrier layer, 103 ... nanowire part, 111, 112 ... reflective surface.
Claims (6)
前記ナノワイヤ部の一方の端部の端面および他方の端部の端面を反射面とするファブリペロー共振器と
を備える半導体ナノワイヤレーザーの製造方法であって、
基板の上に種微粒子を成長させる第１工程と、
前記種微粒子より前記井戸層と前記障壁層とを交互に成長させて前記ナノワイヤ部を成長させる第２工程と、
前記種微粒子を除去する第３工程と、
前記ナノワイヤ部を前記基板より分離する第４工程と
を備え、
前記第２工程では、
Ｐ原料に対してＩｎ原料の供給量を多くした条件で前記障壁層を成長し、
Ｉｎ原料に対してＡｓ原料の供給量を多くした条件で前記井戸層を成長する
ことを特徴とする半導体ナノワイヤレーザーの製造方法。 A nanowire portion having a multiple quantum well structure in which well layers made of InAs and barrier layers made of InP are alternately stacked;
A manufacturing method of a semiconductor nanowire laser comprising: a Fabry-Perot resonator having a reflection surface on one end face and the other end face of the nanowire section,
A first step of growing seed particulates on a substrate;
A second step of growing the nanowire portion by alternately growing the well layer and the barrier layer from the seed fine particles;
A third step of removing the seed particulates;
And a fourth step of separating the nanowire part from the substrate,
In the second step,
The barrier layer is grown under the condition that the supply amount of the In raw material is increased with respect to the P raw material,
The method for producing a semiconductor nanowire laser, comprising growing the well layer under a condition in which the supply amount of the As raw material is increased relative to the In raw material.
前記第１工程では、前記基板の上にＩｎからなる前記種微粒子を成長させることを特徴とする半導体ナノワイヤレーザーの製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor nanowire laser according to claim 1,
In the first step, the seed nanoparticle made of In is grown on the substrate.
前記第１工程において、μｍオーダの径の前記種微粒子を形成することを特徴とする半導体ナノワイヤレーザーの製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor nanowire laser according to claim 1 or 2,
In the first step, the seed fine particles having a diameter on the order of μm are formed.
前記第２工程において、前記井戸層を３００層以上積層することを特徴とする半導体ナノワイヤレーザーの製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor nanowire laser according to any one of claims 1 to 3,
In the second step, 300 or more of the well layers are stacked. A method of manufacturing a semiconductor nanowire laser, wherein:
前記ナノワイヤ部の一方の端部の端面および他方の端部の端面を反射面とするファブリペロー共振器と
を備え、
１．３〜１．６μｍの波長のレーザ光を発振することを特徴とする半導体ナノワイヤレーザー。 A nanowire portion having a multiple quantum well structure in which well layers made of InAs and barrier layers made of InP are alternately stacked;
A Fabry-Perot resonator having a reflection surface on one end face and the other end face of the nanowire part,
1. A semiconductor nanowire laser that oscillates laser light having a wavelength of 1.3 to 1.6 μm.
前記ナノワイヤ部は、３００層以上の前記井戸層を備えることを特徴とする半導体ナノワイヤレーザー。 The semiconductor nanowire laser according to claim 5, wherein
The semiconductor nanowire laser, wherein the nanowire part includes 300 or more well layers.
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