二軸性歪を有する半導体量子細線・量子箱構造の試作およびその光デバイス応用

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450115
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 荒井 滋久 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 教授 (30151137)
• キーワード: 半導体レーザ / 量子細線レーザ / 歪量子細線レーザ / 多重極微共振器レーザ / GaInAsP混晶 / 電子線リソグラフィー / 有機金属気相成長法 / ドライエッチング

研究概要

本研究では、通信用長波長半導体レーザの超低電流・高効率動作を実現することをめざしており、二軸性応力の加わった歪量子細線および歪量子箱構造の形成法を確立すると共に、これらの構造のサイズ揺らぎ要因の解明と低減を行うことを目的として行い、以下に挙げる成果を得た。
1) 電子線リソグラフィーと2回の有機金属気相成長法によって、周期70nm、幅20-30nmの歪量子細線を活性層とするGaInAs/GaInAsP/InP歪量子細線レーザを試作し、そのしきい値電流、微分量子効率、および内部量子効率の温度特性測定を行った。その結果、温度200K以下ではあるが、同一ウェーハ上に作製した歪量子薄膜レーザよりも低しきい値電流かつ高効率動作する歪量子細線レーザを初めて実現した。
2) 上記作製法で形成した歪量子細線構造の光励起発光スペクトルを測定し、横方向量子閉じ込め効果に起因する偏波異方性が歪量子細線構造では、格子整合系量子細線構造よりも強くなることを初めて観測した。
3) 歪量子細線レーザの利得スペクトルを初めて測定した。同一ウェーハ上に作製した歪量子薄膜レーザのそれよりも幾分狭い利得スペクトルが観測され、量子細線中のバンド内緩和時間が量子薄膜中のそれよりも約1.5倍程度長いこと可能性を示唆した。
4) メタンと水素の混合ガスによるドライエッチング法を用いて、垂直極微構造形成を行い、多重極微共振器構造レーザに用いる高反射率端面の形成に成功すると共に、この方法により、100nm程度の幅を有する活性層完全分離構造DFBレーザの低電流動作、20nm程度の幅を有する多層量子細線レーザの低しきい値室温動作に成功した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kojima: "Anisotropic Polarization Properties of Photoluminescence from GaInAsP/InP Quantum-Wire Structures Fabricated by Two-Step Organometallic Vapor Phase Epitaxy Growth" Jpn.J.Appl.Phys.37・1A/B. L46-L49 (1998)
• [文献書誌] M.Tamura: "Estimation of Sidewall Nonradiative Recombinatio in GaInAsP/InP Wire Structures Fabricated by Low Energy Electron-Cyclotron-Resonance Reactive-Ion-Beam-Etching" Jpn.J.Appl.Phys.37・6A. 3576-3584 (1998)
• [文献書誌] T.Kojima: "GaInAsP/InP Compressively Strained Quantum-Wire Lasers Fabricated by Electron Beam Lithography and 2-Step Organometallic Vapor Phase Epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.37・9A. 4792-4800 (1998)
• [文献書誌] T.Kojima: "Gain Spectrum Measurement of GaInAsP/InP Compressively-Strained Quantum-Wire Lasers" Jpn.J.Appl.Phys.37・11B. L1386-L1389 (1998)
• [文献書誌] T.Kojima: "Size Fluctuation of 50nm Periodic GaInAsP/InP Wire Structure by Electron Beam Lithography and Wet Chemical Etching" Jpn.J.Appl.Phys.37・11A. 5961-5962 (1998)
• [文献書誌] M.Tamura: "Sidewall Recombination Velocity in GaInAsP/InP Quantum-Well Lasers with Wire-like Active Region Fabricated by Wet-Chemical Etching and Organo-Metallic Vapor-Phase-" Jpn.J.Appl.Phys.37・12A. 6569-6574 (1998)