JP4652061B2 - Semiconductor laser - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバ通信に用いられる半導体レーザ、特に光ファイバ増幅を励起するのに必要な高出力半導体レーザに関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser used for optical fiber communication, and more particularly to a high-power semiconductor laser necessary for exciting optical fiber amplification.

光ファイバ通信において、ファイバ内を伝搬して減衰した光信号の増幅は、例えばエルビウムドープファイバを用いたファイバ増幅器を用いておこなわれている。ファイバ増幅器では、減衰した光信号を励起光によって増幅する方法が用いられている。この励起光の光源には高出力を発生する半導体レーザが必要とされている。   In optical fiber communication, amplification of an optical signal that has been attenuated by propagating through a fiber is performed using, for example, a fiber amplifier using an erbium-doped fiber. In a fiber amplifier, a method of amplifying an attenuated optical signal with pumping light is used. A semiconductor laser that generates a high output is required for the light source of the excitation light.

例えば、ファブリ・ペロー型半導体レーザにおいて、高出力を得るためには、光を取り出す側の端面に低反射膜を施し、もう一方の端面には高反射膜を施すのが一般的である。   For example, in a Fabry-Perot type semiconductor laser, in order to obtain a high output, it is common to provide a low reflection film on the end surface on the light extraction side and a high reflection film on the other end surface.

このような、非対称な端面反射率をもつ構造では、レーザ共振器内において、低反射膜側に電界がより強く集中する。このため、低反射膜(出射)側のキャリア密度が高反射膜側に比較して減少してしまう空間的ホールバーニングと呼ばれる現象が発生する。   In such a structure having an asymmetric end face reflectivity, the electric field concentrates more strongly on the low reflection film side in the laser resonator. For this reason, a phenomenon called spatial hole burning occurs in which the carrier density on the low reflection film (outgoing) side decreases compared to the high reflection film side.

この現象により、レーザの低反射膜側からの光出射効率は、キャリア密度が共振器方向で一定の場合と比較して低下するという問題がある。   Due to this phenomenon, there is a problem that the light emission efficiency from the low reflection film side of the laser is lower than in the case where the carrier density is constant in the resonator direction.

そこで、レーザ共振器方向に生じる空間的ホールバーニングを考慮に入れた上で、出射効率が最大となるよう両端面の反射率を最適化する手段が提案された(例えば、特許文献1を参照。)。   In view of this, a means for optimizing the reflectivity of both end faces has been proposed in consideration of the spatial hole burning occurring in the laser cavity direction (see, for example, Patent Document 1). ).

しかしながらこの従来例では、空間的ホールバーニングの影響下での最適化であることから、空間的ホールバーニングが抑制された場合と比較すると出射効率が低くなるという問題がある。   However, in this conventional example, since the optimization is performed under the influence of spatial hole burning, there is a problem that the emission efficiency becomes lower than when spatial hole burning is suppressed.

また、空間的ホールバーニングによる光出射効率の低下を抑制する目的で、共振器方向に電極を分割して、キャリアが多く消費される低反射膜側により多くの電流を流すことで解決する手段が提案された(例えば、特許文献2を参照。)。   In addition, for the purpose of suppressing the decrease in light emission efficiency due to spatial hole burning, there is a means to solve the problem by dividing the electrode in the direction of the resonator and causing more current to flow through the low reflection film side where a lot of carriers are consumed. (For example, refer to Patent Document 2).

しかしながらこの従来例では、電極を2 つ形成する工程を経なければならない上、1 つのレーザに対して2 つの電源装置が必要になり、制御装置が複雑になる旨の問題がある。
特開平6−85382号公報 特開平6−268312号公報
However, in this conventional example, there is a problem that a process of forming two electrodes is required and two power supply devices are required for one laser, and the control device is complicated.
JP-A-6-85382 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-268312

本発明では、自己形成型量子ドットからなる活性層をもつ半導体レーザに改変を加える旨の簡単な手段を採ることで、共振器方向に電流を不均一に注入することを可能にし、従来のように、1つのレーザに対し、2つ以上の電極を形成したり、2つ以上の電源を用いるなどの複雑な構成を不要としようとする。   In the present invention, it is possible to inject current non-uniformly in the direction of the resonator by adopting a simple means of modifying a semiconductor laser having an active layer made of self-formed quantum dots, as in the prior art. In addition, a complicated configuration such as forming two or more electrodes for one laser or using two or more power supplies is not required.

本発明に依る自己形成型量子ドットを用いた半導体レーザに於いては、自己形成型量子ドットからなる活性層が形成され、一方の端面に高反射膜が、また、他方の端面に低反射膜が形成された半導体レーザであって、高反射膜側に於ける量子ドットの密度が低反射膜側に於ける量子ドットの密度に比較して大きいことを特徴とする。   In a semiconductor laser using self-forming quantum dots according to the present invention, an active layer composed of self-forming quantum dots is formed, a high reflection film on one end face, and a low reflection film on the other end face The quantum dot density on the high reflection film side is larger than the quantum dot density on the low reflection film side.

前記手段を採ることに依り、導波路の端面の反射率が非対称な半導体レーザに於いて、低反射膜側では密度が相対的に小さい量子ドットを形成することに依り、半導体レーザの光出射効率を高めることが可能となる。その結果、導波路の端面反射率が非対称である半導体レーザにおいて、レーザ発振時に生じる空間的ホールバーニングによる光出射効率の低下は抑制することができ、そして、そのような効果は一つの電極と電源装置によって容易に達成することが可能であり、高出力、且つ、高効率の半導体レーザが複雑な制御装置を用いることなく実現することができる。   By adopting the above means, in the semiconductor laser with the asymmetric reflectance of the end face of the waveguide, the light emission efficiency of the semiconductor laser is formed by forming quantum dots with relatively low density on the low reflection film side. Can be increased. As a result, in a semiconductor laser in which the waveguide end-face reflectance is asymmetrical, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency due to spatial hole burning that occurs during laser oscillation, and such an effect is achieved by using one electrode and a power source. It can be easily achieved by the apparatus, and a high-power and high-efficiency semiconductor laser can be realized without using a complicated control apparatus.

本発明では、導波路端面の光反射率が非対称な構造の半導体レーザに於いて、活性層を構成する自己形成型量子ドットの密度を変化させる旨の改変を施すことで、低反射膜側での光出射効率を向上させるものである。   In the present invention, in the semiconductor laser having a structure in which the light reflectivity of the waveguide end face is asymmetrical, the low reflection film side is modified by changing the density of the self-forming quantum dots constituting the active layer. The light emission efficiency is improved.

自己形成型量子ドットの密度を変化させる為には、自己形成型量子ドットを形成する下地半導体に於ける格子定数を選択的に相違させて利用するか、或いは、製造工程に改変を加えることで実現している。   In order to change the density of the self-forming quantum dots, the lattice constants in the underlying semiconductor on which the self-forming quantum dots are formed can be selectively made different, or the manufacturing process can be modified. Realized.

図1は本発明に依る自己形成型量子ドットを用いた半導体レーザを表す要部切断側面図であり、図に於いて、1はn型GaAs基板、2はn型GaAsバッファ層、3はn型Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層、4はGaAs−SCH(separate confinement heterostructure)層、5AはIn0.15Ga0.85As第1下地領域、5BはGaAs第2下地領域、6は活性層であるInAs量子ドット6Aを覆うIn0.15Ga0.85Asキャップ層、7はGaAs−SCH層、8はp型Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層、9はp型Al0.2 Ga0.8 As格子定数差緩和兼クラッド層、10はp型GaAsコンタクト層、11はp側電極、12はn側電極、HRは高反射膜、LRは低反射膜をそれぞれ示している。 FIG. 1 is a sectional side view showing a principal part of a semiconductor laser using a self-formed quantum dot according to the present invention. In FIG. 1, 1 is an n-type GaAs substrate, 2 is an n-type GaAs buffer layer, and 3 is an n-type buffer layer. Type Al 0.4 Ga 0.6 As cladding layer, 4 is a GaAs-SCH (separate confinement heterostructure) layer, 5A is an In 0.15 Ga 0.85 As first base region, 5B is a GaAs second base region, and 6 is an InAs quantum dot that is an active layer In 0.15 Ga 0.85 As cap layer covering 6A, 7 is a GaAs-SCH layer, 8 is a p-type Al 0.4 Ga 0.6 As cladding layer, 9 is a p-type Al 0.2 Ga 0.8 As lattice constant difference relaxation and cladding layer, 10 is p GaAs contact layer, 11 is a p-side electrode, 12 is an n-side electrode, HR is a high reflection film, and LR is a low reflection film.

図1の半導体レーザに於いて、In0.15Ga0.85As第1下地領域5A及びGaAs第2下地領域5Bを形成するには、第1下地領域5AとなるべきIn0.15Ga0.85As層を全面に形成し、第2下地領域5Bの形成予定部分に開口をもつハードマスク膜を用い、ドライエッチング法によるIn0.15Ga0.85As層のエッチング、エッチングされた部分へのGaAs第2下地領域5Bの成膜を実施して、第1下地領域5A及び第2下地領域5Bを完成する。 In the semiconductor laser of FIG. 1, in order to form the In 0.15 Ga 0.85 As first ground region 5A and the GaAs second ground region 5B, an In 0.15 Ga 0.85 As layer to be the first ground region 5A is formed on the entire surface. Then, using a hard mask film having an opening in a portion where the second base region 5B is to be formed, etching the In 0.15 Ga 0.85 As layer by dry etching, and forming a GaAs second base region 5B on the etched portion The first ground region 5A and the second ground region 5B are completed by carrying out.

その後、第1下地領域5A及び第2下地領域5B上に量子ドットを形成すれば、形成された量子ドット6Aの密度が第2下地領域5B上で3.0×1010cm-2であり、また、第1下地領域5A上では4.0×1010cm-2となる。 Thereafter, if quantum dots are formed on the first base region 5A and the second base region 5B, the density of the formed quantum dots 6A is 3.0 × 10 10 cm −2 on the second base region 5B, In addition, it becomes 4.0 × 10 10 cm −2 on the first base region 5A.

その後、活性層上に各上部層を形成し、量子ドット6Aの密度が小さい、即ち、下地がGaAs第2下地領域5Bである側には低反射膜LRを、そして、量子ドットAの密度が高い、即ち、下地が第1下地領域5Aである側には高反射膜HRをそれぞれ形成する。   Thereafter, each upper layer is formed on the active layer, and the density of the quantum dots 6A is small, that is, the low reflection film LR is formed on the side where the base is the GaAs second base region 5B, and the density of the quantum dots A is The high reflection film HR is formed on the side that is high, that is, the side where the base is the first base region 5A.

レーザ発振時には、レーザ出射側で光子密度が高くなるため、この前端面でキャリア密度が不足することになるが、本発明に依る前記構造では、レーザ共振器前方向での光閉じ込め係数ならびに利得が小さいため、キャリア密度の減少を抑制することができ、レーザの光出射効率を高めることが可能となる。   At the time of laser oscillation, the photon density is increased on the laser emission side, so that the carrier density is insufficient on the front end face. However, in the structure according to the present invention, the optical confinement coefficient and gain in the forward direction of the laser resonator are low. Since it is small, the decrease in carrier density can be suppressed, and the light emission efficiency of the laser can be increased.

図2乃至図4は図1について説明した半導体レーザ、即ち、活性層に量子ドットを用いたファブリ・ペロー型半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザを表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図並びに第1図を参照しつつ説明する。尚、図2乃至図4に於いては、図1に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。   2 to 4 show the semiconductor laser described in connection with FIG. 1, that is, the semiconductor laser in the process essential point for explaining the process of manufacturing the Fabry-Perot type semiconductor laser using the quantum dots in the active layer. FIG. 2 is a partial cutaway side view, and will be described below with reference to these drawings and FIG. 2 to 4, the same symbols as those used in FIG. 1 represent the same parts or have the same meanings.

ここで説明する半導体レーザは、前端面(出射端面)側の下地層を例えばGaAs、後端面側の下地層を例えばIn0.15Ga0.85Asとし、前端面側のInAs量子ドットの密度を後端面側に比較して相対的に小さくした構造になっている。 In the semiconductor laser described here, the base layer on the front end face (output end face) side is, for example, GaAs, the base layer on the rear end face side is, for example, In 0.15 Ga 0.85 As, and the density of InAs quantum dots on the front end face side is on the rear end face side. The structure is relatively small compared to

図2参照
(1)
n型GaAs基板1上にn型GaAsバッファ層2、n型AlGaAsクラッド層3、ノンドープGaAs−SCH層4、ノンドープInGaAs下地層5を成膜する。
See Fig. 2 (1)
An n-type GaAs buffer layer 2, an n-type AlGaAs cladding layer 3, a non-doped GaAs-SCH layer 4, and a non-doped InGaAs underlayer 5 are formed on the n-type GaAs substrate 1.

ここで、各層の主要なデータを例示すると、
(a)n型GaAsバッファ層2について
厚さ:500nm
ドーピング濃度:1.0×1018cm-3
(b)n型AlGaAsクラッド層3について
Al組成:40%
ドーピング濃度:6.0×1017cm-3
厚さ:1400nm
(c)ノンドープGaAs−SCH層4について
厚さ:150nm
(d)ノンドープInGaAs下地層5について
In組成:0.15
厚さ:4nm
Here, the main data of each layer is illustrated as follows:
(A) n-type GaAs buffer layer 2 thickness: 500 nm
Doping concentration: 1.0 × 10 18 cm −3
(B) Al composition of n-type AlGaAs cladding layer 3: 40%
Doping concentration: 6.0 × 10 17 cm −3
Thickness: 1400nm
(C) Thickness of the non-doped GaAs-SCH layer 4: 150 nm
(D) In composition of non-doped InGaAs underlayer 5: 0.15
Thickness: 4nm

図3参照
(2)
幅300μm、長さが150μmのレジストパターンをEB露光もしくは干渉露光に依って形成し、次いで、スパッタ法を適用することに依り、全面にSiO2 膜を形成し、次いで、レジストパターンを剥離し、その上のSiO2 膜をリフトオフすることで、第1下地領域形成予定部分を覆うSiO2 からなるマスクパターン13を形成する。尚、L1及びL2は共に150μmである。
See Fig. 3 (2)
A resist pattern having a width of 300 μm and a length of 150 μm is formed by EB exposure or interference exposure, and then by applying a sputtering method, a SiO 2 film is formed on the entire surface, and then the resist pattern is peeled off, The SiO 2 film thereon is lifted off to form a mask pattern 13 made of SiO 2 covering the first base region formation scheduled portion. L1 and L2 are both 150 μm.

図4参照
(3)
レジストを剥離後、ドライエッチング法、或いは、ウエットエッチング法を適用することに依り、マスクパターン13で覆われていない箇所のInGaAs下地層5をエッチングして第2下地領域形成予定部分となるべき段差領域を形成する。この工程を経ることで第1下地領域5Aが形成される。次いで、前記段差部分を埋める厚さ4nmのGaAsからなる第2下地領域5Bを形成する。
See Fig. 4 (3)
After removing the resist, by applying a dry etching method or a wet etching method, the InGaAs underlayer 5 that is not covered with the mask pattern 13 is etched to form a step that is to become a portion where the second underlayer is to be formed. Form a region. Through this process, the first base region 5A is formed. Next, a second base region 5B made of GaAs having a thickness of 4 nm is formed to fill the stepped portion.

図1参照
(4)
第1下地領域5A及び第2下地領域5Bからなる下地層上にInAs量子ドット6Aを形成する。次いで、厚さ4nmでIn組成が0.15であるノンドープInGaAsキャップ層6を形成する。次いで、厚さ150nmのノンドープGaAs−SCH層7を形成する。次いで、Al組成が0.4でドーピング濃度が1.0×1018cm-3、厚さが1400nmのp型AlGaAsクラッド層8を形成する。次いで、Al組成が0.2、ドーピング濃度が2.0×1019cm-3、厚さが20nmのp型AlGaAsクラッド層9を形成する。更にその上部にドーピング濃度が2.0×1019cm-2、厚さが400nmのp型GaAsコンタクト層10を形成する。
See Fig. 1 (4)
InAs quantum dots 6A are formed on the base layer composed of the first base region 5A and the second base region 5B. Next, a non-doped InGaAs cap layer 6 having a thickness of 4 nm and an In composition of 0.15 is formed. Next, a non-doped GaAs-SCH layer 7 having a thickness of 150 nm is formed. Next, a p-type AlGaAs cladding layer 8 having an Al composition of 0.4, a doping concentration of 1.0 × 10 18 cm −3 and a thickness of 1400 nm is formed. Next, a p-type AlGaAs cladding layer 9 having an Al composition of 0.2, a doping concentration of 2.0 × 10 19 cm −3 and a thickness of 20 nm is formed. Further, a p-type GaAs contact layer 10 having a doping concentration of 2.0 × 10 19 cm −2 and a thickness of 400 nm is formed thereon.

(5)
その後、EB露光法或いは干渉露光法を適用することに依り、幅が3.0μm、長さが300μmの溝をもつレジストパターンを形成し、次いで、スパッタリング法を適用することに依ってSiO2 膜を形成し、前記レジストパターンを溶解するリフトオフに依って前記SiO2 膜のパターニングを行い、メサ形成予定部分を覆うSiO2 膜のみを残して他を除去し、残ったSiO2 膜をマスクとしてドライエッチング法を適用して高さ1500nm、幅3μmのリッジメサを形成してからSiO2 膜からなるマスクを除去する。最後にp型GaAsコンタクト層10上にp側電極11を、そして、n型GaAs基板1裏面にn側電極12を形成し、更に、低反射膜LR及び高反射膜HRを形成して完成する。
(5)
Thereafter, a resist pattern having a groove having a width of 3.0 μm and a length of 300 μm is formed by applying an EB exposure method or an interference exposure method, and then a SiO 2 film is applied by applying a sputtering method. The SiO 2 film is patterned by lift-off that dissolves the resist pattern, and only the SiO 2 film that covers the mesa formation planned portion is left and the others are removed, and the remaining SiO 2 film is used as a mask to dry. An etching method is applied to form a ridge mesa having a height of 1500 nm and a width of 3 μm, and then the mask made of the SiO 2 film is removed. Finally, a p-side electrode 11 is formed on the p-type GaAs contact layer 10, an n-side electrode 12 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1, and a low reflection film LR and a high reflection film HR are further formed. .

図5は活性層に量子ドットを用いた分布帰還(distributed feedback:DFB)型半導体レーザに本発明を実施した例を説明する為の要部切断側面図であり、図1乃至図5に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。   FIG. 5 is a cutaway side view of an essential part for explaining an example in which the present invention is applied to a distributed feedback (DFB) type semiconductor laser using quantum dots in an active layer. The same symbols used indicate the same parts or have the same meaning.

実施例2の半導体レーザが実施例1の半導体レーザと相違するところは、
(a) n型AlGaAsクラッド層3表面に周期が200nm、高さが20nmの凹凸 構造を形成し、それをノンドープGaAs−SCH層4で埋め込み、回折格子14 を形成してあること。尚、14Aはλ/4位相シフトを示している。
(b) ノンドープGaAs−SCH層4上に形成した下地層が前端面(出射端面)側及 び後端面側でノンドープInGaAs第1下地領域5Aになっていて、その間に在 る部分(λ/4位相シフト14A及びその近傍)がノンドープGaAs第2下地領 域5Bになっていること。
(c) その結果、量子ドット6Aは、前端面側及び後端面側で高い密度で形成され、中 央部分では低い密度で形成されていること。尚、前端面及び後端面には無反射膜A Rが形成されている。
にある。
The difference between the semiconductor laser of Example 2 and the semiconductor laser of Example 1 is that
(A) An uneven structure having a period of 200 nm and a height of 20 nm is formed on the surface of the n-type AlGaAs cladding layer 3 and buried with the non-doped GaAs-SCH layer 4 to form a diffraction grating 14. Note that 14A represents a λ / 4 phase shift.
(B) The base layer formed on the non-doped GaAs-SCH layer 4 is the non-doped InGaAs first base region 5A on the front end face (outgoing end face) side and the rear end face side, and the portion between them (λ / 4 The phase shift 14A and the vicinity thereof is the non-doped GaAs second base region 5B.
(C) As a result, the quantum dots 6A are formed at a high density on the front end face side and the rear end face side, and are formed at a low density in the central portion. An antireflective film AR is formed on the front end face and the rear end face.
It is in.

実施例2であるDFB型半導体レーザを製造する工程は、実施例1の半導体レーザを製造する工程の大部分を応用することができる為、上記(a)、(b)、(c)に係わる工程ついて説明する。   Since the process for manufacturing the DFB type semiconductor laser of Example 2 can apply most of the process for manufacturing the semiconductor laser of Example 1, it relates to the above (a), (b), and (c). The process will be described.

(a) n型AlGaAsクラッド層3の表面に回折格子を作製する為の凹凸構造を形成 するには、周知の技術を適用して実現することができ、例えば、EB露光法とドラ イエッチング法とを適用することで実現できる。
(b) ノンドープInGaAs第1下地領域5A及びノンドープGaAs第2下地領域 5Bを形成するには、ノンドープGaAs−SCH層4上にIn組成が0.15、 厚さ4nmのノンドープInGaAs層を形成し、次いで、EB露光法或いは干渉 露光法を適用し、第2下地領域形成予定部分に幅300μm、長さ100μmのレ ジストパターンを形成し、その後、スパッタ法により全面にSiO2 膜を形成し、 次いで、レジストを剥離し、その上のSiO2 膜をリフトオフすることで、半導体 レーザの前端面側及び後端面側の第1下地領域形成予定部分を覆うSiO2 からな るマスクパターンを形成し、ドライエッチング法もしくはウエットエッチング法を 適用することに依り、マスクパターンが施されていない箇所、即ち、中央部分に表 出されているノンドープInGaAs層をエッチングして溝を形成し、続いて、前 記溝にGaAsを選択成長して埋め込むことで第2下地領域5Bが形成され、その 両側には第1下地領域5Aが形成された構造を作製する。
(c) 前端面側及び後端面側の二箇所に在る第1下地領域5A及び二箇所の第1下地領 域5Aに挟まれた第2下地領域5Bからなる下地層上にInAs量子ドット6Aを 形成すると、中央部分に於ける量子ドット6Aの密度は低く、その両側に於ける量 子ドット6Aの密度は高くなる。
(A) Forming a concavo-convex structure for producing a diffraction grating on the surface of the n-type AlGaAs cladding layer 3 can be realized by applying a well-known technique, for example, an EB exposure method and a dry etching method. It can be realized by applying and.
(B) To form the non-doped InGaAs first base region 5A and the non-doped GaAs second base region 5B, an undoped InGaAs layer having an In composition of 0.15 and a thickness of 4 nm is formed on the non-doped GaAs-SCH layer 4; Next, an EB exposure method or an interference exposure method is applied to form a resist pattern having a width of 300 μm and a length of 100 μm in the second base region formation scheduled portion, and then a SiO 2 film is formed on the entire surface by sputtering, Then, the resist is peeled off, and the SiO 2 film on the resist is lifted off to form a mask pattern made of SiO 2 covering the first base region formation scheduled portions on the front end face side and rear end face side of the semiconductor laser, and dry By applying the etching method or wet etching method, the part where the mask pattern is not applied, that is, the central part A groove is formed by etching the non-doped InGaAs layer that is exposed in minutes, and then the second base region 5B is formed by selectively growing and embedding GaAs in the groove, and the first base region 5B is formed on both sides thereof. A structure in which the base region 5A is formed is produced.
(C) InAs quantum dots 6A on a base layer composed of a first base region 5A present at two locations on the front end surface side and the rear end surface side and a second base region 5B sandwiched between the two first base regions 5A. Is formed, the density of the quantum dots 6A in the central portion is low, and the density of the quantum dots 6A on both sides thereof is high.

上記説明した実施例2であるDFB型半導体レーザでは、上記(a)、(b)、(c)に記述したところを除き、例えば、半導体層の寸法、不純物濃度、加工技術など全て実施例1と同じである。   In the DFB type semiconductor laser that is the second embodiment described above, except for the points described in (a), (b), and (c), for example, the dimensions, impurity concentration, processing technique, etc. of the semiconductor layer are all the first embodiment. Is the same.

実施例3は、活性層に量子ドットを用いたファブリ・ペロー型半導体レーザであって、量子ドットは実施例1と同様に前端面(出射端面)側の密度が小さく、そして、後端面側の密度が大きくなっている。それにも拘わらず、それ等量子ドットの下地層は一様なGaAs層のみで構成されていることが特徴になっている。このような構成を実現するには、その製造工程に工夫が必要となる。   Example 3 is a Fabry-Perot type semiconductor laser using quantum dots in the active layer, and the quantum dots have a low density on the front end face (emission end face) side as in Example 1, and on the rear end face side The density is increasing. Nevertheless, the underlying layer of these quantum dots is characterized only by a uniform GaAs layer. In order to realize such a configuration, it is necessary to devise the manufacturing process.

図6は実施例3であるファブリ・ペロー型半導体レーザを表す要部切断側面図であり、図1乃至図5に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。   FIG. 6 is a cutaway side view showing a principal part of a Fabry-Perot type semiconductor laser of Example 3. The same symbols as those used in FIGS. 1 to 5 represent the same parts or have the same meanings. And

実施例3の半導体レーザが特徴的であるところは、密度を異にする量子ドットの下地が組成一様なGaAs−SCH層4になっていることである。   The feature of the semiconductor laser of Example 3 is that the underlayer of quantum dots having different densities is a GaAs-SCH layer 4 having a uniform composition.

図7乃至図10は実施例3のファブリ・ペロー型半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザの要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、図1乃至図6に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。   FIGS. 7 to 10 are sectional side views of the main part of the semiconductor laser in the process key points for explaining the process of manufacturing the Fabry-Perot type semiconductor laser of Example 3, and refer to these figures hereinafter. However, it will be explained. The symbols used in FIG. 1 to FIG. 6 represent the same parts or have the same meaning.

図7参照
(1) n型GaAs基板1上にn型GaAsバッファ層2、n型AlGaAsクラッド層3、ノンドープGaAs−SCH層4を形成する。尚、各層の寸法、不純物濃度、組成などは実施例1と全く同じである。
(1) An n-type GaAs buffer layer 2, an n-type AlGaAs cladding layer 3, and a non-doped GaAs-SCH layer 4 are formed on an n-type GaAs substrate 1. The dimensions, impurity concentration, composition, etc. of each layer are exactly the same as those in Example 1.

(2) ノンドープGaAs−SCH層4を下地層として、面密度が3.0×1010cm-2であるInAs量子ドット6Aを形成する。勿論、この場合は、量子ドット6Aの密度は一様になっている。 (2) Using the non-doped GaAs-SCH layer 4 as an underlayer, InAs quantum dots 6A having a surface density of 3.0 × 10 10 cm −2 are formed. Of course, in this case, the density of the quantum dots 6A is uniform.

(3)
量子ドット6Aを埋め込むノンドープInGaAsキャップ層6を形成する。
(3)
A non-doped InGaAs cap layer 6 for embedding the quantum dots 6A is formed.

(4)
ノンドープGaAs−SCH層7を形成してから、その上に長さL1が150μm、幅300μmのSiO2 からなるマスクパターン13を形成する。
(4)
After the non-doped GaAs-SCH layer 7 is formed, a mask pattern 13 made of SiO 2 having a length L1 of 150 μm and a width of 300 μm is formed thereon.

図8参照
(5)
ドライエッチング法を適用することに依り、マスクパターン13をマスクとしてノンドープGaAs−SCH層7、ノンドープInGaAsキャップ層6、量子ドット6Aのエッチングを行う。この工程に依り、マスクパターン13で覆われていない部分には段差部分が生成される。
Refer to FIG. 8 (5)
By applying the dry etching method, the non-doped GaAs-SCH layer 7, the non-doped InGaAs cap layer 6, and the quantum dots 6A are etched using the mask pattern 13 as a mask. According to this process, a step portion is generated in the portion not covered with the mask pattern 13.

図9参照
(6)
段差部分に表出させたノンドープGaAs−SCH層4を下地として面密度が1.5×1010cm-2であるInAs量子ドット6Aを形成する。ここで、量子ドット6Aの成長時に面密度を変えるには、前記工程(2)で適用した量子ドットの成長温度に比較して高い温度で成長するか、若しくは、InAsの供給量を少なくすることで実現できる。
Refer to FIG. 9 (6)
An InAs quantum dot 6A having a surface density of 1.5 × 10 10 cm −2 is formed using the non-doped GaAs-SCH layer 4 exposed at the step portion as a base. Here, in order to change the surface density during the growth of the quantum dots 6A, the growth is performed at a temperature higher than the growth temperature of the quantum dots applied in the step (2) or the supply amount of InAs is reduced. Can be realized.

(7)
段差部分にノンドープInGaAsキャップ層6、ノンドープGaAs−SCH層7をを積層形成する。
(7)
A non-doped InGaAs cap layer 6 and a non-doped GaAs-SCH layer 7 are stacked on the stepped portion.

図10参照
(8)
マスクパターン13を除去した後、p型AlGaAsクラッド層8、p型AlGaAsクラッド層9、p型GaAsコンタクト層10を形成する。
Refer to FIG. 10 (8)
After removing the mask pattern 13, a p-type AlGaAs cladding layer 8, a p-type AlGaAs cladding layer 9, and a p-type GaAs contact layer 10 are formed.

(9)
幅が3.0μm、長さが300μmのSiO2 からなるマスクパターンを形成し、ドライエッチング法を適用することに依り、幅Wが3.0μm、高さHが1500nmのリッジメサを形成する。
(9)
A mask pattern made of SiO 2 having a width of 3.0 μm and a length of 300 μm is formed, and a ridge mesa having a width W of 3.0 μm and a height H of 1500 nm is formed by applying a dry etching method.

(10)
リッジメサ上部にp 側電極11を、そして、n型GaAs基板側にn側電極12を形成する。
(10)
A p-side electrode 11 is formed on the ridge mesa, and an n-side electrode 12 is formed on the n-type GaAs substrate side.

(11)
最後に、量子ドットの密度が高い(3.0×1010cm-2)側の端面に反射率が90%の高反射膜HRを、そして、量子ドットの密度が低い(1.5×1010cm-2)側の端面に反射率が5%の低反射膜LRを形成する。
(11)
Finally, a high reflection film HR having a reflectance of 90% is provided on the end face on the side where the density of quantum dots is high (3.0 × 10 10 cm −2 ), and the density of quantum dots is low (1.5 × 10 10 A low reflection film LR having a reflectivity of 5% is formed on the end face on the 10 cm −2 ) side.

前記説明した実施例3は、ファブリ・ペロー型半導体レーザへの適用例であるが、実施例2で説明したようなDFB型半導体レーザへの適用も可能であり、また、実施例1乃至3はGaAs/AlGaAs系材料に於けるInAs量子ドットの形成に関して説明したが、これは他の系の材料、例えばInP/InGaAsP系、InP/AlInGaAs系などの材料であっても同様に実施することができ、更にまた、活性層である量子ドットの層は多層化されていても良く、その際、格子定数が異なる2種類以上の半導体からなる下地層も多層化されていて良い。   The third embodiment described above is an application example to a Fabry-Perot type semiconductor laser, but can also be applied to a DFB type semiconductor laser as described in the second embodiment. The formation of InAs quantum dots in a GaAs / AlGaAs-based material has been described, but this can be similarly applied to other materials such as InP / InGaAsP-based and InP / AlInGaAs-based materials. Furthermore, the quantum dot layer as the active layer may be multilayered, and in this case, the underlayer made of two or more kinds of semiconductors having different lattice constants may be multilayered.

本発明に於いては、前記説明した実施例を含め、多くの形態で実施することができ、以下、それを付記として例示する。   In the present invention, the present invention can be implemented in many forms including the above-described embodiment, which will be exemplified below as supplementary notes.

(付記1)
自己形成型量子ドットからなる活性層が形成され、一方の端面に高反射膜が、また、他方の端面に低反射膜が形成された半導体レーザに於いて、
高反射膜側に於ける量子ドットの密度が低反射膜側に於ける量子ドットの密度に比較して大きいこと
を特徴とする半導体レーザ。
(Appendix 1)
In a semiconductor laser in which an active layer composed of self-forming quantum dots is formed, a high reflection film is formed on one end face, and a low reflection film is formed on the other end face.
A semiconductor laser characterized in that the density of quantum dots on the high reflection film side is larger than the density of quantum dots on the low reflection film side.

(付記2)
レーザ共振器軸方向に於ける高反射膜側と低反射膜側とで格子定数を異にする複数の下地領域からなる自己形成型量子ドットの下地層が形成されていること
を特徴とする(付記1)記載の半導体レーザ。
(Appendix 2)
A base layer of self-formed quantum dots having a plurality of base regions having different lattice constants is formed on the high-reflection film side and the low-reflection film side in the laser cavity axis direction ( The semiconductor laser according to Appendix 1).

(付記3)
複数層の自己形成型量子ドットからなる活性層を備えてなること を特徴とする(付記1)或いは(付記2)記載の半導体レーザ。
(Appendix 3)
The semiconductor laser according to (Appendix 1) or (Appendix 2), comprising an active layer composed of a plurality of self-forming quantum dots.

(付記4)
レーザ共振器軸方向に於ける高反射膜側と低反射膜側とで格子定数を異にする複数の下地領域からなる自己形成型量子ドットの下地層及び該下地層上に生成された自己形成型量子ドットからなる活性層を一組の層として複数組の層が形成されていること
を特徴とする(付記2)記載の半導体レーザ。
(Appendix 4)
Underlayer of self-forming quantum dots composed of a plurality of underlayers having different lattice constants on the high-reflection film side and the low-reflection film side in the laser cavity axis direction, and self-formation generated on the underlayer A semiconductor laser as set forth in (Appendix 2), wherein a plurality of sets of layers are formed by using an active layer made of type quantum dots as a set of layers.

(付記5)
共振器軸方向の任意の位置にλ/4の位相シフトが形成された回折格子を備え、且つ、自己形成型量子ドットからなる活性層を備え、両端面に無反射膜が形成された分布帰還型半導体レーザに於いて、
前記位相シフトが存在する位置の近傍に於ける自己型成型量子ドットの密度が前記位相シフトが存在する位置から両端面方向に延在する自己形成型量子ドットの密度に比較して小さいこと
を特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
(Appendix 5)
Distributed feedback with a diffraction grating with a phase shift of λ / 4 formed at an arbitrary position in the resonator axis direction, an active layer made of self-forming quantum dots, and antireflection films formed on both end faces Type semiconductor laser,
The density of the self-molding quantum dots in the vicinity of the position where the phase shift exists is smaller than the density of the self-forming quantum dots extending from the position where the phase shift exists toward both end faces. A distributed feedback semiconductor laser.

(付記6)
位相シフトが存在する位置の近傍の下地領域と前記位相シフトが存在する位置から両端面方向に延在する下地領域とで格子定数を異にする2種類の半導体で構成された下地層上に自己形成型量子ドットからなる活性層が形成されてなること
を特徴とする(付記5)記載の分布帰還型半導体レーザ。
(Appendix 6)
Self-deposited on an underlying layer composed of two types of semiconductors having different lattice constants between the underlying region near the position where the phase shift exists and the underlying region extending from the position where the phase shift exists toward both end faces. The distributed feedback semiconductor laser according to (Appendix 5), wherein an active layer made of a formed quantum dot is formed.

(付記7)
複数層の自己形成型量子ドットからなる活性層を備えてなること
を特徴とする(付記5)或いは(付記6)記載の分布帰還型半導体レーザ。
(Appendix 7)
The distributed feedback semiconductor laser according to (Appendix 5) or (Appendix 6), comprising an active layer made of a plurality of self-forming quantum dots.

(付記8)
位相シフトが存在する位置の近傍の下地領域と前記位相シフトが存在する位置から両端面方向に延在する下地領域とで格子定数を異にする2種類の半導体で構成された下地層及び該下地層上に生成された自己形成型量子ドットからなる活性層を一組の層として複数組の層が形成されてなること
を特徴とする(付記6)記載の分布帰還型半導体レーザ。
(Appendix 8)
A base layer composed of two types of semiconductors having different lattice constants between a base region in the vicinity of the position where the phase shift exists and a base region extending in the direction of both end faces from the position where the phase shift exists, and the underlying layer The distributed feedback semiconductor laser according to (Appendix 6), wherein a plurality of sets of layers are formed with an active layer made of self-formed quantum dots generated on the formation as a set of layers.

本発明に依る自己形成型量子ドットを用いた半導体レーザを表す要部切断側面図である。It is a principal part cutting side view showing the semiconductor laser using the self-forming type | mold quantum dot by this invention. 図1について説明した半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザを表す要部切断側面図である。FIG. 2 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor laser at a process point for explaining a process of manufacturing the semiconductor laser described with reference to FIG. 1. 図1について説明した半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザを表す要部切断側面図である。FIG. 2 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor laser at a process point for explaining a process of manufacturing the semiconductor laser described with reference to FIG. 1. 図1について説明した半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザを表す要部切断側面図である。FIG. 2 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor laser at a process point for explaining a process of manufacturing the semiconductor laser described with reference to FIG. 1. 活性層に量子ドットを用いた分布帰還型半導体レーザに本発明を実施した例を説明する為の要部切断側面図である。It is a principal part cutting side view for demonstrating the example which implemented this invention to the distributed feedback semiconductor laser which used the quantum dot for the active layer. 実施例3のファブリ・ペロー型半導体レーザを表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a Fabry-Perot type semiconductor laser of Example 3. 実施例3のファブリ・ペロー型半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザの要部切断側面図である。FIG. 6 is a side view of a main part of a semiconductor laser cut at a process key point for explaining a process of manufacturing a Fabry-Perot type semiconductor laser of Example 3. 実施例3のファブリ・ペロー型半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザの要部切断側面図である。FIG. 6 is a side view of a main part of a semiconductor laser cut at a process key point for explaining a process of manufacturing a Fabry-Perot type semiconductor laser of Example 3. 実施例3のファブリ・ペロー型半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザの要部切断側面図である。FIG. 6 is a side view of a main part of a semiconductor laser cut at a process key point for explaining a process of manufacturing a Fabry-Perot type semiconductor laser of Example 3. 実施例3のファブリ・ペロー型半導体レーザを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける半導体レーザの要部切断側面図である。FIG. 6 is a side view of a main part of a semiconductor laser cut at a process key point for explaining a process of manufacturing a Fabry-Perot type semiconductor laser of Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 n型GaAs基板
2 n型GaAsバッファ層
3 n型Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層
4 GaAs−SCH層
5A In0.15Ga0.85As第1下地領域
5B GaAs第2下地領域
6 In0.15Ga0.85Asキャップ層
7 GaAs−SCH層
8 p型Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層
9 p型Al0.2 Ga0.8 As格子定数差緩和兼クラッド層
10 p型GaAsコンタクト層
11 p側電極
12 n側電極
HR 高反射膜
LR 低反射膜
1 n-type GaAs substrate 2 n-type GaAs buffer layer 3 n-type Al 0.4 Ga 0.6 As cladding layer 4 GaAs-SCH layer 5A In 0.15 Ga 0.85 As first base region 5B GaAs second base region 6 In 0.15 Ga 0.85 As cap layer 7 GaAs-SCH layer 8 p-type Al 0.4 Ga 0.6 As cladding layer 9 p-type Al 0.2 Ga 0.8 As lattice constant difference relaxation and cladding layer 10 p-type GaAs contact layer 11 p-side electrode 12 n-side electrode HR high reflection film LR low Reflective film

Claims (2)

自己形成型量子ドットからなる活性層が形成され、一方の端面に高反射膜が、また、他方の端面に低反射膜が形成された半導体レーザに於いて、
前記高反射膜側に於ける量子ドットの密度が前記低反射膜側に於ける量子ドットの密度に比較して大きいこと
を特徴とする半導体レーザ。
In a semiconductor laser in which an active layer composed of self-forming quantum dots is formed, a high reflection film is formed on one end face, and a low reflection film is formed on the other end face.
A semiconductor laser, wherein the density of in the quantum dots to the high reflection film side is large compared to the density of in the quantum dots to the low reflective film side.
レーザ共振器軸方向に於ける前記高反射膜側と前記低反射膜側とで格子定数を異にする複数の下地領域からなる自己形成型量子ドットの下地層が形成されていること
を特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。
And wherein the base layer of self-assembled quantum dots of a plurality of base regions having different lattice constants at the laser resonator axis direction in the high reflection film side and the low-reflection film side is formed The semiconductor laser according to claim 1.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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