JPH04299881A - 量子細線レーザ及びその製造方法 - Google Patents
量子細線レーザ及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH04299881A JPH04299881A JP3064323A JP6432391A JPH04299881A JP H04299881 A JPH04299881 A JP H04299881A JP 3064323 A JP3064323 A JP 3064323A JP 6432391 A JP6432391 A JP 6432391A JP H04299881 A JPH04299881 A JP H04299881A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum
- quantum well
- algaas
- layer
- thin line
- 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.)
- Granted
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 33
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 26
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 241000700560 Molluscum contagiosum virus Species 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2238—Buried stripe structure with a terraced structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2272—Buried mesa structure ; Striped active layer grown by a mask induced selective growth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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の作製方法に関
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の作製方法に関
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−AlGa
Asクラッド層、73はn−AlGaAsバリア層、7
4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−AlGaAs
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74、p
−AlGaAsバリア層75、電流ブロック層76、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(1
00)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−AlGaAsバリ
ア層73、電流ブロック層76、p−AlGaAsバリ
ア層75に囲まれ、また、GaAs量子井戸層74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−AlGa
Asクラッド層、73はn−AlGaAsバリア層、7
4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−AlGaAs
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74、p
−AlGaAsバリア層75、電流ブロック層76、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(1
00)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−AlGaAsバリ
ア層73、電流ブロック層76、p−AlGaAsバリ
ア層75に囲まれ、また、GaAs量子井戸層74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。本発明は、
上記の課題である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
御性良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。本発明は、
上記の課題である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
御性良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量子一井戸を
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、前記第1量子井戸より禁制帯幅の大きい第1バ
リア層、前記第1量子井戸とほぼ同等な禁制帯幅の第2
量子井戸、及び前記第1,第2量子井戸より禁制帯幅の
大きい第2バリア層とを順次積層した第2積層構造と、
からなり、前記第1量子井戸と第2量子井戸の互いの近
傍領域の少なくともいずれか一方に電子閉じ込め領域を
有する量子細線レーザを提供するものである。
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量子一井戸を
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、前記第1量子井戸より禁制帯幅の大きい第1バ
リア層、前記第1量子井戸とほぼ同等な禁制帯幅の第2
量子井戸、及び前記第1,第2量子井戸より禁制帯幅の
大きい第2バリア層とを順次積層した第2積層構造と、
からなり、前記第1量子井戸と第2量子井戸の互いの近
傍領域の少なくともいずれか一方に電子閉じ込め領域を
有する量子細線レーザを提供するものである。
【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、層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、層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、[110]
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650℃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−A
lxGa1−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、[110]
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650℃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−A
lxGa1−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16の層厚、及びバリア層13、第1量子井戸1
4、バリア層15、第1バリア層16、第2量子井戸1
7、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16の層厚、及びバリア層13、第1量子井戸1
4、バリア層15、第1バリア層16、第2量子井戸1
7、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−
xAs(x=0.05)第1量子井戸層33、SI−A
lGaAsバリア層34を順次成長する。このとき、(
111)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−AlG
aAsクラッド層39、p−GaAsコンタクト層40
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−
xAs(x=0.05)第1量子井戸層33、SI−A
lGaAsバリア層34を順次成長する。このとき、(
111)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−AlG
aAsクラッド層39、p−GaAsコンタクト層40
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52、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−AlxGa1−xAs(x=0.5)バリ
ア層58、n−AlxGa1−xAs(x=0.5)5
9、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−GaAs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Z
n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。
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52、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−AlxGa1−xAs(x=0.5)バリ
ア層58、n−AlxGa1−xAs(x=0.5)5
9、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−GaAs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Z
n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−A
lGaAsクラッド層 21 p−GaAsコンタクト層
lGaAsクラッド層 21 p−GaAsコンタクト層
Claims (1)
- 【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
、前記第一積層構造の積層断面に形成され、前記第1量
子井戸より禁制帯幅の大きい第1バリア層、前記第1量
子井戸とほぼ同等な禁制帯幅の第2量子井戸、及び前記
第1,第2量子井戸より禁制帯幅の大きい第2バリア層
とを順次積層した第2積層構造と、からなり前記第1量
子井戸と第2量子井戸の互いの近傍領域の少なくともい
ずれか一方に電子閉じ込め領域を有することと特徴とす
る量子細線レーザ。
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 |
EP92302707A EP0507516B1 (en) | 1991-03-28 | 1992-03-27 | A quantum wire laser |
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. |
Applications Claiming Priority (1)
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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04299881A true JPH04299881A (ja) | 1992-10-23 |
JP2799372B2 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 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5280493A (ja) |
EP (1) | EP0507516B1 (ja) |
JP (1) | JP2799372B2 (ja) |
DE (1) | DE69205716T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07202349A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-08-04 | Korea Electron Telecommun | Mbe材結晶成長の分子線回折を利用した量子細線レーザーダイオードの製造方法 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3257034B2 (ja) * | 1992-06-03 | 2002-02-18 | ソニー株式会社 | 化合物半導体装置とその製造方法 |
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 |
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 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61201492A (ja) * | 1985-03-04 | 1986-09-06 | Hitachi Ltd | 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 |
JPS62229990A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光素子の製造法 |
JPS63175489A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-07-19 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JPH03169091A (ja) * | 1989-11-28 | 1991-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 量子細線の製造方法 |
Family Cites Families (7)
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 |
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 |
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
-
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
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61201492A (ja) * | 1985-03-04 | 1986-09-06 | Hitachi Ltd | 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 |
JPS62229990A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光素子の製造法 |
JPS63175489A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-07-19 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JPH03169091A (ja) * | 1989-11-28 | 1991-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 量子細線の製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07202349A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-08-04 | Korea Electron Telecommun | Mbe材結晶成長の分子線回折を利用した量子細線レーザーダイオードの製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE69205716T2 (de) | 1996-05-02 |
EP0507516A1 (en) | 1992-10-07 |
US5280493A (en) | 1994-01-18 |
JP2799372B2 (ja) | 1998-09-17 |
DE69205716D1 (de) | 1995-12-07 |
EP0507516B1 (en) | 1995-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4503540A (en) | Phase-locked semiconductor laser device | |
US5292685A (en) | Method for producing a distributed feedback semiconductor laser device | |
JPH07221392A (ja) | 量子細線の作製方法、量子細線、量子細線レーザ、及び量子細線レーザの作製方法、回折格子の作製方法、及び分布帰還型半導体レーザ | |
JP2558744B2 (ja) | 半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
JPH0653619A (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP2799372B2 (ja) | 量子細線レーザ及びその製造方法 | |
US4835783A (en) | Semiconductor laser | |
JPS61168981A (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
JP2564813B2 (ja) | A▲l▼GaInP半導体発光素子 | |
JPH03151684A (ja) | 多波長集積化半導体レーザの製造方法 | |
KR100754156B1 (ko) | 다중 파장 표면광 레이저 및 그 제조방법 | |
JP5204690B2 (ja) | 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法 | |
JPH06188513A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
JP2004087564A (ja) | 半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
JP4957355B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH0745902A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
JPH04273492A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP3612900B2 (ja) | 面発光半導体レーザ及びその製造方法 | |
JPH0766992B2 (ja) | AlGaInP系半導体レーザとその製造方法 | |
JPH03156989A (ja) | 半導体レーザとその製造方法 | |
JP2908124B2 (ja) | 半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
JP2023012226A (ja) | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 | |
JPH0730190A (ja) | 半導体レーザおよびその製法 | |
KR100284766B1 (ko) | 반도체 레이저 다이오드와 그 어레이 및 그 제조 방법 | |
JPH0621564A (ja) | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |