JP2011192878A - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011192878A JP2011192878A JP2010058946A JP2010058946A JP2011192878A JP 2011192878 A JP2011192878 A JP 2011192878A JP 2010058946 A JP2010058946 A JP 2010058946A JP 2010058946 A JP2010058946 A JP 2010058946A JP 2011192878 A JP2011192878 A JP 2011192878A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser device
- semiconductor laser
- silicon
- compound semiconductor
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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、半導体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半導体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 semiconductor 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 semiconductor 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、半導体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、半導体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半導体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 semiconductor laser device and the operating wavelength of the light control device with high accuracy, and fluctuations in the output wavelength of the semiconductor laser device are undesirable. Therefore, it is desired to realize a semiconductor 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、半導体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、半導体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半導体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 semiconductor laser device and the operating wavelength of the light control device with high accuracy, and it is desirable that the output wavelength of the semiconductor laser device can be dynamically finely adjusted. Therefore, realization of a semiconductor laser device capable of dynamically fine-tuning the output wavelength is desired.
ここで、半導体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、半導体レーザー装置、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。
例えば、半導体レーザー装置、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。
例えば、半導体レーザー装置、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 semiconductor laser device and the operating wavelength of the light control device is shown below.
For example, in general, the operating wavelength of the semiconductor laser device or the light control device slightly deviates from the 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.
For example, when the temperature dependence of the operating wavelength of the semiconductor laser device and the light control device is different, the operating wavelength shifts when temperature fluctuation occurs.
For example, even if the temperature dependency of the operating wavelength of the semiconductor laser device and the light control device is exactly the same, if the temperatures of the two do not match, a shift occurs in the operating wavelength. 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半導体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 practice, it is very important to realize a semiconductor 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を課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. Regarding semiconductor laser devices, the temperature dependency of the input / output characteristics and the temperature dependency of the output wavelength are small, and dynamic fine adjustment of the output wavelength is possible. It is an object of the present invention to provide a possible semiconductor laser device.
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、該化合物半導体に形成されたグレーティング構造と、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板、電気配線と、該化合物半導体と該シリコン板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、該シリコン板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、シリコン板、該シリコン板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）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、シリコン板、該シリコン板中に配置されたｐ型シリコン、該シリコン板中に配置された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）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）上記シリコン板が、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）上記シリコン板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 Electrode, wiring connected to each electrode, grating structure formed in the compound semiconductor, silicon plate constituting a dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device, electrical wiring, the compound semiconductor, and the silicon plate A semiconductor laser device comprising: an organic polymer functioning as a clad of the semiconductor laser device provided between; a low refractive index insulating material that supports the silicon plate; and a device support substrate.
(2) The semiconductor laser device according to (1), wherein the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device includes a silicon plate and a heater wiring connected to the silicon plate.
(3) The dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device includes a silicon plate, p-type silicon arranged in the silicon plate, n-type silicon arranged in the silicon plate, p-type electrode, n-type electrode, and The semiconductor laser device according to (1) or (2), wherein the semiconductor laser device is composed of wiring connected to each electrode.
(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 plate 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 plate 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。ここで、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. Here, the wafer bonding method using an organic polymer has a feature that it is possible to bond substrates having uneven surfaces.
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板、電気配線の導入を行っている。例えば、半導体レーザー装置の動的調整機構としては、温度の動的制御が挙げられる。ここで、（２）に係る発明では、シリコン板、シリコン板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する。特に、本構成要素を用いることにより、シリコン板近傍に配置された有機ポリマーの温度を、効果的に制御することが可能となる。そのため、本構成要素により、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 plate and the electric wiring constituting the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device are introduced. For example, the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device includes dynamic temperature control. Here, in the invention which concerns on (2), dynamic control of temperature is implement | achieved using the heater wiring connected with the silicon plate and the silicon plate. In particular, by using this component, the temperature of the organic polymer disposed in the vicinity of the silicon plate can be effectively controlled. Therefore, the operating wavelength of the grating can be finely adjusted by this component.
また本発明では、上記構成要素の代わりに、シリコン板、シリコン板中に配置されたｐ型シリコン、シリコン板中に配置された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を用いて、半導体レーザー装置の動的調整を実現してもよい。本構成要素は、シリコン板への電流注入又は電界印加により、シリコン板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、シリコン板の屈折率を動的に制御することが可能となる。つまり、本構成要素により、グレーティングの動作波長を微調整することができる。
また本発明では、本構成要素を、温度の動的制御を実施するためのマイクロヒーターとして機能させてもよい。
In the present invention, instead of the above components, a silicon plate, p-type silicon arranged in the silicon plate, n-type silicon arranged in the silicon plate, p-type electrode, n-type electrode, and each electrode are connected. Dynamic adjustment of the semiconductor laser device may be realized using the arranged wiring. This component dynamically controls the number of carriers in the silicon plate by current injection or electric field application to the silicon plate. Here, since the change in the number of carriers causes a change in the refractive index, the refractive index of the silicon plate can be dynamically controlled. In other words, the operating wavelength of the grating can be finely adjusted by this component.
Further, in the present invention, this constituent element may function as a micro heater for performing dynamic temperature control.
本発明では、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、シリコン板におけるキャリア数の動的制御の両方を、同時に利用することも可能である。 In the present invention, both the dynamic control of the temperature and the dynamic control of the number of carriers in the silicon plate can be used simultaneously as the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device.
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、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.
This semiconductor laser device includes, as a first component, a compound semiconductor having quantum dots that function as a light emitter of the semiconductor laser device. 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、上記化合物半導体に形成されたグレーティング構造を含む。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。 The semiconductor laser device includes a grating structure formed in the compound semiconductor as a fourth component. For example, a grating structure having a phase shift suitable for single mode operation is used as the grating structure.
本半導体レーザー装置は、第五の構成要素として、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に附属するヒーター配線（下記七の構成要素）に対する断熱材として、熱的に機能する。第四に、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 fifth 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 thermally as a heat insulating material for the heater wiring (seven constituent elements below) attached to the semiconductor laser device. Fourth, in the manufacture of a semiconductor laser device, it functions mechanically as an adhesive material for wafer bonding. For example, BCB resin is used as the organic polymer.
本半導体レーザー装置は、第六の構成要素として、シリコン板を含む。本構成要素は、は、半導体レーザー装置に附属するヒーター配線（下記七の構成要素）に対する熱伝導体として、熱的に機能する。 The semiconductor laser device includes a silicon plate as a sixth component. This component functions thermally as a heat conductor for heater wiring (seven components described below) attached to the semiconductor laser device.
ここで、上記五の構成要素である有機ポリマーは、上記一〜四の構成要素である化合物半導体と、上記六の構成要素であるシリコン板の間に配置される。本発明では、半導体レーザー装置の作製において、有機ポリマーによるウエハ接合法を利用する。本ウエハ接合法は、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をもつ。 Here, the organic polymer that is the fifth constituent element is disposed between the compound semiconductor that is the first to fourth constituent elements and the silicon plate that is the sixth constituent element. In the present invention, a wafer bonding method using an organic polymer is used in the production of a semiconductor laser device. This wafer bonding method has a feature that it is possible to bond substrates having uneven surfaces.
本半導体レーザー装置は、第七の構成要素として、上記シリコン板と接続されたヒーター配線を含む。例えば、ヒーター配線としては、Ｐｔ等の金属材料を用いる。 The semiconductor laser device includes a heater wiring connected to the silicon plate as a seventh component. For example, a metal material such as Pt is used for the heater wiring.
本半導体レーザー装置は、第八の構成要素として、上記シリコン板とヒーター配線の下部に配置され、上記シリコン板とヒーター配線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。第三に、上記七の構成要素であるヒーター配線に対する断熱材として、熱的に機能する。例えば、低屈折率絶縁性材料としては、ＳｉＯ２を用いる。 The semiconductor laser device includes, as an eighth component, a low refractive index insulating material that is disposed below the silicon plate and the heater wiring and supports the silicon plate and the heater wiring. 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. Thirdly, it functions thermally as a heat insulating material for the heater wiring which is the seventh component. 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 present 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。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 advantage of avoiding characteristic deterioration due to temperature rise because carriers (electrons, holes) can be confined three-dimensionally. That is, it is possible to reduce the temperature dependence of the light emitter by introducing quantum dots. 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。
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.
In the present invention, p-type doping for improving temperature dependency may be performed on the compound semiconductor having the quantum dots which are the first constituent elements.
上記一〜六、八の構成要素により、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 components 1 to 6 and 8.
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、上記五の構成要素として、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。よって、上記一〜六、八の構成要素は、特に、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 introduced as the above five 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 first to sixth and eighth components contribute to the realization of a semiconductor laser device in which the temperature dependence of the output wavelength is particularly small.
上記六、七の構成要素により、半導体レーザー装置の動的調整機構が形成される。
上記六、七の構成要素は、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。特に、本構成要素を用いることにより、シリコン板近傍に配置された有機ポリマーの温度を、効果的に制御することが可能となる。つまり、本構成要素により、グレーティングの動作波長を微調整することが可能となる。よって、上記六、七の構成要素は、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 sixth and seventh components.
The sixth and seventh components function as a heater for realizing dynamic temperature control. In particular, by using this component, the temperature of the organic polymer disposed in the vicinity of the silicon plate can be effectively controlled. That is, this component makes it possible to finely adjust the operating wavelength of the grating. Therefore, the sixth and seventh components contribute particularly to the realization of a semiconductor laser device capable of dynamically fine-tuning the output wavelength.
ここで、上記五の構成要素である有機ポリマー、上記八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。そのため、両者はヒーターに対する断熱材として機能する。
上記五の構成要素である有機ポリマーは、化合物半導体へと熱が流れることを防止する。つまり、量子ドットの温度上昇を抑えながら、有機ポリマー、シリコン板、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。
Here, since the organic polymer as the fifth component and the low refractive index insulating material as the eighth component are both insulators, they have low thermal conductivity. Therefore, both function as a heat insulating material for the heater.
The organic polymer as the fifth component prevents heat from flowing to the compound semiconductor. That is, it is possible to effectively increase the temperature of the organic polymer, the silicon plate, 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.
上記八の構成要素である低屈折率絶縁性材料は、デバイス支持基板へと熱が流れることを防止する。つまり、余分な熱の流れを抑えながら、有機ポリマー、シリコン板、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、無駄な熱の流れを防止することは、ヒーターの消費電力の観点から、重要と言える。
さらに、シリコン板のサイズを小さくする等の工夫を施すことで、温度の動的制御に要するヒーターの消費電力を低減することが可能である。
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ことが可能となる。
The low refractive index insulating material, which is the eighth component, prevents heat from flowing to the device support substrate. That is, it is possible to effectively increase the temperature of the organic polymer, the silicon plate, and the low refractive index insulating material while suppressing excessive heat flow. It can be said that it is important from the viewpoint of the power consumption of the heater to prevent a wasteful flow of heat during the dynamic control of the temperature.
Furthermore, by taking measures such as reducing the size of the silicon plate, it is possible to reduce the power consumption of the heater required for dynamic temperature control.
As described above, according to the present invention, there is provided a semiconductor laser device in which a semiconductor laser device on a silicon substrate has low temperature dependency of input / output characteristics, low temperature dependency of output wavelength, and dynamic fine adjustment of output wavelength. It becomes possible to do.
上記一例では、上記一〜四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 the above example, the ridge type optical waveguide structure in which the side wall is protected by SiO 2 is exemplified as the optical waveguide structure of the compound semiconductor which is the constituent elements 1 to 4. However, in the present invention, other optical waveguide structures are used. Also good. For example, use of an embedded optical waveguide structure based on a regrowth technique can be mentioned.
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 arranged at the upper part and the n-type compound semiconductor is arranged at the lower part. But you can.
また上記一例の図１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、有機ポリマーによる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 FIG. 1 as an 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 step using an organic polymer is performed, the n-type electrode and wiring as shown in FIG. 3 can be realized.
また上記一例では、上記一〜四の構成要素である化合物半導体と、上記六の構成要素であるシリコン板の間に、上記五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板の間に、有機ポリマー以外の材料を配置してもよい。例えば、図１に示すようなヒーター配線の導入、図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 as the fifth component is disposed between the compound semiconductor as the first to fourth components and the silicon plate as the sixth component. In the present invention, a material other than the organic polymer may be disposed between the compound semiconductor and the silicon plate. For example, introduction of heater wiring as shown in FIG. 1, introduction of electrodes and wiring as shown in FIG. 3, introduction of SiO 2 films on the upper and lower surfaces of the organic polymer as shown in FIG. 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).
上記一例の図２では、上記四の構成要素であるグレーティング構造として、化合物半導体表面にグレーティング構造を形成する例を示したが、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、埋め込み再成長技術を用いて、化合物半導体内部にグレーティング構造を形成してもよい（図５）。
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）。
In FIG. 2 of the above example, an example in which a grating structure is formed on the surface of the compound semiconductor as the grating structure which is the above-described four constituent elements is shown, but other grating structures may be used in the present invention. For example, a grating structure may be formed inside the compound semiconductor using a buried regrowth technique (FIG. 5).
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).
本発明では、シリコン板として、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, polysilicon or amorphous silicon may be used as the silicon plate instead of crystalline silicon.
上記一例では、上記五の構成要素を、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、上記八の構成要素を、ウエハ接合用接着材料として用いてもよい。
例えば、第八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）を用いる。
例えば、予め、化合物半導体基板上に、上記五の構成要素となる有機ポリマー、上記六の構成要素となるシリコン板、上記七の構成要素となるヒーター配線を形成した後、第八の構成要素となる有機ポリマーによる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、上記五の構成要素となる有機ポリマー上に、シリコン板（シリコンポリシリコン、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 five components are used as the wafer bonding adhesive material. However, in the present invention, the eight components may be used as the wafer bonding adhesive material.
For example, an organic polymer (for example, BCB resin) is used as the low refractive index insulating material that is the eighth component.
For example, after previously forming on the compound semiconductor substrate the organic polymer that is the fifth component, the silicon plate that is the sixth component, and the heater wiring that is the seventh component, the eighth component and When the wafer bonding step using the organic polymer is performed, a semiconductor laser device as shown in FIGS. 7 and 8 can be realized. However, in FIGS. 7 and 8, a SiO 2 film suitable for the base of a silicon plate (silicon polysilicon or amorphous silicon) is introduced on the organic polymer which is the fifth component.
上記一例の図１では、上記六の構成要素であるシリコン板として、直方体形状を例示したが、本発明では、その他の形状を用いてもよい。例えば、シリコン板として凸形状を有するリブ型光導波路構造を用いてもよい（図９）。
また上記一例では、上記六の構成要素であるシリコン板を用いるとしたが、本発明では、上記六の構成要素を省略することが可能である。この場合、半導体レーザー装置の動的調整機構は、上記七の構成要素であるヒーター配線によって実現される（図１０）。
In FIG. 1 of the above example, a rectangular parallelepiped shape is illustrated as the silicon plate as the six constituent elements, but other shapes may be used in the present invention. For example, a rib-type optical waveguide structure having a convex shape may be used as the silicon plate (FIG. 9).
In the above example, the silicon plate as the six constituent elements is used. However, in the present invention, the six constituent elements can be omitted. In this case, the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device is realized by the heater wiring that is the seventh component (FIG. 10).
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、温度の動的制御を用いるとしたが、本発明では、キャリア数の動的制御を用いてもよい。
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を用いる場合には、以下の構成要素を導入すればよい。
本半導体レーザー装置は、第十の構成要素として、ｐ型シリコン、ｎ型シリコンを含む。本構成要素は、上記六の構成要素であるシリコン板中に配置される。
本半導体レーザー装置は、第十一の構成要素として、上記シリコン板への電流注入、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。
In the above example, the dynamic control of temperature is used as the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device. However, in the present invention, dynamic control of the number of carriers may be used.
When dynamic control of the number of carriers is used as the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device, the following components may be introduced.
This semiconductor laser device includes p-type silicon and n-type silicon as the tenth component. This component is arranged in the silicon plate which is the above six components.
The semiconductor laser device includes a p-type electrode and an n-type electrode for injecting current into the silicon plate or applying an electric field, and wiring connected to each electrode, as the eleventh component.
上記六、十、十一の構成要素により、シリコン板への電流注入、又は電界印加が可能となる（図１１）。つまり、シリコン板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、シリコン板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。上記六、十、十一の構成要素は、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。 The above six, ten, and eleven components enable current injection or electric field application to the silicon plate (FIG. 11). That is, the number of carriers in the silicon plate 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 plate can be dynamically controlled. Therefore, the operating wavelength of the grating can be finely adjusted. The sixth, eleventh, and eleventh components particularly contribute to the realization of a semiconductor laser device capable of dynamically fine-tuning the output wavelength.
上記一例の図１１では、上記十の構成要素である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１２）。
一般に、図１１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１２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。
FIG. 11 of the above example illustrates the case where a non-doped region is present between the ten constituent elements p-type silicon and n-type silicon. However, in the present invention, other methods for forming p-type silicon and n-type silicon are used. May be used. For example, there is a case where a non-doped region does not exist between p-type silicon and n-type silicon (FIG. 12).
In general, the pin junction as shown in FIG. 11 is suitable for a refractive index control method based on current injection, and the pn junction as shown in FIG. 12 is suitable for a refractive index control method based on depletion layer formation by applying a reverse bias. Structure.
本発明では、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、キャリア数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。 In the present invention, dynamic control of temperature and dynamic control of the number of carriers may be used in combination as the dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device. Dynamic adjustment with a high degree of freedom can be realized by using a combination of control techniques based on different operating principles.
上記実一例の図１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 FIG. 1 of the above example, a silicon substrate is used as the device support substrate that 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簡単に説明する。
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１３）。
化合物半導体基板表面に、グレーティング構造を形成する（図１４）。
ＳＯＩ基板上のシリコン層に、加工を施した後、ヒーター配線を形成する（図１５）。
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１６）。
Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention will be briefly described.
First, a compound semiconductor substrate having quantum dots and an SOI (Silicon on Insulator) substrate are prepared (FIG. 13).
A grating structure is formed on the surface of the compound semiconductor substrate (FIG. 14).
After processing the silicon layer on the SOI substrate, heater wiring is formed (FIG. 15).
The compound semiconductor substrate and the SOI substrate are bonded using BCB resin. An unnecessary member of the compound semiconductor substrate is removed (FIG. 16).
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、埋め込み再成長技術を用いて、化合物半導体内部にグレーティング構造を形成しておく等が挙げられる。
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 grating structure is formed in the compound semiconductor in advance using a buried 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１７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. 17 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１８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. 18 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１９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。 FIG. 19 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.
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。
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。
From the above results, it was shown that the quantum dot light source is a light source suitable for integration on a silicon substrate.
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.
図２０に、上面二電極構造の模式図を示す。図２１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２１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。
FIG. 20 shows a schematic diagram of a top-surface two-electrode structure. FIG. 21 shows a three-dimensional optical microscope image of the top surface two-electrode structure actually fabricated. FIG. 21 shows that the upper surface two-electrode structure is satisfactorily 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、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, and provides a semiconductor laser device in which the temperature dependence of input / output characteristics and the temperature dependence of output wavelength are small, and the output wavelength can be dynamically fine-tuned. A wide range of applications such as communication and optical interconnection 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 grating structure formed in the compound semiconductor, a silicon plate constituting a dynamic adjustment mechanism of the semiconductor laser device, an electric wiring, and between the compound semiconductor and the silicon plate A semiconductor laser device comprising: an organic polymer that functions as a clad of the semiconductor laser device provided; a low refractive index insulating material that supports the silicon plate; and a device support substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010058946A JP5366149B2 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Semiconductor laser equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010058946A JP5366149B2 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Semiconductor laser equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011192878A true JP2011192878A (en) | 2011-09-29 |
| JP5366149B2 JP5366149B2 (en) | 2013-12-11 |
Family
ID=44797478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010058946A Expired - Fee Related JP5366149B2 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Semiconductor laser equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5366149B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013165095A (en) * | 2012-02-09 | 2013-08-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor thin film laser |
| JP2015012176A (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | Optical semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2015070207A (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | Optical semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2018113302A (en) * | 2017-01-10 | 2018-07-19 | 富士通株式会社 | Modulation light source and optical module |
| US11056341B2 (en) | 2018-09-26 | 2021-07-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical semiconductor element and method of manufacturing the same |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10233548A (en) * | 1997-02-20 | 1998-09-02 | Nec Corp | Semiconductor laser device and its manufacture |
| JP2000101143A (en) * | 1998-09-25 | 2000-04-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light emitting element mounting board, wavelength-variable light emitting device and wavelength-variable light emitting array |
| JP2001326418A (en) * | 2000-05-16 | 2001-11-22 | Yokogawa Electric Corp | Semiconductor laser beam source and modulation method therefor |
| JP2006196805A (en) * | 2005-01-17 | 2006-07-27 | Fujitsu Ltd | Semiconductor laser |
| JP2008065317A (en) * | 2006-08-10 | 2008-03-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Manufacturing method of optical device |
| JP2008198957A (en) * | 2007-02-16 | 2008-08-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser device and optical amplifier |
| JP2009537871A (en) * | 2006-06-30 | 2009-10-29 | インテル・コーポレーション | Transmitter / receiver having integrated modulator array and hybrid junction multi-wavelength laser array |
| JP2009542033A (en) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | インテル コーポレイション | Electrically pumped semiconductor evanescent laser |
-
2010
- 2010-03-16 JP JP2010058946A patent/JP5366149B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10233548A (en) * | 1997-02-20 | 1998-09-02 | Nec Corp | Semiconductor laser device and its manufacture |
| JP2000101143A (en) * | 1998-09-25 | 2000-04-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light emitting element mounting board, wavelength-variable light emitting device and wavelength-variable light emitting array |
| JP2001326418A (en) * | 2000-05-16 | 2001-11-22 | Yokogawa Electric Corp | Semiconductor laser beam source and modulation method therefor |
| JP2006196805A (en) * | 2005-01-17 | 2006-07-27 | Fujitsu Ltd | Semiconductor laser |
| JP2009537871A (en) * | 2006-06-30 | 2009-10-29 | インテル・コーポレーション | Transmitter / receiver having integrated modulator array and hybrid junction multi-wavelength laser array |
| JP2009542033A (en) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | インテル コーポレイション | Electrically pumped semiconductor evanescent laser |
| JP2008065317A (en) * | 2006-08-10 | 2008-03-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Manufacturing method of optical device |
| JP2008198957A (en) * | 2007-02-16 | 2008-08-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser device and optical amplifier |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013165095A (en) * | 2012-02-09 | 2013-08-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor thin film laser |
| JP2015012176A (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | Optical semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2015070207A (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | Optical semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2018113302A (en) * | 2017-01-10 | 2018-07-19 | 富士通株式会社 | Modulation light source and optical module |
| US11056341B2 (en) | 2018-09-26 | 2021-07-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical semiconductor element and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5366149B2 (en) | 2013-12-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Van Campenhout et al. | A compact SOI-integrated multiwavelength laser source based on cascaded InP microdisks | |
| US10305250B2 (en) | III-Nitride nanowire array monolithic photonic integrated circuit on (001)silicon operating at near-infrared wavelengths | |
| Liu et al. | A thermally tunable III–V compound semiconductor microdisk laser integrated on silicon-on-insulator circuits | |
| US7639719B2 (en) | Thermal shunt for active devices on silicon-on-insulator wafers | |
| Hatori et al. | A hybrid integrated light source on a silicon platform using a trident spot-size converter | |
| KR100958719B1 (en) | Hybrid Laser Diode For Single Mode Operation And Method Of Fabricating The Same | |
| US10985524B1 (en) | High-power hybrid silicon-photonics laser | |
| JP5366149B2 (en) | Semiconductor laser equipment | |
| KR20090047114A (en) | Hybrid laser diode | |
| JP2015179783A (en) | semiconductor laser device | |
| TW201324994A (en) | Direct modulated laser | |
| EP3350892A1 (en) | Nanowire laser structure and fabrication method | |
| Dhoore et al. | Demonstration of a discretely tunable III-V-on-silicon sampled grating DFB laser | |
| Morthier et al. | InP microdisk lasers integrated on Si for optical interconnects | |
| Ren et al. | Research progress of III–V laser bonding to Si | |
| KR20100072048A (en) | Method for producing a radiation-emitting component and radiation-emitting component | |
| JP4915945B2 (en) | Optical device manufacturing method | |
| JP2011029595A (en) | Optical module, integrated semiconductor optical device, and method of manufacturing the same | |
| Bakir et al. | Heterogeneously integrated III-V on silicon lasers | |
| JP2013165201A (en) | Semiconductor optical element, semiconductor optical module and manufacturing method of the same | |
| JP2011192877A (en) | Semiconductor laser device | |
| Xiao et al. | Sub-nanosecond silicon-on-insulator optical micro-ring switch with low crosstalk | |
| Zhang et al. | A large misalignment tolerance multi-branch waveguide for high efficiency coupling | |
| KR100808802B1 (en) | Laser device using an inorganic electro-luminescent material doped with rare-earth metal | |
| Liu et al. | A thermally tunable microdisk laser built on a III-V/Silicon-on-insulator heterogeneous integration platform |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120827 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130828 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130903 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130904 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5366149 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |