JP2011044539A - Semiconductor laser and method for manufacturing the same, optical module, and optical transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ及びその製造方法、並びに、その半導体レーザを含む光モジュール及び光伝送システムに関し、特に、量子ドットを活性層に有する半導体レーザ及びその製造方法、並びに、その半導体レーザを含む光モジュール及び光伝送システムに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser and a manufacturing method thereof, and an optical module and an optical transmission system including the semiconductor laser, and more particularly, a semiconductor laser having a quantum dot in an active layer, a manufacturing method thereof, and an optical including the semiconductor laser. The present invention relates to a module and an optical transmission system.
光ファイバの分散による伝送信号劣化を低減するため、単一波長のレーザ光が出射される半導体レーザが求められている。このような半導体レーザとして、活性層で生成された光を、周期的な凹凸からなる回折格子でのブラッグ反射を利用して、動的単一モードを実現する分布帰還型半導体レーザ(以下、DFBレーザ)が知られている(例えば、特許文献1、2及び3)。 In order to reduce transmission signal degradation due to dispersion of an optical fiber, a semiconductor laser that emits laser light having a single wavelength is required. As such a semiconductor laser, a distributed feedback semiconductor laser (hereinafter referred to as DFB) that realizes a dynamic single mode by using light generated in an active layer and Bragg reflection at a diffraction grating having periodic unevenness. Laser) is known (for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
DFBレーザにおける回折格子は、光が伝搬される導波方向で周期的に屈折率が変化した構造を有している。このような構造の場合、端面反射率等の影響により、ストップバンド両側の波長でレーザ光が発振する可能性があり、シングルモード発振歩留まりが低下してしまう場合がある。 The diffraction grating in the DFB laser has a structure in which the refractive index periodically changes in the waveguide direction in which light propagates. In such a structure, the laser light may oscillate at wavelengths on both sides of the stop band due to the influence of the end face reflectance and the like, and the single mode oscillation yield may be reduced.
例えば、量子井戸構造を用いたDFBレーザの場合では、利得は導波方向に基本的に均一である。このため、シングルモード性は、回折格子による屈折率の周期的変化だけで実現されるため、端面反射率等の影響により、シングルモード発振歩留まりが低下してしまう場合がある。 For example, in the case of a DFB laser using a quantum well structure, the gain is basically uniform in the waveguide direction. For this reason, the single mode property is realized only by the periodic change of the refractive index by the diffraction grating, and therefore the single mode oscillation yield may be lowered due to the influence of the end face reflectivity and the like.
本発明は、高いシングルモード歩留まりを実現することが可能な半導体レーザ及びその製造方法並びにその半導体レーザを含む光モジュール及び光伝送システムを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser capable of realizing a high single mode yield, a manufacturing method thereof, an optical module including the semiconductor laser, and an optical transmission system.
本発明は、複数の量子ドットを有し、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層と、前記量子ドット活性層の上側又は下側に形成され、周期的な凹凸からなる回折格子を有する回折格子層と、前記量子ドット活性層と前記回折格子層とを上下方向から挟み込むように形成された第1導電型を有する下部クラッド層と前記第1導電型と反対の導電型の第2導電型を有する上部クラッド層と、を具備することを特徴とする半導体レーザである。本発明によれば、回折格子による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、を有する半導体レーザを得ることができ、高いシングルモード発振歩留まりを実現することができる。 The present invention includes a quantum dot active layer having a plurality of quantum dots, wherein the quantum dots are densely and sparsely periodically repeated, and above or below the quantum dot active layer. A diffraction grating layer having a diffraction grating formed of periodic unevenness, a lower cladding layer having a first conductivity type formed so as to sandwich the quantum dot active layer and the diffraction grating layer from above and below, and And an upper cladding layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type. According to the present invention, a semiconductor laser having a periodic change in refractive index and a periodic change in gain due to a diffraction grating can be obtained, and a high single mode oscillation yield can be realized.
上記構成において、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域との周期は、前記回折格子の凹凸の周期の自然数倍である構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。 The said structure WHEREIN: The period of the area | region where the density of the said quantum dot is dense can be set as the structure which is a natural number multiple of the period of the unevenness | corrugation of the said diffraction grating. According to this configuration, a high single mode yield can be obtained.
上記構成において、前記回折格子層は、前記量子ドット活性層の下側に形成されている構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said diffraction grating layer can be set as the structure currently formed under the said quantum dot active layer.
上記構成において、前記量子ドットの直下の層は、前記回折格子の周期的な凹凸に対応した凹凸を有している構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を容易に得ることができる。 The said structure WHEREIN: The layer immediately under the said quantum dot can be set as the structure which has the unevenness | corrugation corresponding to the periodic unevenness | corrugation of the said diffraction grating. According to this configuration, it is possible to easily obtain a quantum dot active layer in which a quantum dot density region and a sparse region are periodically repeated.
上記構成において、前記量子ドットの密度が密な領域は、前記回折格子の凹凸の凹部上方及び/又は凸部上方に形成されている構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。 The said structure WHEREIN: The area | region where the density of the said quantum dot is dense can be set as the structure currently formed above the recessed part and / or convex part of the unevenness | corrugation of the said diffraction grating. According to this configuration, a high single mode yield can be obtained.
上記構成において、前記量子ドットの密度が密な領域は、前記回折格子の凹凸の凹部と凸部との間の上方に形成されている構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。 The said structure WHEREIN: The area | region where the density of the said quantum dot is dense can be set as the structure currently formed between the recessed part and the convex part of the unevenness | corrugation of the said diffraction grating. According to this configuration, a high single mode yield can be obtained.
上記構成において、前記量子ドット活性層は、水平方向に設けられた前記複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆うように設けられたベース層とで構成されるドット層が複数積層されていて、複数積層された前記ドット層のうち少なくとも1層のドット層について、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返されている構成とすることができる。 In the above configuration, the quantum dot active layer includes a plurality of dot layers each including a plurality of quantum dots provided in a horizontal direction and a base layer provided so as to cover the plurality of quantum dots. The at least one dot layer among the plurality of dot layers stacked may be configured such that a dense region and a sparse region of the quantum dots are periodically repeated.
上記構成において、前記量子ドット活性層は、水平方向に設けられた前記複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆うように設けられたベース層とで構成されるドット層が複数積層されていて、複数積層された全ての前記ドット層について、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返されている構成とすることができる。この構成によれば、より高いシングルモード歩留まりを実現することができる。 In the above configuration, the quantum dot active layer includes a plurality of dot layers each including a plurality of quantum dots provided in a horizontal direction and a base layer provided so as to cover the plurality of quantum dots. For all the dot layers that are stacked, a region where the density of the quantum dots is dense and a region where the quantum dots are dense may be periodically repeated. According to this configuration, a higher single mode yield can be realized.
本発明は、第1導電型を有する下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層上に、周期的な凹凸からなる回折格子を有する回折格子層を形成する工程と、前記回折格子層上に、複数の量子ドットを有し、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を形成する工程と、前記量子ドット活性層上に、前記第1導電型と反対の導電型の第2導電型を有する上部クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法である。本発明によれば、回折格子による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、を有する半導体レーザを得ることができ、高いシングルモード歩留まりを実現することができる。 The present invention includes a step of forming a lower cladding layer having a first conductivity type, a step of forming a diffraction grating layer having a diffraction grating composed of periodic irregularities on the lower cladding layer, and A step of forming a quantum dot active layer having a plurality of quantum dots, wherein the quantum dots have a dense density and a sparse area periodically repeated, and on the quantum dot active layer, And a step of forming an upper cladding layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type. According to the present invention, a semiconductor laser having a periodic change in refractive index and a periodic change in gain due to a diffraction grating can be obtained, and a high single mode yield can be realized.
上記構成において、前記量子ドットの直下の層を、前記回折格子の凹凸に対応した凹凸を有する構造とする工程を有し、前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドット直下の層の凹凸を利用して、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を形成する構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を容易に形成することができる。 In the above-described configuration, the layer immediately below the quantum dots has a step having a structure corresponding to the unevenness of the diffraction grating, and the step of forming the quantum dot active layer includes the step of forming a layer directly below the quantum dots. By using the unevenness, it is possible to form a quantum dot active layer in which a dense region and a sparse region of the quantum dots are periodically repeated. According to this configuration, it is possible to easily form a quantum dot active layer in which a quantum dot density region and a sparse region are periodically repeated.
上記構成において、前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドットの密度が密な領域が前記回折格子の凹凸の凹部上方及び/又は凸部上方に形成されるように、前記量子ドット活性層を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。 In the above-described configuration, the step of forming the quantum dot active layer includes the step of forming the quantum dot active layer so that a dense region of the quantum dots is formed above the concave and / or convex portions of the diffraction grating. It can be set as the structure which is the process of forming a layer. According to this configuration, a high single mode yield can be obtained.
上記構成において、前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドットの密度が密な領域が前記回折格子の凹凸の凹部と凸部と間の上方に形成されるように、前記量子ドット活性層を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。 In the above configuration, the step of forming the quantum dot active layer includes the step of forming the quantum dot active layer so that a dense region of the quantum dots is formed between the concave and convex portions of the diffraction grating. It can be set as the structure which is the process of forming a layer. According to this configuration, a high single mode yield can be obtained.
本発明は、上記半導体レーザを含むことを特徴とする光モジュールである。本発明によれば、高いシングルモード歩留まりを実現できる光モジュールを得ることができる。 The present invention is an optical module including the semiconductor laser. According to the present invention, an optical module capable of realizing a high single mode yield can be obtained.
本発明は、上記半導体レーザを含むことを特徴とする光伝送システムである。本発明によれば、高いシングルモード歩留まりの実現が可能な光伝送システムを得ることができる。 The present invention is an optical transmission system including the semiconductor laser. According to the present invention, an optical transmission system capable of realizing a high single-mode yield can be obtained.
本発明によれば、回折格子による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、を有する半導体レーザを得ることができ、高いシングルモード歩留まりを実現することができる。 According to the present invention, a semiconductor laser having a periodic change in refractive index and a periodic change in gain due to a diffraction grating can be obtained, and a high single mode yield can be realized.
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、実施例1に係る量子ドットレーザ100の断面模式図である。図1(a)は、レーザ光の出射方向に水平方向の断面模式図であり、図1(b)は、レーザ光の出射方向に垂直方向の断面模式図である。図1(a)のように、量子ドットレーザ100は、n型GaAs基板10表面上に、n型Al0.4Ga0.6As層からなる下部クラッド層12、回折格子層14、量子ドット活性層16、p型AlGaAs層からなる上部クラッド層18、及びp型GaAs層からなるコンタクト層20が順次積層されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
回折格子層14は、n型GaAs層からなる第1の層26とn型Al0.2Ga0.8As層からなる第2の層28とを含む。なお、第2の層28は、InGaP層である場合でもよい。第1の層26はクラッド層としての機能を有し、第2の層28は光ガイド層としての機能を有する。第1の層26と第2の層28との間に、量子ドット活性層16で生成された光が伝搬する導波方向に、周期的な凹凸からなる屈折率変調型の回折格子30が形成されている。回折格子層14の上面(即ち、第2の層28の上面)には、回折格子30の周期的な凹凸に対応した凹凸32が形成されている。つまり、凹凸32も周期的に形成されている。
The
量子ドット活性層16は、2層のドット層34を含む。なお、図1では、ドット層34が2層積層されている場合について説明するが、2層の場合に限らず、複数層積層されている場合でもよい。図2は、ドット層34について詳しく説明するための断面模式図である。図2のように、ドット層34は、GaAsからなるベース層36内にInAsからなる複数の量子ドット38を有する。即ち、複数の量子ドット38は、基板10表面に水平な方向に設けられていて、ベース層36は複数の量子ドット38を覆うように設けられている。第1層目のドット層34(下側のドット層34)の量子ドット38が直接形成されている、量子ドット38直下のベース層36は、膜厚が薄いため、回折格子層14上面の凹凸32に対応した凹凸を有している。量子ドット38は、光の伝搬方向である導波方向に一様に形成されてなく、図1のように、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが、導波方向で周期的に繰り返されている。量子ドット38の密度が密な領域40は、例えば、回折格子30の周期的な凹凸の凹部上方に形成され、量子ドット38の密度が疎な領域42は、例えば、回折格子30の周期的な凹凸の凸部上方に形成されている。
The quantum dot
図1(b)のように、上部クラッド層18とコンタクト層20は孤立したリッジ部19を有する。つまり、量子ドットレーザ100は、リッジ構造を有している。コンタクト層20上面にはp電極22が形成され、n型GaAs基板10裏面にはn電極24が形成されている。
As shown in FIG. 1B, the
次に、図3(a)から図4(c)を用い、実施例1に係る量子ドットレーザ100の製造方法を説明する。図3(a)から図4(b)は、レーザ光の出射方向に平行方向の断面模式図であり、図4(c)は、レーザ光の出射方向に垂直方向の断面模式図である。図3(a)のように、n型GaAs基板10の表面上に、例えば、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法を用い、n型Al0.4Ga0.6As層からなる下部クラッド層12と、回折格子層14に含まれるn型GaAs層からなる第1の層26とを順次堆積する。続いて、第1の層26をエッチングして、周期的な凹凸からなる回折格子30を形成する。回折格子30の凹凸は、例えば50nmである。
Next, a method for manufacturing the
図3(b)のように、第1の層26の上面に、例えば、MBE法を用いて、n型GaAs層を薄く堆積した後、回折格子層14に含まれるn型Al0.2Ga0.8As層からなる第2の層28を堆積する。第2の層28は、表面平坦化の生じ難い低温の成長温度(例えば、500℃程度)で、例えば80nmの膜厚に成長させる。このように、第2の層28の堆積膜厚や堆積条件を調整して、第2の層28の上面に、回折格子30の周期的な凹凸に対応した凹凸32が形成されるように、第2の層28を堆積する。これにより、第1の層26と第2の層28とを含み、第1の層26と第2の層28との間に周期的な凹凸からなる屈折率変調型の回折格子30を有する回折格子層14が形成される。
As shown in FIG. 3B, after the n-type GaAs layer is thinly deposited on the upper surface of the
図3(c)のように、回折格子層14の上面に、例えば、MBE法を用いて、ドット層34を形成する。具体的には、まず、例えば、MBE法を用いて、ベース層36となるGaAs層を薄く堆積し、その後、InAsである量子ドット38を成長させる。回折格子層14上面に形成されたGaAs層は薄いため、回折格子層14上面の凹凸32に対応する凹凸を有する。そして、量子ドット38となるInAsを、通常よりも高い成長温度で成長させる。成長温度は、例えば、510℃以上550℃以下である場合が好ましい。より具体的には、例えば、通常の成長温度が500℃である場合は、540℃で量子ドット38を成長させることが好ましい。また、例えば、ドット層34の下層(AlGaAs層やGaAs層)の成長温度よりも高い成長温度でInAsからなる量子ドット38を成長させる場合が好ましい。高い成長温度で量子ドット38を成長させることで、回折格子層14の凹凸32の凸部上方に成長されるAsは高温の影響で飛び易く、吸着し難くなる。このため、凹凸32の凸部上方は量子ドット38の密度が疎な領域42となり、凹部上方は量子ドット38の密度が密な領域40となる。つまり、回折格子30の凹凸の凸部上方は量子ドット38の密度が疎な領域42となり、凹部上方は密な領域40となる。
As shown in FIG. 3C, the
次いで、例えば、MBE法により、量子ドット38を覆うように、ベース層36となるGaAs層を堆積する。これにより、ベース層36内に複数の量子ドット38を有する第1層目のドット層34が形成される。なお、ベース層36の堆積膜厚や堆積条件を調整して、第1層目のドット層34の上面に、回折格子層14の凹凸32に対応した凹凸が形成されるように、第1層目のドット層34を形成する場合が好ましい。
Next, a GaAs layer serving as the
図4(a)のように、上記に説明したドット層34の形成を、所望の回数、例えば更に1回行い、第2層目のドット層34を形成し、2層のドット層34を含む量子ドット活性層16を形成する。このとき、第1層目のドット層34の上面に凹凸が形成されていることで、第2層目のドット層34の量子ドット38を、高い成長温度で成長させると、凹凸の凸部上に量子ドット38の密度が疎な領域42を、凹部上には密な領域40を形成することができる。即ち、第2層目のドット層34も、第1層目のドット層34と同様に、回折格子30の凹凸の凹部上方は量子ドット38の密度が密な領域40となり、凸部上方は疎な領域42となる。
As shown in FIG. 4A, the
図4(b)及び図4(c)のように、量子ドット活性層16の上面に、例えば、MBE法を用いて、上部クラッド層18とコンタクト層20とを堆積する。次いで、上部クラッド層18とコンタクト層20とをエッチングして、孤立したリッジ部19を形成する。最後に、コンタクト層20上にp電極22を、基板10の下面にn電極24を形成する。これにより、図1に係る量子ドットレーザ100が完成する。
As shown in FIGS. 4B and 4C, the
以上説明したように、実施例1に係る量子ドットレーザ100によれば、図1のように、周期的な凹凸からなる回折格子30を有する回折格子層14が、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが周期的に繰り返された量子ドット活性層16の下側に形成されている。回折格子層14と量子ドット活性層16との上下方向(基板10の表面に垂直な方向)には、回折格子層14と量子ドット活性層16とを挟み込むように、下部クラッド層12と上部クラッド層18とが形成されている。回折格子30の周期的な凹凸は導波方向に形成され、量子ドット38の密度の密な領域40と疎な領域42との周期的な変化も導波方向に形成されている。
As described above, according to the
量子ドット38の密度が密な領域40は、疎な領域42に比べて利得が高くなる。つまり、実施例1に係る量子ドットレーザ100は、導波方向に利得の分布を有している。即ち、導波方向で周期的に変化した利得を得ることができる。したがって、実施例1に係る量子ドットレーザ100によれば、回折格子30による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、の両方により動的単一モードを実現することができ、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。例えば、広い温度範囲や、高変調で量子ドットレーザ100を動作させる場合においても、動的単一モード特性を実現でき、シングルモード歩留まりを向上させることができる。
The
図1のように、量子ドット38の密度が密な領域40は回折格子30の凹凸の凹部上方(つまり、回折格子層14上面の凹凸32上方)に形成され、疎な領域42は回折格子30の凹凸の凸部上方に形成されている場合が好ましい。つまり、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42との周期は、回折格子30の凹凸の周期と同じ周期(1倍周期)となる場合が好ましい。このように、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42との周期が、回折格子30の凹凸の周期の自然数倍となる場合は、回折格子30による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、の両方により動的単一モードを実現することができ、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
As shown in FIG. 1, the
したがって、例えば、図5のように、量子ドット38の密度が密な領域40を、回折格子30の凹凸の凹部と凸部との間の斜面上方(つまり、回折格子層14の凹凸32の凹部と凸部との間の斜面上方)に形成する場合でもよい。この場合は、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42との周期は、回折格子30の凹凸の周期の2倍周期となる。この場合でも、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
Therefore, for example, as shown in FIG. 5, the
図5のように、回折格子30の凹凸の凹部と凸部との間の斜面上方に、量子ドット38の密度が密な領域40を形成するには、量子ドット38となるInAsを、通常より高いAs圧で成長させる。As圧は、例えば、8×10−6Torr以上である場合が好ましい。より具体的には、例えば、通常のAs圧が5×10−6Torrである場合は、2倍程度のAs圧である1×10−5Torrで量子ドット38を成長させることが好ましい。量子ドット38は、図2のように、ベース層36上面に形成される。第1層目のドット層34の量子ドット38が直接形成されるベース層36は膜厚が薄いため、回折格子層14上面に形成された凹凸32に対応した凹凸を有している。つまり、量子ドット38直下のベース層36は、回折格子30の周期的な凹凸に対応した凹凸を有する構造をしている。凹凸間の斜面には、ステップ(段々形状)が形成されており、斜面の角度が急なほど、ステップはより小さくなる。As圧を高くして量子ドット38を成長させると、Asはベース層36の斜面のステップ部分に吸着され易くなるため、斜面の角度が急な部分は、量子ドット38の密度が密になる。したがって、回折格子30の凹凸の凹部と凸部との間の斜面上方に、量子ドット38の密度が密な領域40が形成される。また、凹凸間の斜面に垂直な方向におけるベース層36であるGaAsの面方位は、例えば、(411)面である。量子ドット38が形成され易いか、形成され難いかは面方位によっても変わるため、量子ドット38が形成され易いという観点から、凹凸間の斜面に垂直な方向におけるベース層36であるGaAsの好ましい面方位は、上記以外には、例えば、(511)面等である。
As shown in FIG. 5, in order to form the
また、例えば、図6のように、量子ドット38の密度が密な領域40を、回折格子30の凹凸の凸部上方(つまり、回折格子層14の凹凸32の凸部上方)に形成する場合でもよい。この場合は、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42との周期は、回折格子30の凹凸の周期と同じ(1倍周期)となる。この場合でも、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。さらに、例えば、量子ドット38の密度が密な領域40が、回折格子30の凹凸の凹部上方と凸部上方との両方にある場合や、凹部と凸部と凹凸部の間の斜面との全ての上方にある場合でも、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
Further, for example, as shown in FIG. 6, when the
実施例1に係る量子ドットレーザ100の製造方法によれば、図3(b)のように、下部クラッド層12上に周期的な凹凸からなる回折格子30を有する回折格子層14を形成する。そして、図3(c)及び図4(a)のように、回折格子層14上に、複数の量子ドット38を有し、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが周期的に繰り返された量子ドット活性層16を形成する。これにより、回折格子30による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、の両方を有する量子ドットレーザ100を得ることができる。つまり、高いシングルモード歩留まりを実現できる量子ドットレーザ100を得ることができる。
According to the manufacturing method of the
また、図3(b)のように、回折格子30の周期的な凹凸に対応した凹凸32が上面に形成されるように回折格子層14を形成する。そして、図3(c)のように、凹凸32に対応した凹凸を有する薄い膜厚のGaAs層を堆積した後、成長温度を高くしてInAsを成長させることで、凹凸32の凹部上方(つまり、回折格子30の凹凸の凹部上方)に量子ドット38の密度が密な領域40を形成する。このように、量子ドット38の直下の層(実施例1では、GaAs層からなるベース層36)を、回折格子30の周期的な凹凸に対応した凹凸を有する構造とし、量子ドット38直下の層の凹凸を利用して、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが周期的に繰り返された量子ドット活性層16を形成することが好ましい。これにより、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが、回折格子30の凹凸の周期と同じ周期で変化する構造を、製造工数の増加を伴うことなく、容易に形成することができる。
Further, as shown in FIG. 3B, the
量子ドット38直下の層が有する凹凸は、基板10表面の水平方向に対して最も大きくなる最大角度が4度以上である場合が好ましい。これにより、成長温度又はAs圧を高くして、InAsからなる量子ドット38を成長させることで、回折格子30の凹凸の凹部上方や凹部と凸部との間の斜面上方に、量子ドット38の密度が密な領域40を容易に形成することができる。
It is preferable that the unevenness of the layer immediately below the
図7は、実施例1の変形例に係る量子ドットレーザ110のレーザ光出射方向の水平方向における断面模式図である。図7のように、実施例1の変形例に係る量子ドットレーザ110は、回折格子層14が、量子ドット活性層16の上側に形成されていて、回折格子30の凹凸の周期と量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42との周期とは同じ周期(1倍周期)である。このように、回折格子層14が、量子ドット活性層16の上側に形成されている場合でも、回折格子30による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、の両方により動的単一モードを実現できるため、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in the horizontal direction of the laser beam emission direction of the
実施例1では、量子ドット38はInAsからなる場合を例に説明した。図3(c)や図5で説明したように、MBE法での成長温度やAs圧を高くして量子ドット38を成長することで、Asが特定の場所に吸着し難く又は吸着し易くなる性質を利用し、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが周期的に繰り返された構造を形成している。したがって、かかる観点から、量子ドット38は、InAsやInGaAsのように、Asを含む半導体層(例えば、Asを含むIII−V族化合物半導体層)である場合が好ましい。
In the first embodiment, the case where the
実施例1では、第1の層26がn型GaAs層で第2の層28がn型AlGaAs層である場合を例に示したが、第1の層26がn型AlGaAs層やInGaP層で、第2の層28がn型GaAs層である場合でもよい。即ち、第1の層26と第2の層28との間で屈折率に差が生じる場合であればよく、第1の層26の屈折率が第2の層28の屈折率より低い場合でも、高い場合でもよい。しかしながら、図3(a)及び図3(b)で説明したように、第1の層26をエッチングして回折格子30を形成した後、第2の層28を堆積するため、第1の層26がAlGaAs層である場合は、表面が酸化されてしまう場合がある。したがって、第1の層26がGaAs層で第2の層28がAlGaAs層である場合が、製造の観点から好ましい。
In the first embodiment, the
実施例1では、図1のように、量子ドット活性層16は、ドット層34が2層積層されていて、積層された2層のドット層34は共に、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが周期的に繰り返されている場合を説明した。このように、複数積層された全てのドット層34について、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが周期的に繰り返された構造の場合、より高いシングルモード発振歩留まりを実現することができる。複数積層された全てのドット層34について、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが周期的に繰り返すように形成するには、図4(a)で述べたように、下層のドット層34の上面に凹凸を形成する場合が好ましい。
In Example 1, as shown in FIG. 1, the quantum dot
また、複数積層されたドット層34のうち少なくとも1層のドット層34について、量子ドット38の密度が密な領域40と疎な領域42とが周期的に繰り返された構造をしていれば、シングルモード発振歩留まりを改善することができる。
Further, for at least one
実施例1では、第1導電型としてn型、第2導電型としてp型を例に説明したが、第1導電型がp型、第2導電型がn型である場合でもよい。 In the first embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.
実施例2は、実施例1に係る量子ドットレーザ100を備える光モジュールの例である。図8は、実施例2に係る光モジュール200のブロック図である。図8のように、光モジュール200は、実施例1に係る量子ドットレーザ100、筐体120、レンズ122を有している。筐体120には、量子ドットレーザ100、レンズ122、及びシングルモードファイバ124が固定されている。量子ドットレーザ100から出射されたレーザ光126は、レンズ122によりシングルモードファイバ124の先端に光結合されている。これにより、量子ドットレーザ100から出射されたレーザ光126は、シングルモードファイバ124に入射され、シングルモードファイバ124内を伝送する。
Example 2 is an example of an optical module including the
実施例2に係る光モジュール200によれば、実施例1に係る量子ドットレーザ100を用いているため、屈折率の周期的変化と利得の周期的変化との両方により動的単一モードを実現でき、高いシングルモード歩留まりを得ることが可能な光モジュールを得ることができる。
Since the
なお、実施例2に係る光モジュール200は、実施例1に係る量子ドットレーザ100を備えている場合を例に示したが、実施例1の変形例1に係る量子ドットレーザ110を備えている場合でもよい。この場合でも、高いシングルモード歩留まりを得ることが可能な光モジュールを得ることができる。
Note that the
実施例3は、実施例2に係る光モジュール200を備えた光伝送システムの例である。図9は、実施例3に係る光伝送システム300のブロック図である。図9のように、実施例3に係る光伝送システム300は、第1の装置210及び第2の装置220を有する。第1の装置210及び第2の装置220はそれぞれ、送信部として機能する実施例2に係る光モジュール200、受信部212及び222、並びに制御部214及び224を有する。光モジュール200は、制御部214及び224からの送信データ信号を光に変換してレーザ光を出射する。出射されたレーザ光はシングルモードファイバ230に入射される。受信部212及び222は、シングルモードファイバ230内を伝送してきたレーザ光を受光し、受信データ信号として制御部214及び224に出力する。これにより、第1の装置210と第2の装置220との間でデータ通信を行うことができる。
The third embodiment is an example of an optical transmission system including the
実施例3に係る光伝送システム300によれば、実施例2に係る光モジュール200を用いている(つまり、実施例1に係る量子ドットレーザ100を用いている)ことで、高いシングルモード歩留まりを実現することが可能な光伝送システムを得ることができる。
According to the
図9のように、第1の装置210と第2の装置220との間でシングルモードファイバ230を用いてデータ通信を行う光伝送システム300は、FTTH(Fiber To The Home)や光通信基幹網に用いられる場合が好ましい。また、シングルモードファイバ230を用いずに、第1の装置210と第2の装置220とが、空間に出射したレーザ光を受光することでデータ通信を行う場合でもよい。この場合、第1の装置210と第2の装置220とは、例えばパーソナルコンピュータとすることができ、また、第1の装置210及び第2の装置220の一方はパーソナルコンピュータとし、他方は携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器やプロジェクタとしてもよい。
As shown in FIG. 9, an
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.・ Change is possible.
10 基板
12 下部クラッド層
14 回折格子層
16 量子ドット活性層
18 上部クラッド層
19 リッジ部
20 コンタクト層
22 p電極
24 n電極
26 第1の層
28 第2の層
30 回折格子
32 凹凸
34 ドット層
36 ベース層
38 量子ドット
40 密な領域
42 疎な領域
100 量子ドットレーザ
110 量子ドットレーザ
120 筐体
122 レンズ
124 シングルモードファイバ
126 レーザ光
200 光モジュール
212 受信部
214 制御部
222 受信部
224 制御部
230 シングルモードファイバ
300 光伝送システム
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記量子ドット活性層の上側又は下側に形成され、周期的な凹凸からなる回折格子を有する回折格子層と、
前記量子ドット活性層と前記回折格子層とを上下方向から挟み込むように形成された第1導電型を有する下部クラッド層と前記第1導電型と反対の導電型の第2導電型を有する上部クラッド層と、
を具備することを特徴とする半導体レーザ。 A quantum dot active layer having a plurality of quantum dots, wherein the quantum dots have a dense region and a sparse region periodically repeated;
A diffraction grating layer formed on the upper or lower side of the quantum dot active layer and having a diffraction grating composed of periodic irregularities;
A lower cladding layer having a first conductivity type formed so as to sandwich the quantum dot active layer and the diffraction grating layer from above and below, and an upper cladding having a second conductivity type opposite to the first conductivity type Layers,
A semiconductor laser comprising:
前記下部クラッド層上に、周期的な凹凸からなる回折格子を有する回折格子層を形成する工程と、
前記回折格子層上に、複数の量子ドットを有し、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を形成する工程と、
前記量子ドット活性層上に、前記第1導電型と反対の導電型の第2導電型を有する上部クラッド層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。 Forming a lower cladding layer having a first conductivity type;
Forming a diffraction grating layer having a diffraction grating composed of periodic irregularities on the lower cladding layer;
Forming a quantum dot active layer having a plurality of quantum dots on the diffraction grating layer, the quantum dots having a dense density and a sparse area periodically repeated;
Forming an upper clad layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type on the quantum dot active layer;
A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising:
前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドット直下の層の凹凸を利用して、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を形成することを特徴とする請求項9記載の半導体レーザの製造方法。 The layer directly under the quantum dots has a step having a structure corresponding to the unevenness of the diffraction grating;
In the step of forming the quantum dot active layer, a quantum dot active layer in which a dense region and a sparse region of the quantum dot are periodically repeated is formed using the unevenness of the layer immediately below the quantum dot. 10. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 9, wherein the semiconductor laser is formed.
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Cited By (1)
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| US9755111B2 (en) | 2013-06-05 | 2017-09-05 | Nitto Optical Co., Ltd. | Active region containing nanodots (also referred to as “quantum dots”) in mother crystal formed of zinc blende-type (also referred to as “cubic crystal-type”) AlyInxGal-y-xN Crystal (y[[□]][≧] 0, x > 0) grown on Si substrate, and light emitting device using the same (LED and LD) |
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| JPH06112122A (en) * | 1992-08-10 | 1994-04-22 | Canon Inc | Two-dimensional quantum device structure |
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2010
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