JPH07326819A - 半導体ストライプレーザ - Google Patents
半導体ストライプレーザInfo
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- JPH07326819A JPH07326819A JP17707195A JP17707195A JPH07326819A JP H07326819 A JPH07326819 A JP H07326819A JP 17707195 A JP17707195 A JP 17707195A JP 17707195 A JP17707195 A JP 17707195A JP H07326819 A JPH07326819 A JP H07326819A
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- Japan
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- semiconductor
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- semiconductor stripe
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-
- 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
- H01S5/1237—Lateral grating, i.e. grating only adjacent ridge or mesa
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 極めて低いしきい値、理想的には無しきい値
での駆動も可能にし得る構造原理を持ち、あるいはまた
側面及び出射端面での再結合抑制効果に優れた半導体ス
トライプレーザを提供する。 【構成】 レーザ発振を起こす活性層23を上下クラッド
層21，24で挟み、活性層23の端面からレーザ光を出力す
る半導体ストライプレーザにおいて、レーザ光の出射端
面を含め、活性層23の周囲の全てをクラッド層17で覆
う。
での駆動も可能にし得る構造原理を持ち、あるいはまた
側面及び出射端面での再結合抑制効果に優れた半導体ス
トライプレーザを提供する。 【構成】 レーザ発振を起こす活性層23を上下クラッド
層21，24で挟み、活性層23の端面からレーザ光を出力す
る半導体ストライプレーザにおいて、レーザ光の出射端
面を含め、活性層23の周囲の全てをクラッド層17で覆
う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関し、特
にストライプ型の半導体レーザ（半導体ストライプレー
ザ）における特性改善を図るための構造的改良に関す
る。
にストライプ型の半導体レーザ（半導体ストライプレー
ザ）における特性改善を図るための構造的改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、1970年代以降、徐々に
その特性が改良されてきたが、そもそも半導体レーザ
は、キャリアの注入に伴ってまず自然放出光が放射さ
れ、その一部が光共振器モードとして増幅されて、増幅
率が損失を上回った時点で当該光共振モードが優勢とな
り、誘導放出により能率の良い電子−光変換が可能とな
る原理に従っている。
その特性が改良されてきたが、そもそも半導体レーザ
は、キャリアの注入に伴ってまず自然放出光が放射さ
れ、その一部が光共振器モードとして増幅されて、増幅
率が損失を上回った時点で当該光共振モードが優勢とな
り、誘導放出により能率の良い電子−光変換が可能とな
る原理に従っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
レーザは、当初の自然放出光の漏洩を抑え込む工夫に乏
しく、効率の良い光放出のためにはある程度大きな一定
のしきい値電流を有していた。さらにまた、活性層の側
面や出射端面における再結合の問題とか出射端面の物理
的保護に関しても特に有利な構造を開示するものがなか
った。本発明は基本的にこうした従来例における欠点の
改善を図り、半導体レーザの中でも一般的なストライプ
レーザにおいて、極めて低いしきい値、理想的には無し
きい値での駆動も可能にし得る構造原理を持ち、あるい
はまた再結合抑制効果に優れた半導体ストライプレーザ
を提供せんとするものである。
レーザは、当初の自然放出光の漏洩を抑え込む工夫に乏
しく、効率の良い光放出のためにはある程度大きな一定
のしきい値電流を有していた。さらにまた、活性層の側
面や出射端面における再結合の問題とか出射端面の物理
的保護に関しても特に有利な構造を開示するものがなか
った。本発明は基本的にこうした従来例における欠点の
改善を図り、半導体レーザの中でも一般的なストライプ
レーザにおいて、極めて低いしきい値、理想的には無し
きい値での駆動も可能にし得る構造原理を持ち、あるい
はまた再結合抑制効果に優れた半導体ストライプレーザ
を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するため、レーザ発振を起こす活性層を上下クラッド
層で挟み、活性層の端面からレーザ光を出力する半導体
ストライプレーザにおいて、レーザ光の出射端面を含
め、活性層の周囲の全てをクラッド層で覆うことを提案
する。さらに本発明の特定の態様として、活性層の周囲
を覆うクラッド層を半導体多層膜により構成することも
提案する。
成するため、レーザ発振を起こす活性層を上下クラッド
層で挟み、活性層の端面からレーザ光を出力する半導体
ストライプレーザにおいて、レーザ光の出射端面を含
め、活性層の周囲の全てをクラッド層で覆うことを提案
する。さらに本発明の特定の態様として、活性層の周囲
を覆うクラッド層を半導体多層膜により構成することも
提案する。
【０００５】
【実施例】図１，２，３には、それぞれ本発明に従って
作製された半導体レーザの実施例が示されているが、こ
こではまず、便宜のため、本発明半導体レーザを作製す
るのに用いると好適な半導体の微細加工方法の基本的な
一工程例に関し、図４，５に即して説明する所から始め
る。
作製された半導体レーザの実施例が示されているが、こ
こではまず、便宜のため、本発明半導体レーザを作製す
るのに用いると好適な半導体の微細加工方法の基本的な
一工程例に関し、図４，５に即して説明する所から始め
る。
【０００６】まず、図４(A) に示されているように、Ga
As基板10か、または図４(A) 中、仮想線で上下に分離し
て示すように、GaAs基板10の上にエピタキシャル成長に
より形成されたAlGaAs層11の上に、厚さ 100nm程度のタ
ングステン（Ｗ）薄膜をエッチングレジスト膜としてス
パッタリング形成し、既存、通常のリソグラフィ専用機
により、光リソグラフィか電子リソグラフィで当該レジ
スト膜を所望のパタンに応じてパターニング後、CF4プラ
ズマエッチングによって所望のパタンのタングステン薄
膜（エッチングマスク）12を残す。
As基板10か、または図４(A) 中、仮想線で上下に分離し
て示すように、GaAs基板10の上にエピタキシャル成長に
より形成されたAlGaAs層11の上に、厚さ 100nm程度のタ
ングステン（Ｗ）薄膜をエッチングレジスト膜としてス
パッタリング形成し、既存、通常のリソグラフィ専用機
により、光リソグラフィか電子リソグラフィで当該レジ
スト膜を所望のパタンに応じてパターニング後、CF4プラ
ズマエッチングによって所望のパタンのタングステン薄
膜（エッチングマスク）12を残す。
【０００７】この後、図５に示されている加工装置13、
すなわちサンプル導入室14と横型のＭＯＣＶＤ成長炉15
の間にＥＣＲエッチング装置16を設けた加工装置13のサ
ンプル導入室14内に図４(A) の試料を搬入し、図示しな
い試料搬送装置（これ自体は公知のこの種の半導体加工
装置において周知である）によって当該サンプル導入室
からＥＣＲエッチング装置16に移した試料に対し、図４
(B) に示すようにタングステン薄膜12をエッチングマス
クとし、例えば 1μm 程度の深さにＥＣＲエッチングを
施す。GaAs基板10の上にエピタキシャル成長したGaAs層
11を有する試料の場合には、基板面が露出する程度の深
さにエッチングする。
すなわちサンプル導入室14と横型のＭＯＣＶＤ成長炉15
の間にＥＣＲエッチング装置16を設けた加工装置13のサ
ンプル導入室14内に図４(A) の試料を搬入し、図示しな
い試料搬送装置（これ自体は公知のこの種の半導体加工
装置において周知である）によって当該サンプル導入室
からＥＣＲエッチング装置16に移した試料に対し、図４
(B) に示すようにタングステン薄膜12をエッチングマス
クとし、例えば 1μm 程度の深さにＥＣＲエッチングを
施す。GaAs基板10の上にエピタキシャル成長したGaAs層
11を有する試料の場合には、基板面が露出する程度の深
さにエッチングする。
【０００８】次いで真空を破ることなく（大気に晒すこ
となく）、図示しない試料搬送装置により、ＥＣＲエッ
チング室16から直ちにＭＯＣＶＤ成長炉15内に試料を移
し、図４(C) に示すように、タングステン薄膜12を今度
は選択成長マスクとして用いてAlGaAs層17の選択成長を
行う。
となく）、図示しない試料搬送装置により、ＥＣＲエッ
チング室16から直ちにＭＯＣＶＤ成長炉15内に試料を移
し、図４(C) に示すように、タングステン薄膜12を今度
は選択成長マスクとして用いてAlGaAs層17の選択成長を
行う。
【０００９】このとき、Al組成が多い場合や、ドーパン
トとしてZnを用いた場合には、図４(C) 中に仮想線18で
示したように、タングステンマスク12の上に多結晶が成
長することがある。これが不要ないし不具合な場合に
は、再成長後、再度ＥＣＲエッチング室16に試料を移
し、当該多結晶薄膜18を除去すれば良い。実際上、こう
して形成される多結晶薄膜18はかなり薄いので、容易に
除去可能である。また、このような再成長とエッチング
とを適宜回数繰り返すことにより、図４(D) に示すよう
な再成長面の平坦化や、図４中には示していないが複数
層の積層構造ないし半導体多層膜構造を得ることができ
る。そして、このようにして平坦化された再成長AlGaAs
層17の上には、図４(E) に示すように、GaAs層19等をさ
らに設けることができる。
トとしてZnを用いた場合には、図４(C) 中に仮想線18で
示したように、タングステンマスク12の上に多結晶が成
長することがある。これが不要ないし不具合な場合に
は、再成長後、再度ＥＣＲエッチング室16に試料を移
し、当該多結晶薄膜18を除去すれば良い。実際上、こう
して形成される多結晶薄膜18はかなり薄いので、容易に
除去可能である。また、このような再成長とエッチング
とを適宜回数繰り返すことにより、図４(D) に示すよう
な再成長面の平坦化や、図４中には示していないが複数
層の積層構造ないし半導体多層膜構造を得ることができ
る。そして、このようにして平坦化された再成長AlGaAs
層17の上には、図４(E) に示すように、GaAs層19等をさ
らに設けることができる。
【００１０】こうして形成された微細構造を実際に走査
型電子顕微鏡により観測した所、タングステン薄膜（タ
ングステンマスク）12の上に多結晶薄膜18が成長してい
たものの、薄いために再エッチング処理により容易に除
去可能であったし、タングステン薄膜12とGaAs層19との
間にも不利な反応は一切認められなかった。また、微細
構造の側面の垂直性は十分高く、高い精度の微細加工結
果が確認された。
型電子顕微鏡により観測した所、タングステン薄膜（タ
ングステンマスク）12の上に多結晶薄膜18が成長してい
たものの、薄いために再エッチング処理により容易に除
去可能であったし、タングステン薄膜12とGaAs層19との
間にも不利な反応は一切認められなかった。また、微細
構造の側面の垂直性は十分高く、高い精度の微細加工結
果が確認された。
【００１１】ところで、半導体レーザは、既述した通
り、現在までにも徐々にその特性が改良されてきたが、
それでもなお、例えば消費電力に鑑みると、一素子当た
りの消費電力は低いものでも数ミリワット以上あった。
将来的に見ても電子集積回路に匹敵する集積密度を得る
ためには、これを少なくとも数十マイクロワットにまで
低下させる必要がある。
り、現在までにも徐々にその特性が改良されてきたが、
それでもなお、例えば消費電力に鑑みると、一素子当た
りの消費電力は低いものでも数ミリワット以上あった。
将来的に見ても電子集積回路に匹敵する集積密度を得る
ためには、これを少なくとも数十マイクロワットにまで
低下させる必要がある。
【００１２】一方、従来の半導体レーザにあっても小
型、高効率なものの一つに、いわゆる量子井戸型半導体
レーザがある。これでは、実際にレーザ発振の生ずる量
子井戸層ないし活性層の幾何的寸法は、一応、厚さ約10
nm、幅約 2μm、長さ約 200μm程度にまで小型化されて
いて、体積にすれば約 4μm3である。しかし、これでも
十分ではない。
型、高効率なものの一つに、いわゆる量子井戸型半導体
レーザがある。これでは、実際にレーザ発振の生ずる量
子井戸層ないし活性層の幾何的寸法は、一応、厚さ約10
nm、幅約 2μm、長さ約 200μm程度にまで小型化されて
いて、体積にすれば約 4μm3である。しかし、これでも
十分ではない。
【００１３】これに対し、図４，５に即して上述した微
細加工方法を適用すると、活性層幅は約 0.2μm 程度に
まで精度良く縮小化できるし、反射率にも工夫すれば、
長さ方向にも20μm 程度にまで縮小可能である。この場
合、活性層の体積やしきい値電流は、上述の既存レーザ
に対し、百分の一にもなり、しきい値は通常の 3ないし
10mAから0.03mAに、体積は約0.04μm3にまで減少する。
細加工方法を適用すると、活性層幅は約 0.2μm 程度に
まで精度良く縮小化できるし、反射率にも工夫すれば、
長さ方向にも20μm 程度にまで縮小可能である。この場
合、活性層の体積やしきい値電流は、上述の既存レーザ
に対し、百分の一にもなり、しきい値は通常の 3ないし
10mAから0.03mAに、体積は約0.04μm3にまで減少する。
【００１４】しかし、分布帰還型に限らず共、このよう
な微小化の工夫だけでは、冒頭に述べた自然放出光に対
する配慮や再結合の問題に関しては何等考察されていな
いことになる。本発明はまさしく、これらに対して回答
を与えるもので、クラッド層（ある場合には望ましくは
多層反射層）で活性層の周囲を覆う構造を提案する。こ
うするとまず、自然放出光が自由には共振キャビティ外
に出られないために、見掛け上、発振しきい値のない
（ないし極めて低い）レーザ構造を得ることができる。
つまり、活性層の周囲を三次元的な高反射率ミラーで覆
えば、光共振器中に許されるモードが減少し、離散化す
るため、自然放出光も限られたモードとして出射する。
このような限定されたモードでの自然放出光は時間的に
はランダムに発生するので、それらの時間的なコヒーレ
ンシィは保たれないが、放出分布や波長はキャビティパ
ラメータにより決定されるので、見掛け上、レーザ光と
殆ど区別がつかない。従ってそのような半導体レーザ
は、実質的に無しきい値ないし極低しきい値と看做せ、
極低電流において能率の高いレーザ発振を実現できる。
これについての実施例は、後述の図２に掲げられてい
る。なお、このような見掛け上の無しきい値ないし低し
きい値レーザに関する考察自体は、 従来文献Ａ：「微小共振器レーザ：現状と展望」，応用
物理，第61巻，第９号(1992)，pp.890-901 に認められる。
な微小化の工夫だけでは、冒頭に述べた自然放出光に対
する配慮や再結合の問題に関しては何等考察されていな
いことになる。本発明はまさしく、これらに対して回答
を与えるもので、クラッド層（ある場合には望ましくは
多層反射層）で活性層の周囲を覆う構造を提案する。こ
うするとまず、自然放出光が自由には共振キャビティ外
に出られないために、見掛け上、発振しきい値のない
（ないし極めて低い）レーザ構造を得ることができる。
つまり、活性層の周囲を三次元的な高反射率ミラーで覆
えば、光共振器中に許されるモードが減少し、離散化す
るため、自然放出光も限られたモードとして出射する。
このような限定されたモードでの自然放出光は時間的に
はランダムに発生するので、それらの時間的なコヒーレ
ンシィは保たれないが、放出分布や波長はキャビティパ
ラメータにより決定されるので、見掛け上、レーザ光と
殆ど区別がつかない。従ってそのような半導体レーザ
は、実質的に無しきい値ないし極低しきい値と看做せ、
極低電流において能率の高いレーザ発振を実現できる。
これについての実施例は、後述の図２に掲げられてい
る。なお、このような見掛け上の無しきい値ないし低し
きい値レーザに関する考察自体は、 従来文献Ａ：「微小共振器レーザ：現状と展望」，応用
物理，第61巻，第９号(1992)，pp.890-901 に認められる。
【００１５】これに対して図１には、本発明の半導体レ
ーザの一実施例ではあるが、特に再結合抑制効果を期待
するための実施例として、分布帰還原理を採用した半導
体ストライプレーザに対し本発明を適用した場合が示さ
れている。説明すると、ｎ型GaAs基板10の上に、通常の
エピタキシャル成長技術により、ｎ型下側クラッド層2
1、間にレーザ活性層ないし量子井戸層23を挟んだ上下
一対のグリン層22，22、ｐ型上側クラッド層24を順次積
層形成した後、先に図４に即して説明したように既存の
専用リソグラフィ機により、タングステン薄膜12を所望
の形状にパターニングする。図示の場合、パターニング
された当該タングステン薄膜12は、その幅寸法が約 200
nm、長さが30μm 以下であるが、さらにその平面形状
は、長さ方向に側面が周期的に凹凸を繰り返す形状とな
っている。
ーザの一実施例ではあるが、特に再結合抑制効果を期待
するための実施例として、分布帰還原理を採用した半導
体ストライプレーザに対し本発明を適用した場合が示さ
れている。説明すると、ｎ型GaAs基板10の上に、通常の
エピタキシャル成長技術により、ｎ型下側クラッド層2
1、間にレーザ活性層ないし量子井戸層23を挟んだ上下
一対のグリン層22，22、ｐ型上側クラッド層24を順次積
層形成した後、先に図４に即して説明したように既存の
専用リソグラフィ機により、タングステン薄膜12を所望
の形状にパターニングする。図示の場合、パターニング
された当該タングステン薄膜12は、その幅寸法が約 200
nm、長さが30μm 以下であるが、さらにその平面形状
は、長さ方向に側面が周期的に凹凸を繰り返す形状とな
っている。
【００１６】側面凹凸の周期は光の媒質内波長の四分の
一となっていて、かつ、長さ方向中央部分は、その下に
位相シフタ29が形成されるように、凸部分が二分の一波
長に亙って連続しており、これによりブラッグ反射波長
にて光共振器が実現するように設計されている。なお、
図４に即して説明した工程例との対応を取る意味から
は、上述のｎ型下側クラッド層21、レーザ活性層（この
場合は量子井戸層）23、上下一対のグリン層22，22、ｐ
型上側クラッド層24から成る積層構造を、それら全てが
相俟って図４に示した基板10上のエピタキシャル層11に
相当すると考えれば良い。
一となっていて、かつ、長さ方向中央部分は、その下に
位相シフタ29が形成されるように、凸部分が二分の一波
長に亙って連続しており、これによりブラッグ反射波長
にて光共振器が実現するように設計されている。なお、
図４に即して説明した工程例との対応を取る意味から
は、上述のｎ型下側クラッド層21、レーザ活性層（この
場合は量子井戸層）23、上下一対のグリン層22，22、ｐ
型上側クラッド層24から成る積層構造を、それら全てが
相俟って図４に示した基板10上のエピタキシャル層11に
相当すると考えれば良い。
【００１７】上述のようなパタンのタングステン薄膜12
をエッチングマスクとする試料を、次いで、先に図５に
即して説明したエッチング及び再成長用加工装置13のＥ
ＣＲエッチング室16に導入してエッチングを行い、その
後直ちに、大気に晒すことなくＭＯＣＶＤ再成長炉15に
移し、タングステン薄膜12を今度は再成長用選択マスク
として用いて、エッチングし残された部分の周囲を全
て、再成長させたｉ型の（すなわち半絶縁性の）AlGaAs
周囲クラッド層（埋め込み層）17で埋め込む。その上
で、タングステンパタン12上に適当な金属電極、望まし
くはAu電極25を形成して、微小分布帰還型半導体ストラ
イプレーザとして完成させる。
をエッチングマスクとする試料を、次いで、先に図５に
即して説明したエッチング及び再成長用加工装置13のＥ
ＣＲエッチング室16に導入してエッチングを行い、その
後直ちに、大気に晒すことなくＭＯＣＶＤ再成長炉15に
移し、タングステン薄膜12を今度は再成長用選択マスク
として用いて、エッチングし残された部分の周囲を全
て、再成長させたｉ型の（すなわち半絶縁性の）AlGaAs
周囲クラッド層（埋め込み層）17で埋め込む。その上
で、タングステンパタン12上に適当な金属電極、望まし
くはAu電極25を形成して、微小分布帰還型半導体ストラ
イプレーザとして完成させる。
【００１８】このレーザは、本発明に従った結果とし
て、ストライプ状活性層23の光の出射端面となる長さ方
向の両端面もまた、側面側と同様にAlGaAsクラッド層17
で覆われることになり、換言すればストライプ状レーザ
構造部分の周囲が全て、完全に埋め込まれた構造とな
る。このように、側面を始め光強度の高い出射端面まで
クラッド17により覆われている構造は、再結合抑制効果
を期待できるため、特に短波長のレーザ光を発振する分
布帰還型ストライプレーザを得るに望ましい構造であ
る。もちろん、物理的な出射端面保護効果もある。
て、ストライプ状活性層23の光の出射端面となる長さ方
向の両端面もまた、側面側と同様にAlGaAsクラッド層17
で覆われることになり、換言すればストライプ状レーザ
構造部分の周囲が全て、完全に埋め込まれた構造とな
る。このように、側面を始め光強度の高い出射端面まで
クラッド17により覆われている構造は、再結合抑制効果
を期待できるため、特に短波長のレーザ光を発振する分
布帰還型ストライプレーザを得るに望ましい構造であ
る。もちろん、物理的な出射端面保護効果もある。
【００１９】なお、素子抵抗を減少させるためには、先
に図４(C) に即して少し述べたように、再成長工程を経
ることでタングステン薄膜12上に堆積することのある多
結晶AlGaAs18をエッチングして除去した後、ｐドープAl
GaAs層やGaAs層を選択成長させることも有効である。ま
た、この図１に示した半導体ストライプレーザ作製の実
際では、微小パタンとしてのタングステン薄膜12のパタ
ン形状は、光の媒質内波長の四分の一に相当する程に高
精度な数十nmの精度で形成した。図４に即して上述した
微細加工方法において、将来的にさらに高精度で数nm精
度までにパターニング精度を向上できれば、長さ方向に
直交する横方向の形状の如何により、量子細線の量子レ
ベルを制御できるので、発光部の量子レベルを導波部の
それより小さくすることもできるようになり、導波部で
の光吸収をより低下させることも可能となる。さらに、
この図１に示す実施例の微小分布帰還レーザを上述した
微細加工方法で作成することは、別な意味でも極めて有
利である。量子井戸幅等は最初の均一な結晶成長で決定
されるし、また、側面形状は結晶方位に関係なくドライ
エッチング用マスクの平面形状の任意なパタンにより決
定されるので、レーザストライプの方向は自由に設定し
得るからである。
に図４(C) に即して少し述べたように、再成長工程を経
ることでタングステン薄膜12上に堆積することのある多
結晶AlGaAs18をエッチングして除去した後、ｐドープAl
GaAs層やGaAs層を選択成長させることも有効である。ま
た、この図１に示した半導体ストライプレーザ作製の実
際では、微小パタンとしてのタングステン薄膜12のパタ
ン形状は、光の媒質内波長の四分の一に相当する程に高
精度な数十nmの精度で形成した。図４に即して上述した
微細加工方法において、将来的にさらに高精度で数nm精
度までにパターニング精度を向上できれば、長さ方向に
直交する横方向の形状の如何により、量子細線の量子レ
ベルを制御できるので、発光部の量子レベルを導波部の
それより小さくすることもできるようになり、導波部で
の光吸収をより低下させることも可能となる。さらに、
この図１に示す実施例の微小分布帰還レーザを上述した
微細加工方法で作成することは、別な意味でも極めて有
利である。量子井戸幅等は最初の均一な結晶成長で決定
されるし、また、側面形状は結晶方位に関係なくドライ
エッチング用マスクの平面形状の任意なパタンにより決
定されるので、レーザストライプの方向は自由に設定し
得るからである。
【００２０】ちなみに、図４，５に即して説明した微細
加工方法は、ある意味で基本的な機能素子としての電子
導波路、それも任意の平面形状ないし経路パタンの量子
細線の作製にも有用である。量子細線構造は、基本的に
は本発明実施例としての図１に示す半導体レーザの横断
面構造と同様ないし類似の構造であるが、GaAs系で言え
ば、少なくともGaAs基板上に下側クラッド層であるAlGa
As層と、実質的な導波路層ないしコア層としての電子の
波長オーダ（約10nm）の厚みのGaAs層と、上側クラッド
層であるAlGaAs層とを積層形成し、平面形状的に見てこ
れらを線状（ストライプ状）にパターニングした後、両
側面の側にAlGaAs層を再成長させて左右クラッド層とし
たものである。
加工方法は、ある意味で基本的な機能素子としての電子
導波路、それも任意の平面形状ないし経路パタンの量子
細線の作製にも有用である。量子細線構造は、基本的に
は本発明実施例としての図１に示す半導体レーザの横断
面構造と同様ないし類似の構造であるが、GaAs系で言え
ば、少なくともGaAs基板上に下側クラッド層であるAlGa
As層と、実質的な導波路層ないしコア層としての電子の
波長オーダ（約10nm）の厚みのGaAs層と、上側クラッド
層であるAlGaAs層とを積層形成し、平面形状的に見てこ
れらを線状（ストライプ状）にパターニングした後、両
側面の側にAlGaAs層を再成長させて左右クラッド層とし
たものである。
【００２１】その外にも、図４，５に示した微細加工方
法は、上記の量子細線を作製するに際し、エッチング及
び再成長用マスク12のパターニング時に、当該パタンを
例えばＹ字型の分岐状形状にすることで、その構造自体
はすでに周知のＹ字型電子ないし光分岐路を形成するに
も有用であり、一旦二又に分かれて再度一本の線路ない
し導波路にまとまるような形状にパターニングすれば、
いわゆるマッハチェンダ干渉素子等を作製するにも有利
に用いることができる。さらに、一本の主たる導波路に
対し、副導波路がその長さの途中で近づいて再度離れて
行くような形状にパターニングすれば、四端子方向性結
合器も実現できる。換言すれば、このように導波路のパ
ターニング形状に関する特徴によって特定の機能を実現
する各種の電子ないし光受動機能素子を作製するのに
も、図４，５に即して説明した微細加工方法は極めて有
用な手法である。
法は、上記の量子細線を作製するに際し、エッチング及
び再成長用マスク12のパターニング時に、当該パタンを
例えばＹ字型の分岐状形状にすることで、その構造自体
はすでに周知のＹ字型電子ないし光分岐路を形成するに
も有用であり、一旦二又に分かれて再度一本の線路ない
し導波路にまとまるような形状にパターニングすれば、
いわゆるマッハチェンダ干渉素子等を作製するにも有利
に用いることができる。さらに、一本の主たる導波路に
対し、副導波路がその長さの途中で近づいて再度離れて
行くような形状にパターニングすれば、四端子方向性結
合器も実現できる。換言すれば、このように導波路のパ
ターニング形状に関する特徴によって特定の機能を実現
する各種の電子ないし光受動機能素子を作製するのに
も、図４，５に即して説明した微細加工方法は極めて有
用な手法である。
【００２２】図２には、本発明の他の実施例として、一
般にマイクロキャビティレーザと呼ばれる半導体微小レ
ーザが示されている。レーザ機能部分は先に説明した半
導体レーザと同様、ストライプ状活性層としてのGaAs量
子井戸層23を上下のクラッド層で挟んだレーザ構造部分
を有しているが、さらにその上下を、半導体多層膜、特
にこの場合はｎ型AlGaAsの多層膜（例えばAl組成比が
0.2のAlGaAs層と 0.7のAlGaAs層の交互積層構造）26
と、Al組成比が同様に異なるｐ型AlGaAsの交互積層構造
による多層膜27とにより挟んでいる。また、本発明に従
い活性層23の左右両側及びレーザ出射端面を覆うように
設けられる再成長AlGaAs層によるクラッド層も、ｉ型で
Al組成比の異なるAlGaAs多層膜28としている。このよう
に、活性層ないしコア層の左右上下を全て半導体多層膜
28で埋め込むと、高い反射特性が得られるので、すでに
述べたような微小体積の光共振器であってもその損失を
低減することができ、自然放射光の自由な出射をも制限
し得るため、空間的な出射パタンや発光波長に関する限
り、至上、無しきい値に近い特性を得ることができる。
ただし、本発明半導体レーザは、微小構造に作製される
ことが最も望ましいものの、少し大きい寸法の構造体に
も本発明の構造原理の適用は可能であり、例えば図２に
示される構造の半導体レーザも既存クラスの大きさ、す
なわち幅 2μm 程度、長さ 100μm 程度に形成しても良
い。
般にマイクロキャビティレーザと呼ばれる半導体微小レ
ーザが示されている。レーザ機能部分は先に説明した半
導体レーザと同様、ストライプ状活性層としてのGaAs量
子井戸層23を上下のクラッド層で挟んだレーザ構造部分
を有しているが、さらにその上下を、半導体多層膜、特
にこの場合はｎ型AlGaAsの多層膜（例えばAl組成比が
0.2のAlGaAs層と 0.7のAlGaAs層の交互積層構造）26
と、Al組成比が同様に異なるｐ型AlGaAsの交互積層構造
による多層膜27とにより挟んでいる。また、本発明に従
い活性層23の左右両側及びレーザ出射端面を覆うように
設けられる再成長AlGaAs層によるクラッド層も、ｉ型で
Al組成比の異なるAlGaAs多層膜28としている。このよう
に、活性層ないしコア層の左右上下を全て半導体多層膜
28で埋め込むと、高い反射特性が得られるので、すでに
述べたような微小体積の光共振器であってもその損失を
低減することができ、自然放射光の自由な出射をも制限
し得るため、空間的な出射パタンや発光波長に関する限
り、至上、無しきい値に近い特性を得ることができる。
ただし、本発明半導体レーザは、微小構造に作製される
ことが最も望ましいものの、少し大きい寸法の構造体に
も本発明の構造原理の適用は可能であり、例えば図２に
示される構造の半導体レーザも既存クラスの大きさ、す
なわち幅 2μm 程度、長さ 100μm 程度に形成しても良
い。
【００２３】この図２に示したマイクロキャビティレー
ザは、いわゆるマイクロＦＥＴに代表される量子波動素
子と組合せて図５に示すような電子−光結合素子を得る
のに使うこともできる。すなわち、図５に示す電子−光
結合素子では、図２に即して既に述べたマイクロキャビ
ティと同様で良いマイクロキャビティ構造71が、量子ド
ット63を含む量子波動素子50を取り囲んでいる。そのた
め、このマイクロキャビティ71中では電子系とフォトン
系とが強く相互作用し得るようになり、光の採り得る状
態も数個以下に制限されるので、フォトンと電子−正孔
対が可逆的に変換可能となる。すなわち、量子波動素子
50で論理的な演算を行い、その結果が量子ドット63の荷
電分布や組込み電界の変化として表されるように設計す
ると、量子ドット63における量子準位がマイクロキャビ
ティ71の共振波長に一致した瞬間に、効率良く特定のフ
ォトンが出射するようにできる。
ザは、いわゆるマイクロＦＥＴに代表される量子波動素
子と組合せて図５に示すような電子−光結合素子を得る
のに使うこともできる。すなわち、図５に示す電子−光
結合素子では、図２に即して既に述べたマイクロキャビ
ティと同様で良いマイクロキャビティ構造71が、量子ド
ット63を含む量子波動素子50を取り囲んでいる。そのた
め、このマイクロキャビティ71中では電子系とフォトン
系とが強く相互作用し得るようになり、光の採り得る状
態も数個以下に制限されるので、フォトンと電子−正孔
対が可逆的に変換可能となる。すなわち、量子波動素子
50で論理的な演算を行い、その結果が量子ドット63の荷
電分布や組込み電界の変化として表されるように設計す
ると、量子ドット63における量子準位がマイクロキャビ
ティ71の共振波長に一致した瞬間に、効率良く特定のフ
ォトンが出射するようにできる。
【００２４】そこでさらに、こうした構造を持つ複数の
マイクロキャビティ71,・・・・・・ 同志を光導波路72で接続
すれば、演算、記憶動作は電子系で、伝送は光で、とい
うように、従来からもこのこと自体は提案されていた、
言わば「役割分担」の手法をミクロな素子中でも行うこ
とができるようになる。電子導波路においては、電子が
フェルミオンであるために一つの状態には一つの電子し
か収容し得ず、理想状態でも一モード当たり12.9ＫΩの
抵抗を必要とする前提があるが、ポゾン粒子であるフォ
トンを伝送に用いれば、光導波路の基本モードにて収容
できる粒子数に制限はなくなり、伝送速度は著しく向上
する。
マイクロキャビティ71,・・・・・・ 同志を光導波路72で接続
すれば、演算、記憶動作は電子系で、伝送は光で、とい
うように、従来からもこのこと自体は提案されていた、
言わば「役割分担」の手法をミクロな素子中でも行うこ
とができるようになる。電子導波路においては、電子が
フェルミオンであるために一つの状態には一つの電子し
か収容し得ず、理想状態でも一モード当たり12.9ＫΩの
抵抗を必要とする前提があるが、ポゾン粒子であるフォ
トンを伝送に用いれば、光導波路の基本モードにて収容
できる粒子数に制限はなくなり、伝送速度は著しく向上
する。
【００２５】以上、本発明の幾つかの実施例につき詳記
したが、本発明の要旨構成に即する限り、種々の改変は
自由である。
したが、本発明の要旨構成に即する限り、種々の改変は
自由である。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、従来の問題点を解決
し、極めて低しきい値、理想的には無しきい値の半導体
レーザを得ることができる構造原理が提供される。ま
た、側面及び出射端面も全てクラッド層により覆われて
いるので、そこでの再結合抑制効果が期待でき、比較的
短波長のレーザを構築するに有利な構造も提供される
外、いずれの場合にも、併せて出射端面の保護を図るこ
とができる。
し、極めて低しきい値、理想的には無しきい値の半導体
レーザを得ることができる構造原理が提供される。ま
た、側面及び出射端面も全てクラッド層により覆われて
いるので、そこでの再結合抑制効果が期待でき、比較的
短波長のレーザを構築するに有利な構造も提供される
外、いずれの場合にも、併せて出射端面の保護を図るこ
とができる。
【図１】本発明半導体ストライプレーザの一実施例とし
ての微小分布帰還型レーザの概略構成図である。
ての微小分布帰還型レーザの概略構成図である。
【図２】本発明半導体ストライプレーザの他の実施例と
しての端面出射型マイクロキャビティレーザの概略構成
図である。
しての端面出射型マイクロキャビティレーザの概略構成
図である。
【図３】本発明半導体ストライプレーザを組み込み得る
電子−光結合素子の一例の概略構成図である。
電子−光結合素子の一例の概略構成図である。
【図４】本発明半導体ストライプレーザの作製に適用す
ると好適な微細加工方法の工程例の説明図である。
ると好適な微細加工方法の工程例の説明図である。
【図５】図４に示す微細加工方法を実行するに適当な装
置構成例の説明図である。
置構成例の説明図である。
10 半導体ないし半絶縁性基板， 12 エッチング及び再成長用マスク， 13 エッチング及び再成長用加工装置， 14 サンプル導入室， 15 ＭＯＣＶＤ成長炉， 16 ＥＣＲエッチング室， 17 再成長層ないし活性層周囲を覆うクラッド層， 21 下側クラッド層， 23 レーザ活性層ないし量子井戸層， 24 上側クラッド層， 26 下側半導体多層膜， 27 上側半導体多層膜， 28 活性層周囲を覆うクラッド層としての半導体多層
膜．
膜．
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ発振を起こす活性層を上下クラッ
ド層で挟み、該活性層の端面からレーザ光を出力する半
導体ストライプレーザであって；上記レーザ光の出射端
面を含め、上記活性層の周囲の全てをクラッド層で覆っ
たこと；を特徴とする半導体ストライプレーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体ストライプレーザ
であって；上記クラッド層は半導体多層膜により構成さ
れていること；を特徴とする半導体ストライプレーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7177071A JP2733210B2 (ja) | 1995-07-13 | 1995-07-13 | 半導体ストライプレーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7177071A JP2733210B2 (ja) | 1995-07-13 | 1995-07-13 | 半導体ストライプレーザ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4355611A Division JPH0817230B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 半導体の微細加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07326819A true JPH07326819A (ja) | 1995-12-12 |
| JP2733210B2 JP2733210B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=16024622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7177071A Expired - Lifetime JP2733210B2 (ja) | 1995-07-13 | 1995-07-13 | 半導体ストライプレーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2733210B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006041013A (ja) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Yokohama National Univ | 光制御素子、発光素子、光回路装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03208390A (ja) * | 1990-01-09 | 1991-09-11 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JPH0613700A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1995
- 1995-07-13 JP JP7177071A patent/JP2733210B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03208390A (ja) * | 1990-01-09 | 1991-09-11 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JPH0613700A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006041013A (ja) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Yokohama National Univ | 光制御素子、発光素子、光回路装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2733210B2 (ja) | 1998-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |