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Arm-Stem 電流注入型 T 型 量子細線レーザーの発振特性

24aXL-12. Arm-Stem 電流注入型 T 型 量子細線レーザーの発振特性. 東大物性研、 CREST(JST) 、ルーセント・ベル研 A 岡野真人 、劉舒曼、井原章之、吉田正裕、秋山英文 Loren N. Pfeiffer A 、 Ken W. West A 、 Oana Malis A. 背景・目的 試料構造・プロセス アウトライン まとめ・展開. IV 、 IL の温度依存性 利得吸収スペクトル. 実験結果. 研究の背景 ・ 目的. 背景

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Arm-Stem 電流注入型 T 型 量子細線レーザーの発振特性

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Presentation Transcript

  1. 24aXL-12 Arm-Stem電流注入型T型量子細線レーザーの発振特性 東大物性研、CREST(JST)、ルーセント・ベル研A 岡野真人、劉舒曼、井原章之、吉田正裕、秋山英文 Loren N. Pfeiffer A、Ken W. West A 、Oana Malis A 背景・目的 試料構造・プロセス アウトライン まとめ・展開 IV、ILの温度依存性 利得吸収スペクトル 実験結果

  2. 研究の背景・目的 背景 Arm-Stem電流注入型T型量子細線では4.2Kにおけるマルチモード発振が、1994年にW.Wegscheiderらによって報告されている。(Ith = 0.4~0.6mA) 目的 均一性の高い一次元状態を実現可能なT型量子細線を用いて電流注入型T型量子細線レーザーを作製、測定し、量子細線レーザーの物理の解明を目指す。 ・W. Wegsheider et al. APL, 65 2510 (1994) ・M. Yoshita et al. JJAP part2, 40 L252 (2001)

  3. 前回及び今回の発表の要旨 前回の発表(’06 Mar. JPS) ・Arm-Stem電流注入型Ｔ型量子細線レーザーの作製した ・ノーコートの試料(as cleaved)で5Kにおいて0~2.0mAの電流で測定し 　たが発振はしなかった ・EL Image測定より0~2.0mAの範囲では活性領域へのキャリア注入が 　アンバランスであることがわかった 今回 ・前回と同じ構造の試料の共振器端面をHRコーティングした。 ・HRコートした試料で、5～120Kの温度領域で電流を0～7mA流して実 　験を行った ・5～110Kの範囲においてシングルモードでの発振を観測し、その発振 　特性を得た

  4. 電子はArm wellを、正孔はStem wellを通って、細線に注入される。 Arm-Stem電流注入型T型量子細線レーザー 試料構造

  5. 15K T=5K 30K 40K 50K 60K 70K 80K 90K 100K 110K 電流・電圧特性の温度依存性 温度上昇に比例して抵抗上昇　　Pドープ層の正孔の移動度減少に起因

  6. 導波路放出光 & IV,IL特性 at 100K T=100K x4x10-2 I=2.35mA x3x10-1 I=1.50mA I=0.25mA 発振閾値：2.1mA微分量子効率：0.9%

  7. 閾値電流・微分量子効率の温度依存性 微分量子効率 閾値電流 110Kが発振温度限界→ノンドープ試料とほぼ同じ

  8. 利得吸収スペクトルの導出 Cassidyの方法を用いて F-P振動から利得吸収 スペクトルを導出 ピーク値を電流に対してプロット

  9. 利得ピーク値変化の温度依存性

  10. 閾値電流の比較

  11. x x x x x x x x x exciton 内部量子効率の温度依存性 正孔と電子の共存する領域にexciton生成 excitonの拡散長は温度と共に上昇 ex. 30K =0.4um ,100K = 2um 高温ではwireで発光するexicitonが増大 H.Hillmer et al. PRB, 39 10901 (1984) cladding 1.5um cladding 1.5um

  12. x10 1/10 各構造間の比較 活性領域の構造は同じ→発光確率は等しい Arm-Stemの内部量子効率はArm-Armの1/10程度

  13. まとめと展開 まとめ 1．HRコーティングした電流注入型T型量子細線試料において 5K~110Kでシングルモード発振が観測された。 広い発振温度領域をもつ電流注入T型量子細線は世界初 2．注入効率の変化によって100Kがもっとも良いデバイス特性を 　 示した。 温度依存性は内部量子効率の変化に起因 3．内部量子効率は最も良い状態でもArm-Arm電流注入型の1/10程 　 度しかない 低閾値のためには構造の改善が必要 今後の展開 nドープ層とpドープ層を入れ替えた試料の測定を行い、内部量子効率の温度依存性を測定し、構造の改善を図る。

  14. Fin.

  15. 内部量子効率の温度依存性 ΔE=7meV Eth=0.4meV クラッドのbarrierが高く電子が細線に注入されにくい ΔE=7meV Eth=8meV 熱エネルギーによって電子が細線に注入されやすくなる cf.正孔の場合 ΔE=0.5meV程度で5KのEthとほぼ等しい

  16. プロセス方法 ここにプロセスの簡単な流れを書くかどうか検討中・・・ 書いておくと、次のIVについては理解しやすいが、あんまり物理学会っぽくない気もしてます。

  17. 電流・出力特性の温度依存性

  18. Cassidyの方法による利得スペクトルの導出 (Free Spectral Range)

  19. 温度上昇によって利得ピークの半値全幅が広がっていく温度上昇によって利得ピークの半値全幅が広がっていく ↓ 発振時の利得ピーク値は一致 ↓ 発振時のキャリア密度は温度が上昇するほど大きい ↓ 閾値以上に注入効率は上昇 利得・吸収スペクトルの温度依存性 温度上昇に従って利得ピークエネルギーがred-shift ↓ Band gapの縮小と一致 ↓ 利得の起源が同じ

  20. 拡散長の温度依存性 井戸厚=6nm T=100K D=18[cm2/s] life time=2.25[ns] 拡散長=2um 井戸厚=6nm T=30K D=2[cm2/s] life time=0.9[ns] 拡散長=0.4um

  21. 電流によるEL imageの変化 Ib = 10uA Vb=1.64V 主にコア層から発光 コア層の外側の構造からの発光が観測できる Ib =2.0mA Vb=4.19V 正孔が細線から溢れ出していることを示唆

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