JP2011192877A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信、光インターコネクション等に用いられる半導体レーザー装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device used for optical communication, optical interconnection, and the like.
現在、シリコンフォトニクスと呼ばれる、シリコン基板上光集積回路に関する研究が注目を集めている。
シリコン基板上に光デバイス、電子デバイスを集積することにより、従来にない超小型、高集積、高機能、低消費電力の光・電子集積回路の実現が可能となる。
シリコンフォトニクス技術に基づく光・電子集積回路は、光通信分野への応用は勿論のこと、光インターコネクション分野への応用も大いに期待されている。
近年、情報伝送の高速化に伴い、電気配線における伝送遅延、消費電力が深刻な問題となってきている。そこで、現在、シリコンフォトニクス技術を用いた高速、低消費電力な情報伝送の実現が望まれている。
Currently, research on optical integrated circuits on silicon substrates called silicon photonics is attracting attention.
By integrating an optical device and an electronic device on a silicon substrate, it is possible to realize an optical / electronic integrated circuit with an unprecedented size, high integration, high function, and low power consumption.
Optical and electronic integrated circuits based on silicon photonics technology are expected to be applied not only in the field of optical communications but also in the field of optical interconnection.
In recent years, with the increase in information transmission speed, transmission delay and power consumption in electrical wiring have become serious problems. Therefore, at present, realization of high-speed, low power consumption information transmission using silicon photonics technology is desired.
シリコン基板上光・電子集積回路の実現には、シリコン基板上光源の実現が重要である。シリコン基板上光源を実現するための有力な方法の一つとしては、シリコン基板上への化合物半導体光源のハイブリッド集積が挙げられる。
しかしながら、従来報告されているシリコン基板上化合物半導体レーザー装置（非特許文献１）には、以下の問題点が挙げられる。
In order to realize an optical / electronic integrated circuit on a silicon substrate, it is important to realize a light source on the silicon substrate. One effective method for realizing a light source on a silicon substrate is a hybrid integration of compound semiconductor light sources on the silicon substrate.
However, the conventionally reported compound semiconductor laser device on a silicon substrate (Non-Patent Document 1) has the following problems.
第一の問題点として、入出力特性（例えば、電流−光出力特性）の温度依存性が大きいことが挙げられる。シリコン基板上光・電子集積回路では、多数の光デバイス、電子デバイスが同一基板上に集積されているため、各デバイスからの発熱による温度変動が避けられない。よって、レーザー装置の入出力特性の温度依存性が大きい場合、温度変動に従って、光出力が変動するという問題が生じる。そのため、温度変動に対して、ほぼ一定の光出力で動作する、入出力特性の温度依存性が小さいレーザー装置の実現が望まれる。 The first problem is that the temperature dependency of input / output characteristics (for example, current-light output characteristics) is large. In an optical / electronic integrated circuit on a silicon substrate, since a large number of optical devices and electronic devices are integrated on the same substrate, temperature fluctuation due to heat generated from each device is inevitable. Therefore, when the temperature dependence of the input / output characteristics of the laser device is large, there arises a problem that the light output varies according to the temperature variation. Therefore, it is desired to realize a laser device that operates with a substantially constant light output with respect to temperature fluctuation and that has low temperature dependency of input / output characteristics.
第二の問題点として、出力波長の温度依存性が大きいことが挙げられる。出力波長の温度依存性が大きい場合、温度変動によって、出力波長が変動するという問題が生じる。シリコンフォトニクス技術では、高速化、低消費電力化の観点から、波長依存性の大きな光制御デバイス（例えば、光変調器）の使用が検討されている。この場合、レーザー装置の出力波長と光制御デバイスの動作波長を、精度良く一致させる必要があり、レーザー装置の出力波長の変動は、望ましくない。そのため、温度変動に対して、ほぼ一定の出力波長で動作する、出力波長の温度依存性が小さいレーザー装置の実現が望まれる。 The second problem is that the temperature dependence of the output wavelength is large. When the temperature dependence of the output wavelength is large, there arises a problem that the output wavelength varies due to temperature variation. In the silicon photonics technology, the use of a light control device (for example, an optical modulator) having a large wavelength dependence is being studied from the viewpoint of speeding up and reducing power consumption. In this case, it is necessary to match the output wavelength of the laser device and the operating wavelength of the light control device with high accuracy, and fluctuations in the output wavelength of the laser device are undesirable. For this reason, it is desired to realize a laser device that operates at a substantially constant output wavelength with respect to temperature fluctuation and has a small temperature dependency of the output wavelength.
第三の問題点として、出力波長を動的に微調整できないことが挙げられる。シリコンフォトニクス技術では、高速化、低消費電力化の観点から、波長依存性の大きな光制御デバイスの使用が検討されている。この場合、レーザー装置の出力波長と光制御デバイスの動作波長を、精度良く一致させる必要があり、レーザー装置の出力波長を動的に微調整できることが望ましい。そのため、出力波長の動的な微調整が可能なレーザー装置の実現が望まれる。 A third problem is that the output wavelength cannot be dynamically fine-tuned. In the silicon photonics technology, use of a light control device having a large wavelength dependence is being studied from the viewpoint of speeding up and lowering power consumption. In this case, it is necessary to match the output wavelength of the laser device and the operating wavelength of the light control device with high accuracy, and it is desirable that the output wavelength of the laser device can be dynamically finely adjusted. Therefore, it is desired to realize a laser device that can dynamically adjust the output wavelength.
ここで、レーザー装置の出力波長と光制御デバイスの動作波長にずれが生じる場合の具体例を以下に示す。
例えば、一般に、作製上生じる誤差によって、レーザー装置、光制御デバイスの動作波長は、設計値から僅かにずれる。実際に作製されたデバイスにおいては、作製精度に対応した、動作波長のずれが生じる。
また例えば、レーザー装置、光制御デバイスの動作波長の温度依存性が異なる場合、温度変動が生じると、動作波長にずれが生じる。
また例えば、レーザー装置、光制御デバイスの動作波長の温度依存性が全く同一であっても、両者の温度が一致しない場合には、動作波長にずれが生じる。ここで、シリコン基板上光・電子集積回路では、各デバイスからの発熱によって、温度分布が生じるため、各デバイスの温度は必ずしも一致しない。
Here, a specific example in the case where a deviation occurs between the output wavelength of the laser device and the operating wavelength of the light control device is shown below.
For example, in general, the operating wavelength of a laser apparatus or a light control device slightly deviates from a design value due to an error that occurs in manufacturing. In an actually manufactured device, a shift in operating wavelength corresponding to the manufacturing accuracy occurs.
Further, for example, when the temperature dependence of the operating wavelength of the laser apparatus and the light control device is different, the operating wavelength shifts when temperature fluctuation occurs.
Further, for example, even if the temperature dependence of the operating wavelengths of the laser apparatus and the light control device is exactly the same, if the temperatures of the two do not match, the operating wavelengths are shifted. Here, in the optical / electronic integrated circuit on the silicon substrate, the temperature of each device does not necessarily match because the temperature distribution is generated by the heat generated from each device.
このように、光・電子集積回路の特性劣化を引き起こす動作波長のずれは、複数の避け難い要因から生じているため、完全に取り除くことは困難である。よって、実用上、出力波長の動的な微調整が可能なレーザー装置の実現は、非常に重要である。
以上、シリコン基板上半導体レーザー装置としては、入出力特性の温度依存性が小さいこと、出力波長の温度依存性が小さいこと、出力波長の動的な微調整が可能であることが望まれている。
As described above, the shift in the operating wavelength that causes the deterioration of the characteristics of the optical / electronic integrated circuit is caused by a plurality of unavoidable factors, and thus it is difficult to completely remove it. Therefore, in practical use, it is very important to realize a laser device capable of dynamically fine-tuning the output wavelength.
As described above, as a semiconductor laser device on a silicon substrate, it is desired that the temperature dependency of the input / output characteristics is small, the temperature dependency of the output wavelength is small, and that the output wavelength can be dynamically finely adjusted. .
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、半導体レーザー装置に関して、入出力特性及び出力波長の温度依存性が小さく、出力波長の動的な微調整が可能な半導体レーザー装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and relates to a semiconductor laser device, in which the input / output characteristics and the temperature dependence of the output wavelength are small, and the semiconductor laser capable of dynamic fine adjustment of the output wavelength. It is an object to provide an apparatus.
上記課題は次のような手段により解決される。
（１）構成要素として、半導体レーザー装置の発光体として機能する量子ドットを有する化合物半導体と、該量子ドットへの電流注入のためのｐ型化合物半導体、ｎ型化合物半導体、ｐ型電極、ｎ型電極、及び各電極と接続された配線と、グレーティング構造を有するシリコン層と、該化合物半導体と該シリコン層との間に設けられた該半導体レーザー装置のクラッドとして機能する有機ポリマーと、該半導体レーザー装置の動的調整機構を構成するシリコン層、電気配線と、該シリコン層を支持する低屈折率絶縁性材料と、デバイス支持基板とを含むことを特徴とする半導体レーザー装置。
（２）上記半導体レーザー装置の動的調整機構が、シリコン層、該シリコン層中に配置されたｐ型シリコン、該シリコン層中に配置されたｎ型シリコン、ｐ型電極、ｎ型電極、及び各電極と接続された配線から構成されることを特徴とする（１）に記載の半導体レーザー装置。
（３）上記半導体レーザー装置の動的調整機構が、シリコン層、該シリコン層と接続されたヒーター配線から構成されることを特徴とする（１）又は（２）に記載の半導体レーザー装置。
（４）上記量子ドットが、ＩｎＡｓ量子ドットであることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
（５）上記量子ドットを有する化合物半導体が、ＧａＡｓ、又はＩｎＰであることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
（６）上記レーザー装置のクラッドとして機能する有機ポリマーが、ＢＣＢ樹脂であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
（７）上記グレーティング構造が、位相シフトを有するグレーティング構造であることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
（８）上記グレーティング構造が、反射鏡としての機能を含むことを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
（９）上記シリコン層が、結晶シリコン、ポリシリコン、又はアモルファスシリコンから形成されることを特徴とする（１）乃至（８）のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
（１０）上記シリコン層を支持する低屈折率絶縁性材料が、ＳｉＯ２、又は有機ポリマーであることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
（１１）上記デバイス支持基板が、シリコン基板、又は石英基板であることを特徴とする（１）乃至（１０）のいずれかに記載の半導体レーザー装置。
The above problem is solved by the following means.
(1) As a constituent element, a compound semiconductor having a quantum dot that functions as a light emitter of a semiconductor laser device, and a p-type compound semiconductor, an n-type compound semiconductor, a p-type electrode, and an n-type for current injection into the quantum dot An electrode, a wiring connected to each electrode, a silicon layer having a grating structure, an organic polymer functioning as a cladding of the semiconductor laser device provided between the compound semiconductor and the silicon layer, and the semiconductor laser A semiconductor laser device comprising: a silicon layer and an electrical wiring that constitute a dynamic adjustment mechanism of the device; a low refractive index insulating material that supports the silicon layer; and a device support substrate.
(2) The dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device includes a silicon layer, p-type silicon disposed in the silicon layer, n-type silicon disposed in the silicon layer, a p-type electrode, an n-type electrode, and (1) The semiconductor laser device according to (1), wherein the semiconductor laser device is constituted by wiring connected to each electrode.
(3) The semiconductor laser device according to (1) or (2), wherein the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device includes a silicon layer and a heater wiring connected to the silicon layer.
(4) The semiconductor laser device according to any one of (1) to (3), wherein the quantum dots are InAs quantum dots.
(5) The semiconductor laser device according to any one of (1) to (4), wherein the compound semiconductor having the quantum dots is GaAs or InP.
(6) The semiconductor laser device according to any one of (1) to (5), wherein the organic polymer that functions as a cladding of the laser device is a BCB resin.
(7) The semiconductor laser device according to any one of (1) to (6), wherein the grating structure is a grating structure having a phase shift.
(8) The semiconductor laser device according to any one of (1) to (7), wherein the grating structure includes a function as a reflecting mirror.
(9) The semiconductor laser device according to any one of (1) to (8), wherein the silicon layer is made of crystalline silicon, polysilicon, or amorphous silicon.
(10) The semiconductor laser device according to any one of (1) to (9), wherein the low refractive index insulating material that supports the silicon layer is SiO 2 or an organic polymer.
(11) The semiconductor laser device according to any one of (1) to (10), wherein the device support substrate is a silicon substrate or a quartz substrate.
本発明では、発光体として、量子ドットを用いている。ここで、量子ドットは、キャリア（電子、正孔）を３次元的に閉じ込めることができるため、温度上昇に伴う特性劣化を避けられるという特長がある。つまり、量子ドットの導入により、発光体の温度依存性を低減することが可能である。
また本発明では、化合物半導体は、有機ポリマーによるウエハ接合法を用いて、デバイス支持基板上に、ハイブリッド集積される。有機ポリマーによるウエハ接合法は、表面に凹凸を有する基板同士の接合が可能であるという特長がある。
In the present invention, quantum dots are used as the light emitter. Here, since the quantum dot can confine carriers (electrons and holes) in a three-dimensional manner, it has a feature that characteristic deterioration associated with a temperature rise can be avoided. That is, it is possible to reduce the temperature dependence of the light emitter by introducing quantum dots.
In the present invention, the compound semiconductor is hybrid-integrated on the device support substrate by using a wafer bonding method using an organic polymer. The wafer bonding method using an organic polymer has a feature that substrates having uneven surfaces can be bonded to each other.
本発明では、半導体レーザー装置の出力波長は、グレーティング構造に基づき決定される。ここで、温度変化が生じた場合、熱光学効果によって、屈折率変化が生じる。従って、グレーティングの動作波長にも変化が生じる。一般に、半導体レーザー装置の出力波長は、温度変化に伴って変化するという問題がある。
そこで、本発明では、半導体レーザー装置のクラッドとして、有機ポリマーを導入している。有機ポリマー（例えば、ＢＣＢ樹脂）は、化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ）、シリコン、ＳｉＯ２と、屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ、ｎは屈折率、Ｔは温度）の符号が異なるという特徴がある。温度が変化した場合、有機ポリマーと、化合物半導体、シリコン、ＳｉＯ２の屈折率は、それぞれ反対方向にシフトする。有機ポリマーと、化合物半導体、シリコン、ＳｉＯ２は、グレーティングの動作波長を、それぞれ反対方向にシフトさせようとするので、両者の効果は互いに打ち消し合いを生じる。つまり、有機ポリマーの導入により、グレーティングの動作波長の温度依存性を低減することが可能である。
In the present invention, the output wavelength of the semiconductor laser device is determined based on the grating structure. Here, when a temperature change occurs, a refractive index change occurs due to the thermo-optic effect. Therefore, a change also occurs in the operating wavelength of the grating. In general, there is a problem that the output wavelength of the semiconductor laser device changes with a temperature change.
Therefore, in the present invention, an organic polymer is introduced as the cladding of the semiconductor laser device. Organic polymers (for example, BCB resin) are different from compound semiconductors (for example, GaAs, InP), silicon, and SiO 2 in terms of refractive index temperature dependency (Δn / ΔT, where n is a refractive index and T is a temperature). There is a feature. When the temperature changes, the refractive indexes of the organic polymer, the compound semiconductor, silicon, and SiO 2 shift in opposite directions. Since the organic polymer, the compound semiconductor, silicon, and SiO 2 try to shift the operating wavelength of the grating in the opposite directions, the effects of the two cancel each other. In other words, the temperature dependency of the operating wavelength of the grating can be reduced by introducing an organic polymer.
本発明では、半導体レーザー装置の動的調整機構を構成するシリコン層、電気配線の導入を行っている。本発明では、例えば、ｐ型シリコン、ｎ型シリコン、ｐ型電極、ｎ型電極、及び各電極と接続された配線を導入すればよい。ここで、ｐ型シリコン、ｎ型シリコンは、グレーティング構造を有するシリコン層中に配置される。本構成要素は、シリコン層への電流注入、又は電界印加により、シリコン層におけるキャリア数を動的に制御する。ここで、キャリア数の変化は、屈折率の変化を引き起こすので、シリコン層の屈折率を動的に制御することが可能となる。そのため、グレーティングの動作波長を微調整することができる。 In the present invention, the silicon layer and the electrical wiring constituting the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device are introduced. In the present invention, for example, p-type silicon, n-type silicon, a p-type electrode, an n-type electrode, and a wiring connected to each electrode may be introduced. Here, p-type silicon and n-type silicon are arranged in a silicon layer having a grating structure. This component dynamically controls the number of carriers in the silicon layer by injecting current into the silicon layer or applying an electric field. Here, since the change in the number of carriers causes a change in the refractive index, the refractive index of the silicon layer can be dynamically controlled. Therefore, the operating wavelength of the grating can be finely adjusted.
さらに本発明では、半導体レーザー装置の動的調整機構として、シリコン層におけるキャリア数の動的制御ではなく、温度の動的制御を用いることもできる。例えば、上記構成要素を、温度の動的制御を実現するためのヒーターとして機能させればよい。温度の動的制御によって、グレーティングの動作波長の微調整が可能となる。
また本発明では、上記構成要素の代わりに、シリコン層、シリコン層と接続されたヒーター配線を用いて、温度の動的制御を実現してもよい。温度の動的制御によって、グレーティングの動作波長の微調整が可能となる。
Furthermore, in the present invention, as a dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device, dynamic control of temperature can be used instead of dynamic control of the number of carriers in the silicon layer. For example, what is necessary is just to function the said component as a heater for implement | achieving dynamic control of temperature. The dynamic control of temperature enables fine adjustment of the operating wavelength of the grating.
In the present invention, dynamic control of temperature may be realized by using a silicon layer and a heater wiring connected to the silicon layer instead of the above components. The dynamic control of temperature enables fine adjustment of the operating wavelength of the grating.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１、２に、本発明に係る半導体レーザー装置の一例を示す。
本半導体レーザー装置は、第一の構成要素として、発光体として機能する量子ドットを有する化合物半導体を含む。例えば、量子ドットとしては、ＩｎＡｓ量子ドットを用いればよい。例えば、化合物半導体としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰを用いる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
1 and 2 show an example of a semiconductor laser device according to the present invention.
The semiconductor laser device includes a compound semiconductor having quantum dots that function as light emitters as a first component. For example, an InAs quantum dot may be used as the quantum dot. For example, GaAs, AlGaAs, InP, or InGaAsP is used as the compound semiconductor.
本半導体レーザー装置は、第二の構成要素として、上記量子ドットへの電流注入のためのｐ型化合物半導体、ｎ型化合物半導体を含む。例えば、化合物半導体としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰを用いる。 This semiconductor laser device includes a p-type compound semiconductor and an n-type compound semiconductor for current injection into the quantum dots as a second component. For example, GaAs, AlGaAs, InP, or InGaAsP is used as the compound semiconductor.
本半導体レーザー装置は、第三の構成要素として、上記量子ドットへの電流注入のためのｐ型電極、ｎ型電極、及び各電極と接続された配線を含む。例えば、電極、配線としては、Ａｕ等の金属材料を用いる。 The semiconductor laser device includes, as a third component, a p-type electrode, an n-type electrode for injecting current into the quantum dot, and a wiring connected to each electrode. For example, a metal material such as Au is used for the electrodes and wiring.
本半導体レーザー装置は、第四の構成要素として、有機ポリマーを含む。本構成要素は、第一に、半導体レーザー装置のクラッドとして、光学的に機能する。第二に、半導体レーザー装置の絶縁体として、電気的に機能する。第三に、半導体レーザー装置の作製において、ウエハ接合用接着材料として、機械的に機能する。例えば、有機ポリマーとしては、ＢＣＢ樹脂を用いる。 The semiconductor laser device includes an organic polymer as a fourth component. First, this component functions optically as a cladding of a semiconductor laser device. Second, it functions electrically as an insulator of a semiconductor laser device. Third, it functions mechanically as an adhesive material for wafer bonding in the production of a semiconductor laser device. For example, BCB resin is used as the organic polymer.
本半導体レーザー装置は、第五の構成要素として、グレーティング構造を有するシリコン層を含む。例えば、グレーティング構造としては、単一モード動作に適した位相シフトを有するグレーティング構造を用いる。
ここで、上記四の構成要素である有機ポリマーは、上記一〜三の構成要素である化合物半導体と、上記五の構成要素であるシリコン層の間に配置される。
The semiconductor laser device includes a silicon layer having a grating structure as a fifth component. For example, a grating structure having a phase shift suitable for single mode operation is used as the grating structure.
Here, the organic polymer that is the fourth constituent element is disposed between the compound semiconductor that is the first to third constituent elements and the silicon layer that is the fifth constituent element.
本半導体レーザー装置は、第六の構成要素として、上記シリコン層の下部に配置され、上記シリコン層を支持する低屈折率絶縁性材料を含む。本構成要素は、第一に、半導体レーザー装置のクラッドとして、光学的に機能する。第二に、半導体レーザー装置の絶縁体として、電気的に機能する。例えば、低屈折率絶縁性材料としては、ＳｉＯ２を用いる。 This semiconductor laser device includes, as a sixth component, a low refractive index insulating material that is disposed below the silicon layer and supports the silicon layer. First, this component functions optically as a cladding of a semiconductor laser device. Second, it functions electrically as an insulator of a semiconductor laser device. For example, SiO 2 is used as the low refractive index insulating material.
本半導体レーザー装置は、第七の構成要素として、ｐ型シリコン、ｎ型シリコンを含む。本構成要素は、上記五の構成要素であるシリコン層中に配置される。
また本半導体レーザー装置は、第八の構成要素として、上記シリコン層への電流注入、又は電界印加のためのｐ型電極、ｎ型電極、及び各電極と接続された配線を含む。例えば、電極、配線としては、Ａｌ、Ｃｕ等の金属材料を用いる。
さらに本半導体レーザー装置は、第九の構成要素として、デバイス支持基板を含む。例えば、デバイス支持基板としては、シリコン基板を用いる。
The semiconductor laser device includes p-type silicon and n-type silicon as the seventh component. This component is arranged in the silicon layer which is the fifth component.
In addition, the semiconductor laser device includes, as an eighth component, a p-type electrode, an n-type electrode for injecting current into the silicon layer or applying an electric field, and wiring connected to each electrode. For example, metal materials such as Al and Cu are used for the electrodes and wiring.
Furthermore, this semiconductor laser device includes a device support substrate as a ninth component. For example, a silicon substrate is used as the device support substrate.
上記一〜三の構成要素により、電流注入型量子ドット光源が形成される。
量子ドットは、キャリア（電子、正孔）を３次元的に閉じ込めることができるため、温度変動の影響を受けにくいという特長がある。よって、上記一〜三の構成要素は、特に、入出力特性の温度依存性が小さい半導体レーザー装置の実現に寄与する。
A current injection type quantum dot light source is formed by the one to three components.
Quantum dots have the feature that they are less susceptible to temperature fluctuations because they can confine carriers (electrons and holes) three-dimensionally. Therefore, the above-mentioned first to third components contribute particularly to the realization of a semiconductor laser device having low temperature dependence of input / output characteristics.
ここで、量子ドットは、キャリアを３次元的に閉じ込めるため、一般に、狭い均一幅を有する。例えば、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子ドットでは、室温における均一幅は、１０ｍｅＶ程度である。よって、不均一広がりの無い量子ドット集合体を考えた場合、光学利得スペクトルは急峻であり、光学利得の波長依存性は大きい。この場合、温度変動等によって、半導体レーザー装置の出力波長と光学利得のピーク波長にずれが生じた場合、光出力に大きな変動が生じることになる。 Here, the quantum dots generally have a narrow uniform width in order to confine carriers in a three-dimensional manner. For example, in InAs / GaAs quantum dots, the uniform width at room temperature is about 10 meV. Therefore, when considering a quantum dot aggregate without non-uniform spread, the optical gain spectrum is steep and the wavelength dependence of the optical gain is large. In this case, when a deviation occurs between the output wavelength of the semiconductor laser device and the peak wavelength of the optical gain due to temperature fluctuation or the like, a large fluctuation occurs in the optical output.
しかしながら、不均一広がりを有する量子ドット集合体を用いれば、この問題を避けることが可能である。例えば、量子ドットサイズが不均一な量子ドット集合体を用いた場合、各量子ドットの光学利得のピーク波長にばらつきが生じるため、量子ドット集合体としての光学利得の波長依存性は小さくなる。さらに、量子ドットサイズの不均一性を制御し、量子ドット集合体の光学利得スペクトルをフラットトップに近づけることも、原理上可能である。この場合、量子ドット集合体の光学利得の波長依存性は、零に近づく。
例えば、量子ドットサイズの不均一性を制御する方法としては、１つの量子ドット層内で量子ドットサイズに不均一性を導入する方法、又は異なる量子ドット層毎に量子ドットサイズに不均一性を導入する方法が挙げられる。
本発明では、量子ドットとして、光学利得の波長依存性が小さい、不均一広がりを有する量子ドット集合体を用いる。
また本発明では、第一の構成要素である量子ドットを有する化合物半導体に、温度依存性向上のための、ｐ型ドーピングを実施してもよい。
However, this problem can be avoided by using a quantum dot assembly having non-uniform spread. For example, when a quantum dot aggregate with non-uniform quantum dot sizes is used, the peak wavelength of the optical gain of each quantum dot varies, so the wavelength dependence of the optical gain as the quantum dot aggregate is reduced. Furthermore, in principle, it is possible to control the non-uniformity of the quantum dot size and bring the optical gain spectrum of the quantum dot aggregate closer to a flat top. In this case, the wavelength dependence of the optical gain of the quantum dot aggregate approaches zero.
For example, as a method of controlling the non-uniformity of the quantum dot size, a method of introducing non-uniformity into the quantum dot size within one quantum dot layer, or non-uniformity in the quantum dot size for each different quantum dot layer. The method to introduce is mentioned.
In the present invention, a quantum dot assembly having a non-uniform spread with a small optical gain wavelength dependency is used as the quantum dot.
Moreover, in this invention, you may implement p-type doping for the temperature dependence improvement to the compound semiconductor which has the quantum dot which is the 1st component.
上記一〜六の構成要素により、グレーティング構造を有する電流注入型量子ドット半導体レーザー装置が形成される。
本発明では、半導体レーザー装置の出力波長は、グレーティング構造に基づき決定される。
ここで、温度変化が生じた場合、熱光学効果によって、屈折率変化が生じる。従って、グレーティングの動作波長にも変化が生じる。一般に、半導体レーザー装置の出力波長は、温度変化に伴って変化するという問題がある。
A current injection type quantum dot semiconductor laser device having a grating structure is formed by the above-described components 1 to 6.
In the present invention, the output wavelength of the semiconductor laser device is determined based on the grating structure.
Here, when a temperature change occurs, a refractive index change occurs due to the thermo-optic effect. Therefore, a change also occurs in the operating wavelength of the grating. In general, there is a problem that the output wavelength of the semiconductor laser device changes with a temperature change.
本発明では、上記四の構成要素として、有機ポリマーを含む。有機ポリマー（例えば、ＢＣＢ樹脂）は、化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ）、シリコン、ＳｉＯ２と、屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ、ｎは屈折率、Ｔは温度）の符号が異なるという特徴がある。温度が変化した場合、有機ポリマーと、化合物半導体、シリコン、ＳｉＯ２の屈折率は、それぞれ反対方向にシフトする。有機ポリマーと、化合物半導体、シリコン、ＳｉＯ２は、グレーティングの動作波長を、それぞれ反対方向にシフトさせようとするので、両者の効果は互いに打ち消し合いを生じる。つまり、有機ポリマーの導入により、グレーティングの動作波長の温度依存性を低減することが可能である。よって、上記一〜六の構成要素は、等に、出力波長の温度依存性が小さい半導体レーザー装置の実現に寄与する。 In the present invention, an organic polymer is included as the above four constituent elements. Organic polymers (for example, BCB resin) are different from compound semiconductors (for example, GaAs, InP), silicon, and SiO 2 in terms of refractive index temperature dependency (Δn / ΔT, where n is a refractive index and T is a temperature). There is a feature. When the temperature changes, the refractive indexes of the organic polymer, the compound semiconductor, silicon, and SiO 2 shift in opposite directions. Since the organic polymer, the compound semiconductor, silicon, and SiO 2 try to shift the operating wavelength of the grating in the opposite directions, the effects of the two cancel each other. In other words, the temperature dependency of the operating wavelength of the grating can be reduced by introducing an organic polymer. Therefore, the above-described components 1 to 6 contribute to the realization of a semiconductor laser device in which the temperature dependence of the output wavelength is small.
上記四〜八の構成要素により、半導体レーザー装置の動的調整機構が形成される。
上記四〜八の構成要素により、グレーティング構造を有するシリコン層への電流注入、又は電界印加が可能となる。つまり、シリコン層におけるキャリア数を動的に制御することが可能である。ここで、キャリア数の変化は、屈折率の変化を引き起こすので、シリコン層の屈折率を動的に制御することが可能となる。よって、グレーティングの動作波長を微調整することができる。上記四〜八の構成要素は、特に、出力波長の動的な微調整が可能な半導体レーザー装置の実現に寄与する。
A dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device is formed by the above four to eight components.
With the above four to eight components, current injection or electric field application to the silicon layer having a grating structure is possible. That is, the number of carriers in the silicon layer can be dynamically controlled. Here, since the change in the number of carriers causes a change in the refractive index, the refractive index of the silicon layer can be dynamically controlled. Therefore, the operating wavelength of the grating can be finely adjusted. The above four to eight constituent elements contribute particularly to the realization of a semiconductor laser device capable of dynamic fine adjustment of the output wavelength.
ここで、上記一〜三の構成要素である化合物半導体と、上記五の構成要素であるシリコン層の間に、絶縁体として機能する有機ポリマーが導入されていることは、重要である。例えば、化合物半導体、シリコン層が直接接合している場合には、化合物半導体、シリコン層間に電流が流れる等の問題が発生する。化合物半導体、シリコン層の間に、絶縁体を導入することで、量子ドットへ電流注入を行うための配線、シリコン層の屈折率制御を行うための配線を、互いに独立とすることが可能となる。 Here, it is important that an organic polymer functioning as an insulator is introduced between the compound semiconductor as the first to third components and the silicon layer as the fifth component. For example, when a compound semiconductor and a silicon layer are directly bonded, problems such as current flowing between the compound semiconductor and the silicon layer occur. By introducing an insulator between the compound semiconductor and the silicon layer, the wiring for injecting current into the quantum dots and the wiring for controlling the refractive index of the silicon layer can be made independent of each other. .
以上、本発明により、シリコン基板上半導体レーザー装置に関して、入出力特性の温度依存性及び出力波長の温度依存性が小さく、出力波長の動的な微調整が可能な、半導体レーザー装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, there is provided a semiconductor laser device in which the temperature dependency of the input / output characteristics and the temperature dependency of the output wavelength are small, and the output wavelength can be dynamically fine-tuned, with respect to the semiconductor laser device on the silicon substrate. Is possible.
上記一例では、上記一〜三の構成要素である化合物半導体の光導波路構造として、側壁をＳｉＯ２で保護したリッジ型光導波路構造を例示したが、本発明では、その他の光導波路構造を用いてもよい。例えば、再成長技術に基づく埋め込み型光導波路構造の利用が挙げられる。 In one example above, as the optical waveguide structure of the compound semiconductor is a component of the one to three, it has been illustrated a ridge type optical waveguide structure protected with SiO 2 sidewalls, in the present invention, by using the other optical waveguide structure Also good. For example, use of an embedded optical waveguide structure based on a regrowth technique can be mentioned.
また上記一例では、上記二の構成要素であるｐ型化合物半導体、ｎ型化合物半導体に関して、ｐ型化合物半導体を上部、ｎ型化合物半導体を下部に配置したが、本発明では、これらの位置関係は逆でもよい。 In the above example, regarding the p-type compound semiconductor and the n-type compound semiconductor, which are the two constituent elements, the p-type compound semiconductor is disposed on the upper side and the n-type compound semiconductor is disposed on the lower side. The reverse is also possible.
また上記一例では、上記三の構成要素である電極及び配線を、化合物半導体上部に配置したが、本発明では、電極及び配線を化合物半導体下部に配置してもよい。例えば、予め、化合物半導体基板表面にｎ型電極及び配線を形成した後、有機ポリマーを用いたウエハ接合工程を実施すれば、図３に示すようなｎ型電極及び配線を実現することができる。 In the above example, the electrodes and wirings that are the three constituent elements are arranged above the compound semiconductor. However, in the present invention, the electrodes and wirings may be arranged below the compound semiconductor. For example, if an n-type electrode and wiring are formed on the surface of the compound semiconductor substrate in advance and then a wafer bonding process using an organic polymer is performed, the n-type electrode and wiring as shown in FIG. 3 can be realized.
本発明では、有機ポリマーを用いたウエハ接合工程を採用しているので、表面に凹凸を有する基板同士の接合が可能である。 In the present invention, since a wafer bonding process using an organic polymer is employed, it is possible to bond substrates having irregularities on their surfaces.
また上記一例では、上記一〜三の構成要素である化合物半導体と、上記五の構成要素であるシリコン層の間に、上記四の構成要素である有機ポリマーを配置するとした。本発明では、化合物半導体とシリコン層の間に、有機ポリマー以外の材料を配置してもよい。例えば、図１、３に示すような電極及び配線の導入、図４に示すような有機ポリマー上下面へのＳｉＯ２膜の導入が挙げられる。ここで、有機ポリマー（例えば、ＢＣＢ樹脂）上下面に、ＳｉＯ２膜を配置することで、デバイスの信頼性が向上することが報告されている。 In the above example, the organic polymer that is the fourth constituent element is disposed between the compound semiconductor that is the first to third constituent elements and the silicon layer that is the fifth constituent element. In the present invention, a material other than the organic polymer may be disposed between the compound semiconductor and the silicon layer. For example, introduction of electrodes and wiring as shown in FIGS. 1 and 3 and introduction of SiO 2 films on the upper and lower surfaces of the organic polymer as shown in FIG. 4 can be mentioned. Here, it has been reported that the reliability of the device is improved by disposing SiO 2 films on the upper and lower surfaces of the organic polymer (for example, BCB resin).
また上記一例の図２では、上記五の構成要素であるグレーティング構造を有するシリコン層として、細線型のグレーティング構造を有するシリコン層を例示したが、本発明では、その他のグレーティング構造を用いてもよい。例えば、リブ型のグレーティング構造（図５）の利用が挙げられる。 Further, in FIG. 2 of the above example, the silicon layer having the fine line type grating structure is illustrated as the silicon layer having the grating structure which is the fifth component. However, in the present invention, other grating structures may be used. . For example, use of a rib type grating structure (FIG. 5) can be mentioned.
本発明では、グレーティング構造は、全領域に渡って一様でなくてもよく、付加的な構造変調を施してもよい。例えば、代表的な構造変調としては、位相シフトが挙げられる。
本発明では、グレーティング構造を反射鏡として用いることも可能である（図６）。
また本発明では、シリコン層として、結晶シリコンではなく、ポリシリコン、アモルファスシリコンを用いてもよい。
In the present invention, the grating structure may not be uniform over the entire region, and additional structural modulation may be applied. For example, typical structural modulation includes phase shift.
In the present invention, the grating structure can be used as a reflecting mirror (FIG. 6).
In the present invention, polysilicon or amorphous silicon may be used as the silicon layer instead of crystalline silicon.
上記一例では、上記四の構成要素を、ウエハ接合用接着材料として用いるとしたが、本発明では、上記六の構成要素を、ウエハ接合用接着材料として用いてもよい。
例えば、第六の構成要素である低屈折率絶縁性材料として、有機ポリマー（例えば、ＢＣＢ樹脂）を用いればよい。
例えば、予め、化合物半導体基板上に、上記四の構成要素となる有機ポリマー、上記五の構成要素となるシリコン層、上記七の構成要素となるｐ型シリコン、ｎ型シリコン、上記八の構成要素となる電極及び配線を形成した後、第六の構成要素となる有機ポリマーを用いたウエハ接合工程を実施すれば、図７、８に示すような半導体レーザー装置を実現することができる。但し、図７、８においては、上記四の構成要素となる有機ポリマー上に、シリコン層（ポリシリコン、又はアモルファスシリコン）の下地に適したＳｉＯ２膜を導入している。
In the above example, the four constituent elements are used as the wafer bonding adhesive material. However, in the present invention, the six constituent elements may be used as the wafer bonding adhesive material.
For example, an organic polymer (for example, BCB resin) may be used as the low refractive index insulating material that is the sixth component.
For example, on the compound semiconductor substrate in advance, the organic polymer as the above four constituent elements, the silicon layer as the above five constituent elements, the p-type silicon as the above seven constituent elements, the n-type silicon, and the above eight constituent elements 7 and 8 can be realized by performing a wafer bonding process using an organic polymer as a sixth component after forming the electrodes and wirings to be formed. However, in FIGS. 7 and 8, a SiO 2 film suitable for the base of a silicon layer (polysilicon or amorphous silicon) is introduced on the organic polymer which is the above-described four constituent elements.
また上記一例では、上記七の構成要素であるｐ型シリコン、ｎ型シリコン間にノンドープ領域が存在する場合を例示したが、本発明では、その他のｐ型シリコン、ｎ型シリコンの形成方法を用いてもよい。例えば、ｐ型シリコン、ｎ型シリコン間にノンドープ領域が存在しない場合が挙げられる（図９）。
一般に、図１に示すようなｐｉｎ接合は、電流注入に基づく屈折率制御法に、図９に示すようなｐｎ接合は、逆バイアス印加による空乏層形成に基づく屈折率制御法に、それぞれ適した構造である。
In the above example, the case where a non-doped region exists between the p-type silicon and the n-type silicon, which are the seven constituent elements, is exemplified. However, in the present invention, other methods for forming p-type silicon and n-type silicon are used. May be. For example, there is a case where a non-doped region does not exist between p-type silicon and n-type silicon (FIG. 9).
In general, the pin junction as shown in FIG. 1 is suitable for a refractive index control method based on current injection, and the pn junction as shown in FIG. 9 is suitable for a refractive index control method based on depletion layer formation by applying a reverse bias. It is a structure.
また上記一例では、半導体レーザー装置の動的調整機構として、シリコン層におけるキャリア数の動的制御を用いるとしたが、本発明では、温度の動的制御を用いてもよい。
この場合、上記四〜八の構成要素は、温度の動的制御を実現するためのヒーターとして機能する。上記四〜八の構成要素による温度の動的制御によって、半導体レーザー装置の動的調整が可能となる。
In the above example, the dynamic control of the number of carriers in the silicon layer is used as the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device. However, in the present invention, dynamic control of the temperature may be used.
In this case, the above four to eight components function as heaters for realizing dynamic temperature control. The dynamic adjustment of the temperature by the above four to eight components enables dynamic adjustment of the semiconductor laser device.
ここで、上記四の構成要素である有機ポリマー、上記六の構成要素である低屈折率絶縁性材料は、共に絶縁体であるため、熱伝導率が低い。両者はヒーターに対する断熱材として機能する。そのため、シリコン層近傍を、局所的に温度上昇させることが可能となる。よって、量子ドットの温度上昇を抑えながら、有機ポリマー、シリコン層、低屈折率絶縁性材料の温度上昇を効果的に実施することが可能となる。温度の動的制御の際に、発光体である量子ドットの温度上昇を抑えることは、光出力の安定性の観点から、重要と言える。
この動的制御機構は、特に、グレーティングの動作波長の制御に適している。従って、上記四〜八の構成要素のヒーターとしての動作は、特に、出力波長の動的な微調整が可能な半導体レーザー装置の実現に寄与する。
Here, since the organic polymer that is the fourth constituent element and the low refractive index insulating material that is the sixth constituent element are both insulators, the thermal conductivity is low. Both function as insulation for the heater. As a result, the temperature in the vicinity of the silicon layer can be locally increased. Therefore, it is possible to effectively increase the temperature of the organic polymer, the silicon layer, and the low refractive index insulating material while suppressing the temperature increase of the quantum dots. It can be said that it is important from the viewpoint of the stability of the light output to suppress the temperature rise of the quantum dots, which are light emitters, during the dynamic control of the temperature.
This dynamic control mechanism is particularly suitable for controlling the operating wavelength of the grating. Therefore, the operation of the four to eight constituent elements as a heater contributes particularly to the realization of a semiconductor laser device capable of dynamic fine adjustment of the output wavelength.
また上記一例では、上記七の構成要素であるｐ型シリコン、ｎ型シリコンを用いるとしたが、本発明では、上記八の構成要素を、ヒーターを実現するための配線に置き換えることで、上記七の構成要素を省略することが可能である（図１０）。ヒーターによる温度の動的制御により、出力波長の動的な微調整が可能な半導体レーザー装置の実現が可能となる。 In the above example, p-type silicon and n-type silicon, which are the seven constituent elements, are used. However, in the present invention, the eight constituent elements are replaced with wirings for realizing a heater. These components can be omitted (FIG. 10). The dynamic control of the temperature by the heater makes it possible to realize a semiconductor laser device capable of dynamically fine-tuning the output wavelength.
半導体レーザー装置の動的調整機構として、温度の動的制御を用いる場合、シリコン層のサイズを小さくする（図１０）等の工夫を施すことで、動的制御に要する消費電力を低減することが可能である。
本発明では、半導体レーザー装置の動的調整機構として、キャリア数の動的制御、温度の動的制御を併用してもよい。異なる動作原理に基づく制御技術の併用により、自由度の高い動的調整が実現可能となる。
When dynamic control of temperature is used as a dynamic adjustment mechanism of a semiconductor laser device, power consumption required for dynamic control can be reduced by devising such as reducing the size of the silicon layer (FIG. 10). Is possible.
In the present invention, as the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device, dynamic control of the number of carriers and dynamic control of the temperature may be used in combination. Dynamic adjustment with a high degree of freedom can be realized by using a combination of control techniques based on different operating principles.
また上記一例では、上記九の構成要素であるデバイス支持基板として、シリコン基板を用いるとしたが、本発明では、その他の基板を用いてもよい。本発明は、主として、シリコン基板上光源の実現に関するが、その他の基板上光源の実現も可能である。例えば、デバイス支持基板としては、石英基板が挙げられる。 In the above example, a silicon substrate is used as the device support substrate which is the ninth component, but other substrates may be used in the present invention. Although the present invention mainly relates to the realization of a light source on a silicon substrate, other light sources on a substrate can also be realized. For example, a quartz substrate is mentioned as a device support substrate.
次に、本発明に係る半導体レーザー装置の作製方法の一例を説明する。
第一に、量子ドットを有する化合物半導体基板と、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意する（図１１）。
ＳＯＩ基板上のシリコン層にｐ型領域、ｎ型領域を形成する。シリコン層にグレーティング構造を形成する。ＳＯＩ基板上にｐ型電極、ｎ型電極、及び各電極と接続された配線を形成する（図１２）。
化合物半導体基板とＳＯＩ基板を、ＢＣＢ樹脂を用いて接合する。化合物半導体基板の不要となる部材を除去する（図１３）。
化合物半導体上に光導波路構造を形成する。ｐ型電極、ｎ型電極、及び各電極と接続された配線を形成する（図１）。
以上の作製工程を用いることで、図１に示すような本発明に係る半導体レーザー装置を実際に作製することができる。
但し、本発明では、上記以外のその他の作製工程を用いてもよい。例えば、予め、化合物半導体基板上に、再成長技術を用いて埋め込み型光導波路構造を形成しておく等が挙げられる。
Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention will be described.
First, a compound semiconductor substrate having quantum dots and an SOI (Silicon on Insulator) substrate are prepared (FIG. 11).
A p-type region and an n-type region are formed in the silicon layer on the SOI substrate. A grating structure is formed in the silicon layer. A p-type electrode, an n-type electrode, and a wiring connected to each electrode are formed on the SOI substrate (FIG. 12).
The compound semiconductor substrate and the SOI substrate are bonded using BCB resin. An unnecessary member of the compound semiconductor substrate is removed (FIG. 13).
An optical waveguide structure is formed on the compound semiconductor. A p-type electrode, an n-type electrode, and a wiring connected to each electrode are formed (FIG. 1).
By using the above manufacturing steps, the semiconductor laser device according to the present invention as shown in FIG. 1 can be actually manufactured.
However, in the present invention, other manufacturing steps other than those described above may be used. For example, a buried optical waveguide structure may be formed on a compound semiconductor substrate in advance using a regrowth technique.
次に、実際に、ＢＣＢ樹脂によるウエハ接合法を用いて、シリコン基板上に量子ドットを有する化合物半導体薄膜の集積を行った例を示す。ここで、ＢＣＢ樹脂によるウエハ接合法は、低温（例えば、２５０度以下）で、ウエハ接合を実施できるという特長があり、熱膨張係数の異なる異種材料の接合に適したウエハ接合法である。 Next, an example is shown in which a compound semiconductor thin film having quantum dots on a silicon substrate is actually integrated using a wafer bonding method using BCB resin. Here, the wafer bonding method using BCB resin has a feature that wafer bonding can be performed at a low temperature (for example, 250 degrees or less), and is a wafer bonding method suitable for bonding different materials having different thermal expansion coefficients.
図１４に、実際に作製したシリコン基板上量子ドット光源の模式図を示す。化合物半導体基板としては、ＧａＡｓ基板を用いた。量子ドットしては、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子ドットを用いた。量子ドットの積層数は９層とした。１層当たりの量子ドット密度は約８×１０１０／ｃｍ２である。 FIG. 14 shows a schematic diagram of a quantum dot light source on a silicon substrate actually produced. A GaAs substrate was used as the compound semiconductor substrate. As the quantum dots, InAs / GaAs quantum dots were used. The number of stacked quantum dots was nine. The quantum dot density per layer is about 8 × 10 10 / cm 2 .
図１５に、室温におけるシリコン基板上量子ドット光源のフォトルミネッセンス特性を示す。但し、励起波長９２５ｎｍ、励起パワー密度２５Ｗ／ｃｍ２とした。化合物半導体とシリコン基板との異種接合に起因する発光特性の劣化は観測されず、良好な発光特性が得られている。 FIG. 15 shows the photoluminescence characteristics of the quantum dot light source on the silicon substrate at room temperature. However, the excitation wavelength was 925 nm and the excitation power density was 25 W / cm 2 . Deterioration of the light emission characteristics due to the heterojunction between the compound semiconductor and the silicon substrate is not observed, and good light emission characteristics are obtained.
図１６に、室温におけるシリコン基板上量子ドット光源の時間分解フォトルミネッセンス特性を示す。但し、励起波長９５０ｎｍ、パルス幅５ｎｓ、繰り返し周波数７６ＭＨｚとした。本測定においても、化合物半導体とシリコン基板との異種接合に起因する発光特性の劣化（例えば、非発光再結合の増大によって発光寿命が短くなる現象等）は観測されておらず、良好な発光特性が得られている。
以上の結果から、量子ドット光源は、シリコン基板上集積に適した光源であることが示された。
FIG. 16 shows time-resolved photoluminescence characteristics of a quantum dot light source on a silicon substrate at room temperature. However, the excitation wavelength was 950 nm, the pulse width was 5 ns, and the repetition frequency was 76 MHz. In this measurement as well, no deterioration in the light emission characteristics due to the heterogeneous junction between the compound semiconductor and the silicon substrate (for example, a phenomenon in which the light emission lifetime is shortened due to an increase in non-light-emitting recombination) has not been observed. Is obtained.
From the above results, it was shown that the quantum dot light source is a light source suitable for integration on a silicon substrate.
本発明では、例えば、図１に示すような化合物半導体上への上面二電極構造の導入が用いられる。そこで、実際に、化合物半導体上に上面二電極構造を作製した例を示す。
図１７に、上面二電極構造の模式図を示す。図１８に、実際に作製した上面二電極構造の３次元光学顕微鏡像を示す。図１８より、化合物半導体上に上面二電極構造が良好に形成されていることが分かる。但し、本作製では、ＧａＡｓ基板上に上面二電極構造の形成を行っている。
以上の結果から、図１に示すような化合物半導体上への上面二電極構造の導入が実現可能であることが示された。
In the present invention, for example, introduction of a top-surface two-electrode structure on a compound semiconductor as shown in FIG. 1 is used. Therefore, an example in which an upper surface two-electrode structure is actually fabricated on a compound semiconductor is shown.
FIG. 17 shows a schematic diagram of a top-surface two-electrode structure. FIG. 18 shows a three-dimensional optical microscope image of the actually fabricated top two-electrode structure. FIG. 18 shows that the top two-electrode structure is well formed on the compound semiconductor. However, in this production, a top-surface two-electrode structure is formed on a GaAs substrate.
From the above results, it was shown that the introduction of the upper surface two-electrode structure onto the compound semiconductor as shown in FIG. 1 is feasible.
本発明は、シリコン基板上半導体レーザー装置に関して、入出力特性の温度依存性が小さい、出力波長の温度依存性が小さい、出力波長の動的な微調整が可能な、半導体レーザー装置を提供するものであり、今後、光通信、光インターコネクション等への幅広い応用が期待される。 The present invention relates to a semiconductor laser device on a silicon substrate, which provides a semiconductor laser device having low temperature dependency of input / output characteristics, low temperature dependency of output wavelength, and capable of dynamic fine adjustment of output wavelength. In the future, a wide range of applications to optical communication, optical interconnection, and the like are expected.
Claims (11)
を含むことを特徴とする半導体レーザー装置。 As a component, a compound semiconductor having a quantum dot that functions as a light emitter of a semiconductor laser device, a p-type compound semiconductor for injecting current into the quantum dot, an n-type compound semiconductor, a p-type electrode, an n-type electrode, and Wiring connected to each electrode, a silicon layer having a grating structure, an organic polymer functioning as a cladding of the semiconductor laser device provided between the compound semiconductor and the silicon layer, and the operation of the semiconductor laser device A semiconductor laser device comprising: a silicon layer and an electrical wiring that constitute an optical adjustment mechanism; a low refractive index insulating material that supports the silicon layer; and a device support substrate.
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