WO2012046639A1 - 半導体レーザ及びその半導体レーザを備える光モジュール、光通信装置、光通信システム - Google Patents

半導体レーザ及びその半導体レーザを備える光モジュール、光通信装置、光通信システム Download PDF

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WO2012046639A1
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layer
diffraction grating
gaas
semiconductor laser
active layer
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PCT/JP2011/072501
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影山健生
西研一
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株式会社Ｑｄレーザ
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser, an optical module including the semiconductor laser, an optical communication apparatus, and an optical communication system, and more particularly, to a semiconductor laser including a diffraction grating, an optical module including the semiconductor laser, an optical communication apparatus, and an optical communication system. .
  • a semiconductor laser that emits a laser beam having a single wavelength is required.
  • a distributed feedback semiconductor laser hereinafter referred to as a DFB laser
  • Patent Document 1 discloses a DFB laser in which a diffraction grating is formed on the upper surface of a GaAs layer and an AlGaInP layer is provided so as to be embedded in the diffraction grating.
  • a DFB laser having a structure shown in Patent Document 1 is generally manufactured by performing GaAs layer growth, GaAs layer etching to form a diffraction grating, and AlGaInP layer growth to embed the diffraction grating.
  • the surface of the GaAs layer is oxidized, and the AlGaInP layer is regrown on the surface of the oxidized GaAs layer. That is, the interface between the GaAs layer and the AlGaInP layer is a regrowth interface.
  • GaAs is more easily oxidized than InGaP or the like, and a level that causes non-radiative recombination is formed at the regrowth interface that is an oxidized surface of the GaAs layer.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a semiconductor laser capable of suppressing non-radiative recombination from occurring at an interface where a diffraction grating of a GaAs layer is formed, an optical module including the semiconductor laser, and an optical communication device
  • An object of the present invention is to provide an optical communication system.
  • the present invention provides an active layer provided on a substrate and having at least a part of a band gap energy smaller than that of GaAs, and provided on the active layer to propagate light oscillated from the active layer.
  • a GaAs layer that is a waveguide; a diffraction grating provided on the top surface of the GaAs layer; a buried layer provided to embed the diffraction grating; and provided between the active layer and the diffraction grating,
  • a semiconductor laser comprising: a carrier stop layer for suppressing carrier overflow from an active layer to an interface between the GaAs layer and the buried layer.
  • the diffraction grating is provided between the active layer and the p-type cladding layer, and the carrier stop layer has a conduction band edge energy larger than that of GaAs. be able to.
  • the diffraction grating is provided between the active layer and the n-type cladding layer, and the carrier stop layer has a valence band edge energy smaller than that of GaAs. It can be.
  • the carrier stop layer may be provided between the active layer and the GaAs layer.
  • the thickness of the carrier stop layer may be 50 nm or more and 500 nm or less.
  • the carrier stop layer may be made of AlGaAs or InGaP.
  • the active layer may be a quantum well active layer or a quantum dot active layer.
  • the present invention is an optical module comprising the semiconductor laser described above. According to the present invention, since a semiconductor laser in which non-radiative recombination is suppressed at the interface where the diffraction grating of the GaAs layer is formed is used, an optical module with improved quantum efficiency and improved reliability can be obtained. Obtainable.
  • the present invention is an optical communication device comprising the semiconductor laser described above. According to the present invention, since a semiconductor laser in which non-radiative recombination is suppressed at the interface where the diffraction grating of the GaAs layer is formed is used, an optical communication device with improved quantum efficiency and improved reliability Can be obtained.
  • the present invention is an optical communication system comprising the semiconductor laser described above. According to the present invention, an optical communication system in which quantum efficiency is improved and reliability is improved because a semiconductor laser in which non-radiative recombination is suppressed at the interface where the diffraction grating of the GaAs layer is formed is used. Can be obtained.
  • FIG. 1 is an example of an energy band diagram of an epi structure included in the semiconductor laser according to Comparative Example 1.
  • FIG. 2 is an example of a perspective view of the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are examples (part 1) of perspective views illustrating the method of manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • 4A and 4B are examples (part 2) of a perspective view illustrating the method of manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 5A shows the result of the reliability test of the semiconductor laser according to Comparative Example 2
  • FIG. 5B shows the result of the reliability test of the semiconductor laser according to Example 1.
  • FIG. 6 is an example of an energy band diagram from the n-type GaAs substrate to the contact layer in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is an example of an energy band diagram of an epi structure included in the semiconductor laser according to Example 3.
  • FIG. 8 is an example of a block diagram of an optical module according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is an example of a block diagram of an optical communication apparatus according to the fifth embodiment.
  • FIG. 10 is an example of a block diagram of an optical communication system according to the sixth embodiment.
  • a semiconductor laser according to Comparative Example 1 includes an n-type AlGaAs cladding layer, an undoped GaAs waveguide layer, a multiple quantum well active layer of an InGaAs well layer and a GaAs barrier layer, and a p-type GaAs waveguide on an n-type GaAs substrate.
  • An epitaxial structure in which a layer, a p-type GaAs diffraction grating layer, a p-type InGaP buried layer, a p-type AlGaAs cladding layer, and a p-type GaAs contact layer are sequentially stacked.
  • a diffraction grating is formed on the upper surface of the diffraction grating layer, and an embedded layer is formed so as to embed the diffraction grating.
  • the diffraction grating of the semiconductor laser according to Comparative Example 1 has a growth of a p-type GaAs diffraction grating layer, etching the upper surface of the diffraction grating layer to form a diffraction grating, and a growth of a p-type InGaP buried layer so as to embed the diffraction grating. It is formed by carrying out in this order. Therefore, the interface between the diffraction grating layer and the buried layer becomes a regrowth interface.
  • FIG. 1 is an example of an energy band diagram of an epi structure of the semiconductor laser according to Comparative Example 1.
  • the band gap is equal from the p-type GaAs waveguide layer to the diffraction grating, and the magnitude of the conduction band band edge energy is equal. .
  • the electrons overflowing from the active layer to the p-type GaAs waveguide layer side reach the regrowth interface of the diffraction grating layer.
  • the diffraction grating layer is a GaAs layer
  • a level that causes non-radiative recombination is formed at the regrowth interface as described above.
  • the diffraction grating layer and the buried layer are p-type semiconductors
  • electrons that have reached the regrowth interface of the diffraction grating layer are minority carriers.
  • Such electrons, which are minority carriers recombine non-radiatively with holes, which are majority carriers, at the regrowth interface.
  • Non-radiative recombination causes thermal energy, which causes defects in the crystal. Crystal defects grow by repeated non-radiative recombination and reach the active layer.
  • FIG. 2 is an example of a perspective view of the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • an n-type GaAs buffer layer 12, an n-type AlGaAs n-type cladding layer 14, and an undoped GaAs waveguide layer 16 are sequentially stacked on a substrate 10 that is an n-type GaAs substrate.
  • a carrier stop layer 34 made of p-type AlGaAs and suppressing an overflow of electrons in the active layer 18 and a p-type GaAs waveguide layer 20 are sequentially laminated.
  • the undoped GaAs waveguide layer 16 and the p-type GaAs waveguide layer 20 are waveguides for propagating light oscillated in the active layer 18, and the carrier stop layer 34 also has a function as a waveguide.
  • a diffraction grating layer 22 made of p-type GaAs is provided on the GaAs waveguide layer 20, and the upper surface of the diffraction grating layer 22 has periodic unevenness in the waveguide direction in which light oscillated in the active layer 18 propagates.
  • a diffraction grating 26 is formed.
  • an embedded layer 24 is provided so as to embed the diffraction grating 26 made of p-type InGaP.
  • the diffraction grating layer 22 has a function as a waveguide, and the buried layer 24 has a function as a cladding.
  • a p-type AlGaAs p-type cladding layer 30 and a p-type GaAs contact layer 32 are sequentially stacked on the buried layer 24.
  • Table 1 shows the material, film thickness, dopant, and doping concentration of each layer.
  • the p-type cladding layer 30 and the contact layer 32 form a ridge portion 36.
  • a concave portion where the buried layer 24 is exposed is formed, and a BCB (bisbenzocyclobutene) film 38 is provided so as to be buried in the concave portion.
  • a p-electrode 40 in contact with the contact layer 32 is provided on the ridge portion 36 and the BCB film 38.
  • An n-electrode 42 is provided on the lower surface of the n-type GaAs substrate 10.
  • the front end surface from which the laser light stimulated and emitted by the active layer 18 emits is provided with a low reflection film (not shown) with respect to the wavelength of the laser light, and the rear end surface located on the opposite side of the front end surface is provided with a laser.
  • a highly reflective film (not shown) is provided for the wavelength of light.
  • the resonator length that is the distance between the front end face and the rear end face is, for example, 300 ⁇ m.
  • a substrate 10 which is an n-type GaAs substrate having a thickness of, for example, 450 ⁇ m and doped with Si at a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is prepared.
  • MBE molecular beam epitaxy
  • a buffer layer 12 an n-type cladding layer 14, undoped GaAs are formed on the substrate 10.
  • the waveguide layer 16, the active layer 18, the carrier stop layer 34, the p-type GaAs waveguide layer 20, and the diffraction grating layer 22 are sequentially deposited.
  • the buffer layer 12 to the diffraction grating layer 22 are continuously deposited without removing the substrate 10 from the MBE apparatus. Below, manufacture of each layer is demonstrated in detail.
  • Layer 12 is formed.
  • the n-type cladding layer 14 of n-type AlGaAs having a thickness of 1500 nm and doped with Si at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is formed on the buffer layer 12 with the growth temperature of 600 ° C.
  • an undoped GaAs waveguide layer 16 having a film thickness of 50 nm is formed on the n-type cladding layer 14 while maintaining the growth temperature at 600 ° C.
  • the growth temperature is lowered to 500 ° C., and an InAs quantum dot is supplied on the GaAs waveguide layer 16 by self-forming an InAs quantum dot.
  • a barrier layer made of GaAs having a film thickness of 30 nm is deposited thereon to embed and flatten the quantum dots. Seven such quantum dots and barrier layers are repeatedly deposited to form an active layer 18 having a quantum dot structure.
  • the growth temperature is raised to 600 ° C., and a p-type AlGaAs carrier stop layer 34 having a film thickness of 170 nm and Be doped at a concentration of 4 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 is formed on the active layer 18.
  • the p-type GaAs waveguide layer 20 having a film thickness of 30 nm and Be (beryllium) doped at a concentration of 4 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 is formed on the carrier stop layer 34 with the growth temperature of 600 ° C. Form.
  • a p-type GaAs diffraction grating layer 22 having a film thickness of 20 nm and Be doped at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is formed on the GaAs waveguide layer 20 with the growth temperature of 600 ° C. .
  • a photoresist is applied onto the diffraction grating layer 22, and then a pattern for the diffraction grating is formed using interference exposure technology. Form on photoresist. Thereafter, the diffraction grating layer 22 is wet-etched using a photoresist as a mask to form a diffraction grating 26 having a pitch of 200 nm, a depth of 20 nm, and a duty ratio of 0.5.
  • the substrate 10 is introduced into, for example, an MOCVD (metal organic vapor phase epitaxy) apparatus, and TMGa (trimethyl gallium), TMIn (trimethyl indium), PH 3 (phosphine), DMZn (dimethyl zinc) are used as raw materials.
  • MOCVD metal organic vapor phase epitaxy
  • TMGa trimethyl gallium
  • TMIn trimethyl indium
  • PH 3 phosphine
  • DMZn dimethyl zinc
  • the buried layer 24, the p-type cladding layer 30, and the contact layer 32 are sequentially deposited by MOCVD using CBr 4 (carbon tetrabromide). From the buried layer 24 to the contact layer 32, the n-type GaAs substrate 10 is continuously deposited without being taken out of the MOCVD apparatus.
  • the diffraction grating 26 is embedded and flattened on the diffraction grating layer 22 with a film thickness of 50 nm and a Zn (zinc) concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • a doped p-type InGaP buried layer 24 is formed.
  • the growth temperature is increased to 680 ° C., and a p-type cladding layer 30 of p-type AlGaAs doped with a thickness of 1500 nm and C (carbon) at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is formed on the buried layer 24.
  • a p-type GaAs contact layer 32 having a film thickness of 300 nm and C doped at a concentration of 8 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 is formed on the p-type cladding layer 30 with the growth temperature kept at 680 ° C. .
  • the substrate 10 deposited up to the contact layer 32 is taken out from the MOCVD apparatus, a photoresist is applied on the contact layer 32, and then a stripe pattern is formed on the photoresist using an exposure technique. Thereafter, the contact layer 32 and the p-type cladding layer 30 are wet-etched using a photoresist as a mask to form a ridge portion 36 composed of the p-type cladding layer 30 and the contact layer 32. Next, after the concave portions on both sides of the ridge portion 36 are filled with the BCB film 38, the substrate 10 is polished to a thickness of, for example, 150 ⁇ m.
  • a p-electrode 40 is formed on the ridge portion 36 and the BCB film 38, and an n-electrode 42 is formed on the lower surface of the substrate 10.
  • the substrate 10 is cleaved to form a resonator having a resonator length of 300 ⁇ m, and a low reflection film is formed on the front end surface of the cleaved surface that emits laser light, and a light reflection film is formed on the rear end surface.
  • a semiconductor laser is completed.
  • a semiconductor laser according to Comparative Example 2 having the layer structure shown in Table 2 that does not have the carrier stop layer 34 was manufactured by the same manufacturing method as the semiconductor laser according to Example 1.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser according to Example 1 at room temperature was 1305 nm.
  • the semiconductor laser according to Example 1 had a result that the threshold current was reduced by 15% and the differential quantum efficiency was improved by 12% compared with the semiconductor laser according to Comparative Example 2.
  • a reliability test was performed on the semiconductor laser according to Example 1 and the semiconductor laser according to Comparative Example 2.
  • the reliability test was performed by performing a constant light output drive of 15 mW under APC (Automatic Power Control) control in a temperature environment of 85 ° C.
  • APC Automatic Power Control
  • a reliability test was performed on eight elements.
  • FIG. 5A shows the result of the reliability test of the semiconductor laser according to Comparative Example 2
  • FIG. 5B shows the result of the reliability test of the semiconductor laser according to Example 1.
  • the horizontal axis represents drive time (arbitrary coordinates)
  • the vertical axis represents drive current (arbitrary coordinates).
  • FIG. 5A in the semiconductor laser according to Comparative Example 2, an increase in drive current that appears to be a sudden failure occurs in two of the eight elements, and the drive current increases in other elements as the drive time elapses. As a result, satisfactory reliability was not obtained.
  • FIG. 6 is an example of an energy band diagram from the substrate 10 to the contact layer 32 in FIG.
  • the carrier stop layer 34 provided between the active layer 18 and the diffraction grating 26 is made of AlGaAs, the band gap energy is larger than that of the GaAs waveguide layer 20 and the conduction band edge. Energy is big. For this reason, it is difficult for the electrons of the active layer 18 to exceed the carrier stop layer 34, and the arrival of the regrown interface of the diffraction grating layer 22 is suppressed. That is, the carrier stop layer 34 functions to suppress the overflow of electrons from the active layer 18 to the interface between the diffraction grating layer 22 and the buried layer 24.
  • the p-type GaAs waveguide layer 20 and the p-type GaAs diffraction grating layer 22 are provided on the active layer 18 provided on the substrate 10.
  • a diffraction grating 26 is formed on the upper surface.
  • a p-type InGaP buried layer 24 is provided so as to embed the diffraction grating 26, and a p-type cladding layer 30 is provided on the buried layer 24. That is, the diffraction grating 26 is provided between the active layer 18 and the p-type cladding layer 30.
  • a carrier stop layer 34 having a conduction band edge energy larger than that of GaAs is provided between the active layer 18 and the diffraction grating 26.
  • the carrier stop layer 34 is an AlGaAs layer having an Al composition ratio of 0.2 as shown in Table 1, but is not limited thereto.
  • the carrier stop layer 34 only needs to have conduction band edge energy that is large enough to prevent electrons in the active layer 18 from exceeding the carrier stop layer 34 during high-temperature operation or the like. Therefore, when the carrier stop layer 34 is an AlGaAs layer, for example, the Al composition ratio is preferably 0.1 or more and less than 1, and more preferably 0.1 or more and 0.4 or less.
  • the conduction band edge offset amount which is the difference between the conduction band edge energy of the carrier stop layer 34 and the conduction band edge energy of GaAs, is preferably, for example, 70 meV or more, and more preferably 140 meV or more. .
  • the thickness of the carrier stop layer 34 is preferably not less than a thickness that does not allow electrons in the active layer 18 to tunnel, for example, preferably 50 nm or more, and more preferably 150 nm or more. Further, since the distance between the active layer 18 and the diffraction grating 26 is designed based on the optical confinement coefficient ⁇ , the coupling coefficient ⁇ , and the like, considering the optical confinement coefficient ⁇ , the coupling coefficient ⁇ , and the like, The distance from the diffraction grating 26 is 1 ⁇ m or less. Accordingly, the thickness of the carrier stop layer 34 provided between the active layer 18 and the diffraction grating 26 is 1 ⁇ m or less.
  • the thickness of the carrier stop layer 34 is preferably thin.
  • the thickness is preferably 500 nm or less, and more preferably 300 nm or less. From the above, the thickness of the carrier stop layer 34 is preferably 50 nm or more and 500 nm or less, and more preferably 150 nm or more and 300 nm or less.
  • the carrier stop layer 34 is provided between the active layer 18 and the GaAs waveguide layer 20 as an example, but the carrier stop layer 34 may be provided so as to be sandwiched between the GaAs waveguide layers 20. That is, the GaAs waveguide layer 20, the carrier stop layer 34, and the GaAs waveguide layer 20 may be stacked on the active layer 18 in this order. However, if the carrier stop layer 34 is provided in contact with the active layer 18, it is possible to suppress the leakage of electrons from the active layer 18 to the outside of the active layer 18, thereby improving quantum efficiency. Therefore, the carrier stop layer 34 is preferably provided between the active layer 18 and the GaAs waveguide layer 20.
  • the carrier stop layer 34 and the GaAs waveguide layer 20 are stacked in this order on the active layer 18. Further, by adopting a structure in which the carrier stop layer 34 and the GaAs waveguide layer 20 are sequentially laminated on the active layer 18, the number of times of changing the growth conditions during the thin film growth can be reduced, and the manufacture becomes easy.
  • the buried layer 24 is not limited to being made of InGaP, but may be made of a material having a band gap larger than that of GaAs and causing a difference in refractive index from that of GaAs, for example, made of AlGaAs. Thereby, a refractive index modulation type diffraction grating is obtained.
  • the active layer 18 is a quantum dot active layer composed of an InAs quantum dot and a GaAs barrier layer provided so as to cover the quantum dot is shown as an example, but is not limited thereto. Since the GaAs waveguide layers 16 and 20 are provided so as to sandwich the active layer 18, the active layer 18 only needs to have a band gap energy smaller than the band gap energy of GaAs at least in part. The wavelength of the light oscillated from the layer 18 may be longer than that of GaAs.
  • InAs quantum dots InGaAs quantum dots, GaInNAs quantum dots, and GaInNAsSb quantum dots can be used.
  • the barrier layer is preferably made of GaAs made of the same material as the GaAs waveguide layers 16 and 20.
  • the carrier stop layer 34 is shown as an example of AlGaAs, the carrier stop layer 34 is more than the conduction band edge energy of GaAs so that the electrons of the active layer 18 can be prevented from reaching the regrowth interface of the diffraction grating layer 22. Any material having a large conduction band edge energy may be used. For example, InGaP can be used for the carrier stop layer 34.
  • the case where the GaAs waveguide layer 16 and the GaAs waveguide layer 20 are provided so as to sandwich the active layer 18 from above and below is shown as an example.
  • the waveguide layer 16 may not be provided.
  • the semiconductor laser according to Example 2 is a case where the active layer 18 is a multiple quantum well active layer.
  • the active layer 18 has a multiple quantum well structure in which two layers of InGaAs well layers and GaAs barrier layers are alternately stacked.
  • the dopant of the carrier stop layer 34, the GaAs waveguide layer 20, and the diffraction grating layer 22 is C.
  • the resonator length is 800 ⁇ m. Except for these points, the structure is the same as that of the semiconductor laser according to Example 1 shown in FIG. Table 3 shows the material, film thickness, dopant, and doping concentration of each layer of the semiconductor laser according to Example 2.
  • a substrate 10 that is an n-type GaAs substrate having a thickness of, for example, 450 ⁇ m and doped with Si (silicon) at a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is prepared.
  • a buffer layer 12 is formed on the substrate 10 by MOCVD using TMGa, TMAl (trimethylaluminum), TMIn, AsH 3 (arsine) as raw materials and SiH 4 (silane), CBr 4 , DMZn as dopants.
  • the n-type cladding layer 14, the undoped GaAs waveguide layer 16, the active layer 18, the carrier stop layer 34, the p-type GaAs waveguide layer 20, and the diffraction grating layer 22 are sequentially deposited.
  • the buffer layer 12 to the diffraction grating layer 22 are continuously deposited without removing the substrate 10 from the MOCVD apparatus. Below, each layer is demonstrated in detail.
  • n-type GaAs buffer layer 12 is formed on the substrate 10 at a growth temperature of 690 ° C., a film thickness of 500 nm, and Si doped at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the n-type clad layer 14 of n-type AlGaAs having a thickness of 1500 nm and doped with Si at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is formed on the buffer layer 12 with the growth temperature of 690 ° C.
  • an undoped GaAs waveguide layer 16 having a film thickness of 50 nm is formed on the n-type cladding layer 14 with the growth temperature kept at 690 ° C.
  • the growth temperature is lowered to 560 ° C., and an InGaAs well layer having a thickness of 6 nm and a GaAs barrier layer having a thickness of 30 nm are repeatedly deposited on the GaAs waveguide layer 16 to have a multiple quantum well structure.
  • An active layer 18 is formed. Thereafter, the growth temperature is raised to 630 ° C., and a p-type AlGaAs carrier stop layer 34 having a film thickness of 170 nm and C doped at a concentration of 4 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 is formed on the active layer 18.
  • the p-type GaAs waveguide layer 20 having a film thickness of 30 nm and C doped at a concentration of 4 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 is formed on the carrier stop layer 34 with the growth temperature of 630 ° C.
  • the p-type GaAs diffraction grating layer 22 having a film thickness of 20 nm and C doped at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is formed on the GaAs waveguide layer 20 with the growth temperature of 630 ° C. .
  • the substrate 10 deposited up to the diffraction grating layer 22 is taken out from the MOCVD apparatus, and after applying a photoresist on the diffraction grating layer 22, a pattern for the diffraction grating is formed on the photoresist using an interference exposure technique. Thereafter, the diffraction grating layer 22 is wet-etched using a photoresist as a mask to form a diffraction grating 26 having a pitch of 310 nm, a depth of 20 nm, and a duty ratio of 0.5.
  • the substrate 10 is again introduced into the MOCVD apparatus, and the buried layer 24, the p-type cladding layer 30, and the contact layer 32 are sequentially deposited.
  • the buried layer 24 to the contact layer 32 are continuously deposited without removing the substrate 10 from the MOCVD apparatus.
  • the diffraction grating 26 is embedded and planarized so that the film thickness is 50 nm and Zn is doped at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3.
  • a p-type InGaP buried layer 24 is formed.
  • the upper surface of the diffraction grating layer 22 on which the diffraction grating 26 is formed is oxidized, and a buried layer 24 is formed on the upper surface of the oxidized diffraction grating layer 22.
  • the interface with the buried layer 24 becomes a regrowth interface.
  • the growth temperature is raised to 680 ° C., and a p-type cladding layer 30 of p-type AlGaAs doped with a film thickness of 1500 nm and C of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is formed on the buried layer 24.
  • a p-type GaAs contact layer 32 having a film thickness of 800 nm and C doped at a concentration of 8 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 is formed on the p-type cladding layer 30 with the growth temperature of 680 ° C.
  • the substrate 10 deposited up to the contact layer 32 is taken out from the MOCVD apparatus, and after applying a photoresist on the contact layer 32, a stripe pattern is formed on the photoresist using an exposure technique. Thereafter, the contact layer 32 and the p-type cladding layer 30 are wet-etched using a photoresist as a mask to form a ridge portion 36 composed of the p-type cladding layer 30 and the contact layer 32. Next, after the BCB film 38 is embedded in the concave portions on both sides of the ridge portion 36, the substrate 10 is polished to a thickness of 150 ⁇ m, for example.
  • a p-electrode 40 is formed on the ridge portion 36 and the BCB film 38, and an n-electrode 42 is formed on the lower surface of the substrate 10.
  • the substrate 10 is cleaved to form a resonator having a resonator length of 800 ⁇ m, and a low reflection film (not shown) is provided on the front end face of the cleaved face that emits laser light, and a high reflection film (not shown) is provided on the rear end face.
  • the semiconductor laser according to Example 2 is completed.
  • a semiconductor laser according to Comparative Example 3 having a layer structure shown in Table 4 that does not have the carrier stop layer 34 was manufactured by the same manufacturing method as the semiconductor laser according to Example 2.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser according to Example 2 at room temperature was 1063 nm. Further, the semiconductor laser according to Example 2 had a result that the threshold current was reduced by 21% and the differential quantum efficiency was improved by 14% compared with the semiconductor laser according to Comparative Example 3. Also, the semiconductor laser according to Example 2 was sufficiently reliable as with the semiconductor laser according to Example 1.
  • the active layer 18 is a quantum well active layer having a quantum well structure, a conduction band larger than the conduction band edge energy of GaAs between the active layer 18 and the diffraction grating 26.
  • the carrier stop layer 34 having edge energy, it is possible to suppress non-radiative recombination at the regrowth interface of the diffraction grating layer 22 made of GaAs.
  • the active layer 18 is a quantum well active layer composed of an InGaAs well layer and a GaAs barrier layer.
  • the present invention is not limited to this.
  • the active layer 18 is a multi-quantum well active layer having two layers. However, the active layer 18 may be a multi-quantum well active layer having two or more layers such as three or four layers. A single quantum well active layer may be used.
  • Example 1 the diffraction grating layer 22 is formed by the MBE method, and in Example 2, the diffraction grating layer 22 is formed by the MOCVD method.
  • the diffraction grating layer 22 made of GaAs is used. A level that causes non-radiative recombination is formed at the regrowth interface.
  • the carrier stop layer 34 having a conduction band edge energy larger than that of GaAs between the active layer 18 and the diffraction grating 26, the diffraction grating layer made of GaAs. It is possible to suppress non-radiative recombination at 22 regrowth interfaces.
  • the semiconductor laser according to Example 3 is a case where the diffraction grating 26 is provided between the active layer 18 and the n-type cladding layer 14.
  • the semiconductor laser according to Example 3 includes a p-type GaAs substrate 10, a p-type GaAs buffer layer 12, a p-type AlGaAs p-type cladding layer 30, an undoped GaAs waveguide layer 16, and an InAs quantum dot.
  • Active layer 18 having a quantum dot layer of GaAs and a GaAs barrier layer, n-type AlGaAs carrier stop layer 34, n-type GaAs waveguide layer 20, n-type GaAs diffraction grating layer 22, and n-type InGaP buried layer 24 , An n-type AlGaAs n-type cladding layer 14 and an n-type GaAs contact layer 32 are sequentially stacked.
  • a diffraction grating 26 having periodic unevenness is formed in the waveguide direction in which light oscillated in the active layer 18 propagates.
  • the buried layer 24 is embedded so as to embed the diffraction grating 26. Is provided.
  • the perspective view of the semiconductor laser according to the third embodiment is the same as the perspective view of the semiconductor laser according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 7 is an example of an energy band diagram of the epi structure of the semiconductor laser according to Example 3.
  • a carrier stop layer 34 having a band gap energy larger than GaAs and a valence band edge energy smaller than that of GaAs is provided between the active layer 18 and the diffraction grating 26. This suppresses the holes in the active layer 18 from reaching the regrowth interface of the diffraction grating layer 22.
  • the diffraction grating 26 is provided between the active layer 18 and the n-type cladding layer 14, and the valence band is higher than that of GaAs between the active layer 18 and the diffraction grating 26.
  • a carrier stop layer 34 having a small edge energy is provided.
  • Example 3 the case where the active layer 18 has a quantum dot structure as in Example 1 has been described as an example. However, as in Example 2, the active layer 18 may have a quantum well structure.
  • Example 4 is an example of an optical module including the semiconductor laser according to any one of Examples 1 to 3.
  • FIG. 8 is an example of a block diagram of an optical module according to the fourth embodiment.
  • the optical module 200 includes the semiconductor laser 100 according to any one of the first to third embodiments, an optical waveguide unit 210, and an optical modulation unit 220.
  • Laser light emitted from the semiconductor laser 100 is guided to the light modulation unit 220 through the optical waveguide unit 210.
  • the light modulator 220 modulates the incident light.
  • the modulated light is incident on the single mode fiber optically coupled by the optical fiber coupling unit 230 through the optical waveguide unit 210 and propagates in the single mode fiber.
  • the semiconductor laser 100 in which non-radiative recombination is suppressed at the regrowth interface of the diffraction grating layer 22 made of GaAs is used, quantum efficiency is improved and reliability is improved.
  • An optical module can be obtained.
  • Example 5 is an example of an optical communication apparatus including the optical module according to Example 4.
  • FIG. 9 is an example of a block diagram of an optical communication apparatus according to the fifth embodiment.
  • the optical communication device 300 includes the optical module 200 according to the fourth embodiment that functions as a transmission unit, a reception unit 310, and a control unit 320.
  • the optical module 200 converts the transmission data signal from the control unit 320 into light and emits it.
  • the emitted light enters the single mode fiber and propagates through the single mode fiber.
  • the receiving unit 310 receives the light propagating through the single mode fiber and outputs the received data to the control unit 320 as received data.
  • Example 5 since the semiconductor laser 100 in which non-radiative recombination is suppressed at the regrowth interface of the diffraction grating layer 22 made of GaAs is used, quantum efficiency is improved and reliability is improved. An optical communication device can be obtained.
  • Example 6 is an example of an optical communication system including the optical communication apparatus according to Example 5.
  • FIG. 10 is an example of a block diagram of an optical communication system according to the sixth embodiment.
  • the optical communication system 400 includes a single optical communication device 300a, a second optical communication device 300b, and a single optical device that connects the first optical communication device 300a and the second optical communication device 300b.
  • Mode fiber 410 The first optical communication device 300a includes an optical module 200a, a receiving unit 310a, and a control unit 320a.
  • the second optical communication device 300b includes an optical module 200b, a receiving unit 310b, and a control unit 320b.
  • the optical module 200a of the first optical communication apparatus 300a converts the transmission data signal from the control unit 320a into light and emits the light, the emitted light propagates through the single mode fiber 410, and the second light Light is received by the receiving unit 310b of the communication device 300b.
  • received data is output to the control unit 320b.
  • the optical module 200b of the second optical communication device 300b converts the transmission data signal from the control unit 320b into light and emits it, the emitted light propagates through the single mode fiber 410, and the first Light is received by the receiving unit 310a of the optical communication device 300a.
  • reception data is output to the control unit 320a. Thereby, data communication can be performed between the first optical communication device 300a and the second optical communication device 300b.
  • Example 6 since the semiconductor laser 100 in which non-radiative recombination is suppressed at the regrowth interface of the diffraction grating layer 22 made of GaAs is used, quantum efficiency is improved and reliability is improved. An optical communication system can be obtained.
  • the optical communication system 400 that performs data communication using the single mode fiber 410 between the first optical communication device 300a and the second optical communication device 300b is an FTTH (Fiber To The Home). And is preferably used for an optical communication backbone network.
  • the first optical communication device 300a and the second optical communication device 300b may perform data communication by receiving light emitted into the space without using the single mode fiber 410.
  • the first optical communication device 300a and the second optical communication device 300b can be personal computers, for example, and one of the first optical communication device 300a and the second optical communication device 300b is A personal computer may be used, and the other may be an electronic device such as a mobile phone, a digital camera, or a video camera, or a projector.

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Abstract

　本発明は、基板１０上に設けられ、ＧａＡｓのバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを少なくとも一部に有する活性層１８と、活性層１８上に設けられ、活性層１８から発振される光を伝搬する導波路であるＧａＡｓ層（ＧａＡｓ導波路層２０及び回折格子層２２）と、回折格子層２２の上面に設けられた回折格子２６と、回折格子２６を埋め込むように設けられた埋め込み層２４と、活性層１８と回折格子２６との間に設けられ、活性層１８から回折格子層２２と埋め込み層２４との界面へのキャリアのオーバーフローを抑制するキャリアストップ層３４と、を備える半導体レーザである。

Description

半導体レーザ及びその半導体レーザを備える光モジュール、光通信装置、光通信システム
　本発明は、半導体レーザ及びその半導体レーザを備える光モジュール、光通信装置、光通信システムに関し、特に、回折格子を備えた半導体レーザ及びその半導体レーザを備える光モジュール、光通信装置、光通信システムに関する。
　光ファイバの分散による伝送信号劣化を低減するため、単一波長のレーザ光が出射される半導体レーザが求められている。このような半導体レーザとして、活性層で発振された光を、回折格子でのブラッグ反射を利用して、動的単一モードを実現する分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザ）が知られている。例えば特許文献１には、ＧａＡｓ層の上面に回折格子が形成され、回折格子に埋め込まれるようにＡｌＧａＩｎＰ層が設けられたＤＦＢレーザが開示されている。
特開２００７－２９９７９１号公報
　特許文献１に示す構造のＤＦＢレーザは、一般的に、ＧａＡｓ層の成長、ＧａＡｓ層をエッチングして回折格子の形成、回折格子を埋め込むようにＡｌＧａＩｎＰ層の成長、の順に実施することで作製される。このため、ＧａＡｓ層の表面は酸化されてしまい、酸化されたＧａＡｓ層の表面上にＡｌＧａＩｎＰ層が再成長されることになる。つまり、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＩｎＰ層との界面は再成長界面となる。ＧａＡｓは例えばＩｎＧａＰ等と比べて酸化され易く、ＧａＡｓ層の酸化された面である再成長界面には非発光再結合をするような準位が形成されてしまう。このため、活性層のキャリアがオーバーフローしてＧａＡｓ層の再成長界面に到達すると、ＧａＡｓ層の再成長界面で非発光再結合が起こり、その結果、量子効率の低下、信頼性の低下等が生じてしまう。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面で非発光再結合が生じることを抑制可能な半導体レーザ及びその半導体レーザを備える光モジュール、光通信装置、光通信システムを提供することを目的とする。
　本発明は、基板上に設けられ、ＧａＡｓのバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを少なくとも一部に有する活性層と、前記活性層上に設けられ、前記活性層から発振される光を伝搬する導波路であるＧａＡｓ層と、前記ＧａＡｓ層の上面に設けられた回折格子と、前記回折格子を埋め込むように設けられた埋め込み層と、前記活性層と前記回折格子との間に設けられ、前記活性層から前記ＧａＡｓ層と前記埋め込み層との界面へのキャリアのオーバーフローを抑制するキャリアストップ層と、を備えることを特徴とする半導体レーザである。本発明によれば、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面に活性層からのキャリアが到達することを抑制できるため、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面で、マイノリティキャリアとマジョリティキャリアとが非発光再結合することを抑制できる。
　上記構成において、前記回折格子は、前記活性層とｐ型クラッド層との間に設けられ、前記キャリアストップ層は、ＧａＡｓの伝導帯バンド端エネルギーよりも大きい伝導帯バンド端エネルギーを有する構成とすることができる。
　上記構成において、前記回折格子は、前記活性層とｎ型クラッド層との間に設けられ、前記キャリアストップ層は、ＧａＡｓの価電子帯バンド端エネルギーよりも小さい価電子帯バンド端エネルギーを有する構成とすることができる。
　上記構成において、前記キャリアストップ層は、前記活性層と前記ＧａＡｓ層との間に設けられている構成とすることができる。
　上記構成において、前記キャリアストップ層の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である構成とすることができる。
　上記構成において、前記キャリアストップ層は、ＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰからなる構成とすることができる。
　上記構成において、前記活性層は、量子井戸活性層又は量子ドット活性層である構成とすることができる。
　本発明は、上記記載の半導体レーザを備えることを特徴とする光モジュールである。本発明によれば、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面で非発光再結合することが抑制された半導体レーザを用いているため、量子効率の向上、信頼性の向上がなされた光モジュールを得ることができる。
　本発明は、上記記載の半導体レーザを備えることを特徴とする光通信装置である。本発明によれば、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面で非発光再結合することが抑制された半導体レーザを用いているため、量子効率の向上、信頼性の向上がなされた光通信装置を得ることができる。
　本発明は、上記記載の半導体レーザを備えることを特徴とする光通信システムである。本発明によれば、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面で非発光再結合することが抑制された半導体レーザを用いているため、量子効率の向上、信頼性の向上がなされた光通信システムを得ることができる。
　本発明によれば、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面に活性層からのキャリアが到達することを抑制できるため、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面で、マイノリティキャリアとマジョリティキャリアとが非発光再結合することを抑制できる。
図１は、比較例１に係る半導体レーザが有するエピ構造のエネルギーバンド図の例である。 図２は、実施例１に係る半導体レーザの斜視図の例である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザの製造方法を示す斜視図の例（その１）である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザの製造方法を示す斜視図の例（その２）である。 図５（ａ）は、比較例２に係る半導体レーザの信頼性試験の結果であり、図５（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザの信頼性試験の結果である。 図６は、図２におけるｎ型ＧａＡｓ基板からコンタクト層にかけてのエネルギーバンド図の例である。 図７は、実施例３に係る半導体レーザが有するエピ構造のエネルギーバンド図の例である。 図８は、実施例４に係る光モジュールのブロック図の例である。 図９は、実施例５に係る光通信装置のブロック図の例である。 図１０は、実施例６に係る光通信システムのブロック図の例である。
　まず、比較例１に係る半導体レーザについて説明する。比較例１に係る半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、アンドープＧａＡｓ導波路層、ＩｎＧａＡｓの井戸層とＧａＡｓのバリア層との多重量子井戸活性層、ｐ型ＧａＡｓ導波路層、ｐ型ＧａＡｓの回折格子層、ｐ型ＩｎＧａＰの埋め込み層、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層が順次積層されたエピ構造を有している。回折格子層の上面には回折格子が形成され、回折格子を埋め込むように埋め込み層が形成されている。
　比較例１に係る半導体レーザの回折格子は、ｐ型ＧａＡｓの回折格子層の成長、回折格子層の上面をエッチングして回折格子の形成、回折格子を埋め込むようにｐ型ＩｎＧａＰの埋め込み層の成長、の順に実施することで形成される。したがって、回折格子層と埋め込み層との界面は再成長界面となる。
　図１は、比較例１に係る半導体レーザが有するエピ構造のエネルギーバンド図の例である。図１のように、回折格子層とｐ型ＧａＡｓ導波路層とは共にＧａＡｓからなるため、ｐ型ＧａＡｓ導波路層から回折格子まではバンドギャップが等しく、伝導帯バンド端エネルギーの大きさが等しい。このため、例えば高温動作時等において、活性層からｐ型ＧａＡｓ導波路層側にオーバーフローした電子が、回折格子層の再成長界面に到達するようになる。
　回折格子層はＧａＡｓ層であるため、前述したように、再成長界面に非発光再結合をするような準位が形成されてしまう。また、回折格子層と埋め込み層はｐ型半導体であるため、回折格子層の再成長界面に到達した電子はマイノリティキャリアである。このようなマイノリティキャリアである電子が、再成長界面にて、マジョリティキャリアである正孔と非発光再結合をすることとなる。非発光再結合をすることで熱エネルギーが生じ、この熱エネルギーにより結晶に欠陥が生じてしまう。結晶欠陥は、非発光再結合が繰り返されることで増殖して、活性層にまで到達する。活性層には電子と正孔が多数存在するため、これら電子と正孔の非発光再結合により、活性層で結晶欠陥が一気に増殖してしまい、半導体レーザが故障してしまう場合がある。そこで、このようなメカニズムによる半導体レーザの故障を解決すべく、ＧａＡｓ層の回折格子が形成された界面で非発光再結合が生じることを抑制することが可能な実施例について説明する。
　図２は、実施例１に係る半導体レーザの斜視図の例である。図２のように、ｎ型ＧａＡｓ基板である基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓのバッファ層１２、ｎ型ＡｌＧａＡｓのｎ型クラッド層１４、アンドープのＧａＡｓ導波路層１６が順次積層されている。ＧａＡｓ導波路層１６上には、ＩｎＡｓの量子ドットと量子ドットを覆うように設けられたＧａＡｓのバリア層とからなる量子ドット層が７層積層された量子ドット活性層である活性層１８が設けられている。
　活性層１８上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなり活性層１８の電子のオーバーフローを抑制するキャリアストップ層３４、ｐ型のＧａＡｓ導波路層２０が順次積層されている。アンドープのＧａＡｓ導波路層１６及びｐ型のＧａＡｓ導波路層２０は活性層１８で発振される光を伝搬する導波路であり、また、キャリアストップ層３４も導波路としての機能を有する。ＧａＡｓ導波路層２０上に、ｐ型ＧａＡｓからなる回折格子層２２が設けられ、回折格子層２２の上面には、活性層１８で発振される光が伝搬する導波方向に周期的な凹凸からなる回折格子２６が形成されている。回折格子層２２上に、ｐ型ＩｎＧａＰからなり回折格子２６を埋め込むように埋め込み層２４が設けられている。なお、回折格子層２２は導波路としての機能を有し、埋め込み層２４はクラッドとしての機能を有する。
　埋め込み層２４上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓのｐ型クラッド層３０、ｐ型ＧａＡｓ層のコンタクト層３２が順次積層されている。各層の材料、膜厚、ドーパント、及びドーピング濃度について表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ｐ型クラッド層３０及びコンタクト層３２は、リッジ部３６を形成している。リッジ部３６の両側には埋め込み層２４が露出する凹部が形成され、凹部に埋め込まれるようにＢＣＢ（ビスベンゾシクロブテン）膜３８が設けられている。リッジ部３６上及びＢＣＢ膜３８上に、コンタクト層３２に接するｐ電極４０が設けられている。ｎ型ＧａＡｓ基板１０の下面にはｎ電極４２が設けられている。
　活性層１８で誘導放出されたレーザ光が出射する前端面には、レーザ光の波長に対して低反射膜（不図示）が設けられ、前端面の反対側に位置する後端面には、レーザ光の波長に対して高反射膜（不図示）が設けられている。前端面と後端面との間隔である共振器長は、例えば３００μｍである。
　次に、図３（ａ）から図４（ｂ）を用いて、実施例１に係る半導体レーザの製造方法を説明する。まず、厚さが例えば４５０μｍで、Ｓｉが２×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｎ型ＧａＡｓ基板である基板１０を準備する。次いで、例えば原料にＡｓ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎを、ドーパントにＳｉ、Ｂｅを用いたＭＢＥ（分子線エピタキシー）法にて、基板１０上に、バッファ層１２、ｎ型クラッド層１４、アンドープのＧａＡｓ導波路層１６、活性層１８、キャリアストップ層３４、ｐ型のＧａＡｓ導波路層２０、回折格子層２２を順次堆積する。バッファ層１２から回折格子層２２までは、基板１０をＭＢＥ装置から取り出すことなく連続して堆積する。以下に、各層の製造について詳しく説明する。
　図３（ａ）のように、基板１０上に、成長温度６００℃にて、膜厚が５００ｎｍで、Ｓｉ（シリコン）が１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｎ型ＧａＡｓのバッファ層１２を形成する。続いて、成長温度６００℃のまま、バッファ層１２上に、膜厚が１５００ｎｍで、Ｓｉが１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｎ型ＡｌＧａＡｓのｎ型クラッド層１４を形成する。続いて、成長温度６００℃のまま、ｎ型クラッド層１４上に、膜厚が５０ｎｍで、アンドープのＧａＡｓ導波路層１６を形成する。
　図３（ｂ）のように、成長温度を５００℃に下げ、ＧａＡｓ導波路層１６上に、０．８ｎｍ膜厚相当の量のＩｎＡｓを供給してＩｎＡｓの量子ドットを自己形成し、量子ドット上に膜厚が３０ｎｍのＧａＡｓからなるバリア層を堆積して量子ドットを埋め込み平坦化させる。このような量子ドットとバリア層とを７層繰り返し堆積して量子ドット構造を有する活性層１８を形成する。次いで、成長温度を６００℃に上げ、活性層１８上に、膜厚が１７０ｎｍで、Ｂｅが４×１０１７ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＡｌＧａＡｓのキャリアストップ層３４を形成する。続いて、成長温度６００℃のまま、キャリアストップ層３４上に、膜厚が３０ｎｍで、Ｂｅ（ベリリウム）が４×１０１７ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型のＧａＡｓ導波路層２０を形成する。続いて、成長温度６００℃のまま、ＧａＡｓ導波路層２０上に、膜厚が２０ｎｍで、Ｂｅが１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＧａＡｓの回折格子層２２を形成する。
　図４（ａ）のように、回折格子層２２まで堆積した基板１０をＭＢＥ装置から取り出し、回折格子層２２上にフォトレジストを塗布した後、干渉露光技術を用いて、回折格子用のパターンをフォトレジストに形成する。その後、フォトレジストをマスクに回折格子層２２をウエットエッチングして、ピッチが２００ｎｍ、深さが２０ｎｍ、デューティ比が０．５の回折格子２６を形成する。
　回折格子２６を形成した後、基板１０を例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置に導入し、原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＰＨ３（ホスフィン）、ＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）、ＣＢｒ４（四臭化炭素）、を用いたＭＯＣＶＤ法にて、埋め込み層２４、ｐ型クラッド層３０、コンタクト層３２を順次堆積する。埋め込み層２４からコンタクト層３２までは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０をＭＯＣＶＤ装置から取り出すことなく連続して堆積する。具体的には、成長温度６４０℃にて、回折格子２６を埋め込み平坦になるよう、回折格子層２２上に、膜厚が５０ｎｍで、Ｚｎ（亜鉛）が１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＩｎＧａＰの埋め込み層２４を形成する。このような製造工程により、回折格子層２２の回折格子２６が形成された上面は酸化され、酸化された回折格子層２２の上面に埋め込み層２４が形成されることになり、回折格子層２２と埋め込み層２４との界面は再成長界面となる。次いで、成長温度を６８０℃に上げ、埋め込み層２４上に、膜厚が１５００ｎｍで、Ｃ（炭素）が１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＡｌＧａＡｓのｐ型クラッド層３０を形成する。続いて、成長温度を６８０℃のまま、ｐ型クラッド層３０上に、膜厚が３００ｎｍで、Ｃが８×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＧａＡｓのコンタクト層３２を形成する。
　図４（ｂ）のように、コンタクト層３２まで堆積した基板１０をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、コンタクト層３２上にフォトレジストを塗布した後、露光技術を用いて、ストライプパターンをフォトレジストに形成する。その後、フォトレジストをマスクにコンタクト層３２とｐ型クラッド層３０とをウエットエッチングして、ｐ型クラッド層３０とコンタクト層３２とからなるリッジ部３６を形成する。次いで、リッジ部３６両側の凹部をＢＣＢ膜３８で埋め込んだ後、基板１０を例えば１５０μｍの厚さまで研磨する。その後、リッジ部３６上及びＢＣＢ膜３８上にｐ電極４０を形成し、基板１０の下面にｎ電極４２を形成する。最後に、基板１０を劈開して共振器長３００μｍの共振器とし、劈開面のうちレーザ光を出射する前端面に低反射膜を、後端面に光反射膜を形成して、実施例１に係る半導体レーザが完成する。
　ここで、比較のために、キャリアストップ層３４を有さない、表２に示す層構造の比較例２に係る半導体レーザを、実施例１に係る半導体レーザと同様の製造方法により作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実施例１に係る半導体レーザの室温での発振波長は１３０５ｎｍであった。また、実施例１に係る半導体レーザは、比較例２に係る半導体レーザに比べて、閾値電流は１５％低下し、微分量子効率は１２％向上した結果が得られた。
　次に、実施例１に係る半導体レーザと比較例２に係る半導体レーザについて、信頼性試験を実施した。信頼性試験は、８５℃の温度環境下において、ＡＰＣ（Automatic Power Control）制御による１５ｍＷの一定の光出力駆動を行うことで実施した。また、実施例１に係る半導体レーザ及び比較例２に係る半導体レーザ共に、８つの素子を対象に信頼性試験を実施した。
　図５（ａ）は、比較例２に係る半導体レーザの信頼性試験の結果であり、図５（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザの信頼性試験の結果である。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、横軸は駆動時間（任意座標）であり、縦軸は駆動電流（任意座標）である。図５（ａ）のように、比較例２に係る半導体レーザでは、８素子中の２素子について突発故障と見られる駆動電流増加が起こり、他の素子においても駆動時間の経過と共に駆動電流の増加が見られ、満足な信頼性が得られない結果となった。故障した素子の断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で観察したところ、再成長界面である回折格子２６周辺に結晶欠陥の増殖が見られ、その一部が活性層１８に到達し、活性層１８において結晶欠陥が一気に増殖していることが確認できた。このような結晶欠陥の増殖は、比較例１に係る半導体レーザで述べたメカニズムによるものである。
　一方、図５（ｂ）のように、実施例１に係る半導体レーザでは、８素子全てにおいて駆動電流の増加は見られず、ほぼ一定の駆動電流を維持し、十分な信頼性が得られた結果となった。また、素子の断面をＴＥＭで観察すると、比較例１に係る半導体レーザで見られたような結晶欠陥は見当たらなかった。
　図６は、図２における基板１０からコンタクト層３２にかけてのエネルギーバンド図の例である。図６のように、活性層１８と回折格子２６との間に設けられたキャリアストップ層３４は、ＡｌＧａＡｓからなることから、ＧａＡｓ導波路層２０に比べてバンドギャップエネルギーが大きく、伝導帯バンド端エネルギーが大きい。このため、活性層１８の電子はキャリアストップ層３４を超えることが難しく、回折格子層２２の再成長界面に到達することが抑制される。つまり、キャリアストップ層３４は、活性層１８から回折格子層２２と埋め込み層２４との界面への電子のオーバーフローを抑制する働きをする。
　このように、実施例１によれば、基板１０上に設けられた活性層１８上に、ｐ型のＧａＡｓ導波路層２０とｐ型ＧａＡｓの回折格子層２２が設けられ、回折格子層２２の上面に回折格子２６が形成されている。回折格子２６を埋め込むように、ｐ型ＩｎＧａＰの埋め込み層２４が設けられていて、埋め込み層２４上にはｐ型クラッド層３０が設けられている。つまり、回折格子２６は、活性層１８とｐ型クラッド層３０との間に設けられている。そして、活性層１８と回折格子２６との間には、ＧａＡｓよりも伝導帯バンド端エネルギーの大きいキャリアストップ層３４が設けられている。このような構造により、図６で説明したように、回折格子層２２の再成長界面に、マイノリティキャリアである電子が到達することを抑制される。このため、高温動作時等においても、ＧａＡｓからなる回折格子層２２の再成長界面で、マイノリティキャリアである電子とマジョリティキャリアである正孔とが非発光再結合することを抑制できる。これにより、閾値電流の低下、微分量子効率の向上等が実現できる。また、図５（ｂ）のように、信頼性の向上を実現できる。
　キャリアストップ層３４は、表１のように、Ａｌ組成比が０．２であるＡｌＧａＡｓ層である場合を例に示したがこれに限られない。キャリアストップ層３４は、高温動作時等において、活性層１８の電子がキャリアストップ層３４を超えることを抑制できる程度の大きさの伝導帯バンド端エネルギーを有していればよい。したがって、キャリアストップ層３４がＡｌＧａＡｓ層である場合、例えば、Ａｌ組成比は０．１以上で１未満の場合が好ましく、０．１以上で０．４以下である場合がより好ましい。また、キャリアストップ層３４の伝導帯バンド端エネルギーとＧａＡｓの伝導帯バンド端エネルギーとの差である伝導帯バンド端オフセット量は、例えば７０ｍｅＶ以上である場合が好ましく、１４０ｍｅＶ以上である場合がより好ましい。
　キャリアストップ層３４の厚さは、活性層１８の電子がトンネルしない程度の厚さ以上である場合が好ましく、例えば５０ｎｍ以上である場合が好ましく、１５０ｎｍ以上である場合がより好ましい。また、活性層１８と回折格子２６との距離は、光閉じ込め係数Γ、結合係数κ等に基づき設計されるものであるため、光閉じ込め係数Γ、結合係数κ等を考慮すると、活性層１８と回折格子２６との距離は１μｍ以下となる。したがって、活性層１８と回折格子２６との間に設けられるキャリアストップ層３４の厚さは１μｍ以下になることになるが、キャリアストップ層３４の厚さが厚くなると、キャリアストップ層３４が導波路として機能しなくなるため、キャリアストップ層３４の厚さは薄い方が好ましく、例えば５００ｎｍ以下の場合が好ましく、３００ｎｍ以下の場合がより好ましい。以上のことから、キャリアストップ層３４の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の場合が好ましく、１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の場合がより好ましい。
　キャリアストップ層３４は、活性層１８とＧａＡｓ導波路層２０との間に設けられている場合を例に示したが、ＧａＡｓ導波路層２０に挟まれるように設けられている場合でもよい。つまり、活性層１８上に、ＧａＡｓ導波路層２０、キャリアストップ層３４、ＧａＡｓ導波路層２０の順に積層されている場合でもよい。しかしながら、活性層１８に接してキャリアストップ層３４を設けると、活性層１８の電子が活性層１８の外部に漏れることを抑制できるため量子効率の改善が実現できる。よって、キャリアストップ層３４は、活性層１８とＧａＡｓ導波路層２０との間に設けられている場合が好ましい。つまり、活性層１８上に、キャリアストップ層３４、ＧａＡｓ導波路層２０の順に積層されている場合が好ましい。また、活性層１８上に、キャリアストップ層３４、ＧａＡｓ導波路層２０が順次積層された構造とすることで、薄膜成長の際の成長条件の切り替え回数を少なくでき、製造が容易となる。
　埋め込み層２４は、ＩｎＧａＰからなる場合に限られず、例えばＡｌＧａＡｓからなる場合等、ＧａＡｓよりもバンドギャップが大きく、回折格子層２２と屈折率に差が生じる材料を用いることができる。これにより、屈折率変調型の回折格子が得られる。
　活性層１８は、ＩｎＡｓの量子ドットと量子ドットを覆うように設けられたＧａＡｓのバリア層とで構成される量子ドット活性層である場合を例に示したがこれに限られる訳ではない。活性層１８を挟むようにＧａＡｓ導波路層１６、２０が設けられていることから、活性層１８はＧａＡｓのバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを少なくとも一部に有していればよく、活性層１８から発振される光の波長がＧａＡｓのそれよりも長波長であればよい。例えば、ＩｎＡｓの量子ドットの代わりに、ＩｎＧａＡｓの量子ドット、ＧａＩｎＮＡｓの量子ドット、ＧａＩｎＮＡｓＳｂの量子ドットを用いることができる。また、バリア層は、ＧａＡｓ導波路層１６、２０と同じ材料のＧａＡｓからなる場合が好ましい。
　キャリアストップ層３４は、ＡｌＧａＡｓからなる場合を例に示したが、活性層１８の電子が回折格子層２２の再成長界面に到達することが抑制できるような、ＧａＡｓの伝導帯バンド端エネルギーよりも大きい伝導帯バンド端エネルギーを有する材料であればよい。例えば、キャリアストップ層３４にＩｎＧａＰを用いることもできる。
　実施例１において、活性層１８を上下方向から挟み込むように、ＧａＡｓ導波路層１６とＧａＡｓ導波路層２０とが設けられている場合を例に示したが、活性層１８の下側のＧａＡｓ導波路層１６は設けられていない場合でもよい。
　実施例２に係る半導体レーザは、活性層１８が多重量子井戸活性層の場合である。実施例２に係る半導体レーザは、活性層１８が、ＩｎＧａＡｓの井戸層とＧａＡｓのバリア層とが交互に２層積層された多重量子井戸構造をしている。また、キャリアストップ層３４、ＧａＡｓ導波路層２０、回折格子層２２のドーパントはＣである。さらに、共振器長は８００μｍである。これらの点以外は、図２に示した実施例１に係る半導体レーザと同様な構造であるため図示を省略する。実施例２に係る半導体レーザの各層の材料、膜厚、ドーパント、及びドーピング濃度について表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　次に、実施例２に係る半導体レーザの製造方法を説明する。まず、厚さが例えば４５０μｍで、Ｓｉ（シリコン）が２×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｎ型ＧａＡｓ基板である基板１０を準備する。次いで、例えば原料にＴＭＧａ、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩｎ、ＡｓＨ３（アルシン）を、ドーパントにＳｉＨ４（シラン）、ＣＢｒ４、ＤＭＺｎを用いたＭＯＣＶＤ法にて、基板１０上に、バッファ層１２、ｎ型クラッド層１４、アンドープのＧａＡｓ導波路層１６、活性層１８、キャリアストップ層３４、ｐ型のＧａＡｓ導波路層２０、回折格子層２２を順次堆積する。バッファ層１２から回折格子層２２までは、基板１０をＭＯＣＶＤ装置から取り出すことなく連続して堆積をする。以下に、各層について詳しく説明する。
　基板１０上に、成長温度６９０℃にて、膜厚が５００ｎｍで、Ｓｉが１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｎ型ＧａＡｓのバッファ層１２を形成する。続いて、成長温度６９０℃のまま、バッファ層１２上に、膜厚が１５００ｎｍで、Ｓｉが１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｎ型ＡｌＧａＡｓのｎ型クラッド層１４を形成する。続いて、成長温度６９０℃のまま、ｎ型クラッド層１４上に、膜厚が５０ｎｍで、アンドープのＧａＡｓ導波路層１６を形成する。
　成長温度を５６０℃に下げ、ＧａＡｓ導波路層１６上に、厚さが６ｎｍのＩｎＧａＡｓの井戸層と厚さが３０ｎｍのＧａＡｓのバリア層とを２層繰り返して堆積して多重量子井戸構造を有する活性層１８を形成する。その後、成長温度を６３０℃に上げ、活性層１８上に、膜厚が１７０ｎｍで、Ｃが４×１０１７ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＡｌＧａＡｓのキャリアストップ層３４を形成する。続いて、成長温度６３０℃のまま、キャリアストップ層３４上に、膜厚が３０ｎｍで、Ｃが４×１０１７ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型のＧａＡｓ導波路層２０を形成する。続いて、成長温度６３０℃のまま、ＧａＡｓ導波路層２０上に、膜厚が２０ｎｍで、Ｃが１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＧａＡｓの回折格子層２２を形成する。
　回折格子層２２まで堆積した基板１０をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、回折格子層２２上にフォトレジストを塗布した後、干渉露光技術を用いて、回折格子用のパターンをフォトレジストに形成する。その後、フォトレジストをマスクに回折格子層２２をウエットエッチングして、ピッチが３１０ｎｍ、深さが２０ｎｍ、デューティ比が０．５の回折格子２６を形成する。
　回折格子２６を形成した後、基板１０を再度ＭＯＣＶＤ装置に導入し、埋め込み層２４、ｐ型クラッド層３０、コンタクト層３２を順次堆積する。埋め込み層２４からコンタクト層３２までは、基板１０をＭＯＣＶＤ装置から取り出すことなく連続して堆積する。具体的には、成長温度６４０℃にて、回折格子２６を埋め込んで平坦化するように、回折格子層２２上に、膜厚が５０ｎｍで、Ｚｎが１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＩｎＧａＰの埋め込み層２４を形成する。このような製造工程により、回折格子層２２の回折格子２６が形成された上面は酸化され、酸化された回折格子層２２の上面に埋め込み層２４が形成されることになり、回折格子層２２と埋め込み層２４との界面は再成長界面となる。次いで、成長温度を６８０℃に上げ、埋め込み層２４上に、膜厚が１５００ｎｍで、Ｃが１×１０１８ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＡｌＧａＡｓのｐ型クラッド層３０を形成する。続いて、成長温度６８０℃のまま、ｐ型クラッド層３０上に、膜厚が８００ｎｍで、Ｃが８×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされたｐ型ＧａＡｓのコンタクト層３２を形成する。
　コンタクト層３２まで堆積した基板１０をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、コンタクト層３２上にフォトレジストを塗布した後、露光技術を用いて、ストライプパターンをフォトレジストに形成する。その後、フォトレジストをマスクにコンタクト層３２とｐ型クラッド層３０とをウエットエッチングして、ｐ型クラッド層３０とコンタクト層３２とからなるリッジ部３６を形成する。次いで、リッジ部３６両側の凹部にＢＣＢ膜３８を埋め込んだ後、基板１０を例えば１５０μｍの厚さにまで研磨する。その後、リッジ部３６上及びＢＣＢ膜３８上にｐ電極４０を形成し、基板１０の下面にｎ電極４２を形成する。最後に、基板１０を劈開して共振器長８００μｍの共振器とし、劈開面のうちレーザ光を出射する前端面に低反射膜（不図示）を、後端面に高反射膜（不図示）を形成して、実施例２に係る半導体レーザが完成する。
　ここで、比較のために、キャリアストップ層３４を有さない、表４に示す層構造の比較例３に係る半導体レーザを、実施例２に係る半導体レーザと同様の製造方法により作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　実施例２に係る半導体レーザの室温での発振波長は１０６３ｎｍであった。また、実施例２に係る半導体レーザは、比較例３に係る半導体レーザに比べて、閾値電流は２１％低下し、微分量子効率は１４％向上した結果が得られた。また、実施例２に係る半導体レーザについても、実施例１に係る半導体レーザと同様に十分な信頼性が得られた。
　このように、活性層１８を、量子井戸構造の量子井戸活性層とした場合であっても、活性層１８と回折格子２６との間に、ＧａＡｓの伝導帯バンド端エネルギーよりも大きい伝導帯バンド端エネルギーを有するキャリアストップ層３４を設けることで、ＧａＡｓからなる回折格子層２２の再成長界面で非発光再結合することを抑制できる。
　実施例２では、活性層１８は、ＩｎＧａＡｓの井戸層とＧａＡｓのバリア層とからなる量子井戸活性層である場合を例に示したがこれに限られる訳ではない。例えば、ＧａＡｓＳｂの井戸層とＧａＡｓのバリア層との量子井戸構造の場合や、ＧａＩｎＮＡｓの井戸層とＧａＡｓのバリア層との量子井戸構造の場合や、ＧａＩｎＮＡｓＳｂの井戸層とＧａＡｓのバリア層との量子井戸構造の場合でもよい。また、実施例２では、活性層１８は、２層の多重量子井戸活性層の場合を例に示したが、３層、４層など２層以上の多重量子井戸活性層の場合でもよく、また単層の量子井戸活性層の場合でもよい。
　実施例１では、回折格子層２２をＭＢＥ法により形成し、実施例２では、回折格子層２２をＭＯＣＶＤ法により形成している。このように、回折格子層２２を、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法のどちらを用いて形成した場合であっても、また、他の形成方法を用いた場合であっても、ＧａＡｓからなる回折格子層２２の再成長界面に非発光再結合をするような準位が形成されてしまう。したがって、回折格子層２２の形成方法によらず、活性層１８と回折格子２６との間に、ＧａＡｓよりも伝導帯バンド端エネルギーの大きいキャリアストップ層３４を設けることで、ＧａＡｓからなる回折格子層２２の再成長界面で非発光再結合することを抑制できる。
　実施例３に係る半導体レーザは、回折格子２６が、活性層１８とｎ型クラッド層１４との間に設けられている場合である。実施例３に係る半導体レーザは、ｐ型ＧａＡｓ基板である基板１０上に、ｐ型ＧａＡｓのバッファ層１２、ｐ型ＡｌＧａＡｓのｐ型クラッド層３０、アンドープのＧａＡｓ導波路層１６、ＩｎＡｓの量子ドットとＧａＡｓのバリア層との量子ドット層を有する活性層１８、ｎ型ＡｌＧａＡｓのキャリアストップ層３４、ｎ型のＧａＡｓ導波路層２０、ｎ型ＧａＡｓの回折格子層２２、ｎ型ＩｎＧａＰの埋め込み層２４、ｎ型ＡｌＧａＡｓのｎ型クラッド層１４、ｎ型ＧａＡｓのコンタクト層３２が順次積層されたエピ構造を有する。回折格子層２２の上面には、活性層１８で発振される光が伝搬する導波方向に周期的な凹凸からなる回折格子２６が形成されていて、回折格子２６を埋め込むように埋め込み層２４が設けられている。実施例３に係る半導体レーザの斜視図は、図２に示した実施例１に係る半導体レーザの斜視図と同様であるため、ここでは図示を省略する。
　図７は、実施例３に係る半導体レーザのエピ構造のエネルギーバンド図の例である。図７のように、活性層１８と回折格子２６との間に、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが大きく、価電子帯バンド端エネルギーが小さいキャリアストップ層３４が設けられている。これにより、活性層１８の正孔が、回折格子層２２の再成長界面に到達することが抑制される。
　このように、実施例３によれば、回折格子２６が活性層１８とｎ型クラッド層１４との間に設けられ、活性層１８と回折格子２６との間に、ＧａＡｓよりも価電子帯バンド端エネルギーが小さいキャリアストップ層３４が設けられている。このような構造により、図７で説明したように、回折格子層２２の再成長界面に、マイノリティキャリアである正孔が到達することが抑制される。これにより、高温動作時においても、ＧａＡｓからなる回折格子層２２の再成長界面でマイノリティキャリアである正孔とマジョリティキャリアである電子との非発光再結合を抑制することができ、閾値電流の低下、微分量子効率の向上等が実現できる。また、信頼性も向上できる。
　実施例３では、活性層１８は、実施例１と同様に量子ドット構造を有する場合を例に説明したが、実施例２と同様に量子井戸構造を有する場合でもよい。
　実施例４は、実施例１から３のいずれかに係る半導体レーザを備えた光モジュールの例である。図８は、実施例４に係る光モジュールのブロック図の例である。図８のように、光モジュール２００は、実施例１から３のいずれかに係る半導体レーザ１００、光導波部２１０、光変調部２２０を有する。半導体レーザ１００から出射されたレーザ光は、光導波部２１０を通って光変調部２２０に導かれる。光変調部２２０では、入射された光を変調する。変調された光は、光導波部２１０を通って、光ファイバ結合部２３０で光結合したシングルモードファイバに入射され、シングルモードファイバ内を伝搬する。
　実施例４によれば、ＧａＡｓからなる回折格子層２２の再成長界面で非発光再結合することが抑制された半導体レーザ１００を用いているため、量子効率の向上、信頼性の向上がなされた光モジュールを得ることができる。
　実施例５は、実施例４に係る光モジュールを備えた光通信装置の例である。図９は、実施例５に係る光通信装置のブロック図の例である。図９のように、光通信装置３００は、送信部として機能する実施例４に係る光モジュール２００、受信部３１０、制御部３２０を有する。光モジュール２００は、制御部３２０からの送信データ信号を光に変換して出射する。出射された光はシングルモードファイバに入射され、シングルモードファイバ内を伝搬する。受信部３１０は、シングルモードファイバ内を伝搬してきた光を受光し、受信データとして制御部３２０に出力する。
　実施例５によれば、ＧａＡｓからなる回折格子層２２の再成長界面で非発光再結合することが抑制された半導体レーザ１００を用いているため、量子効率の向上、信頼性の向上がなされた光通信装置を得ることができる。
　実施例６は、実施例５に係る光通信装置を備えた光通信システムの例である。図１０は、実施例６に係る光通信システムのブロック図の例である。図１０のように、光通信システム４００は、第１の光通信装置３００ａと、第２の光通信装置３００ｂと、第１の光通信装置３００ａと第２の光通信装置３００ｂとを接続するシングルモードファイバ４１０と、を有する。第１の光通信装置３００ａは、光モジュール２００ａ、受信部３１０ａ、制御部３２０ａを有する。第２の光通信装置３００ｂは、光モジュール２００ｂ、受信部３１０ｂ、制御部３２０ｂを有する。例えば、第１の光通信装置３００ａの光モジュール２００ａが、制御部３２０ａからの送信データ信号を光に変換して出射すると、出射された光はシングルモードファイバ４１０内を伝搬し、第２の光通信装置３００ｂの受信部３１０ｂで受光される。受信部３１０ｂで光を受光すると、受信データが制御部３２０ｂに出力される。同様に、第２の光通信装置３００ｂの光モジュール２００ｂが、制御部３２０ｂからの送信データ信号を光に変換して出射すると、出射された光はシングルモードファイバ４１０内を伝搬し、第１の光通信装置３００ａの受信部３１０ａで受光される。受信部３１０ａで光を受光すると、受信データが制御部３２０ａに出力される。これにより、第１の光通信装置３００ａと第２の光通信装置３００ｂとの間でデータ通信を行うことができる。
　実施例６によれば、ＧａＡｓからなる回折格子層２２の再成長界面で非発光再結合することが抑制された半導体レーザ１００を用いているため、量子効率の向上、信頼性の向上がなされた光通信システムを得ることができる。
　実施例６のように、第１の光通信装置３００ａと第２の光通信装置３００ｂとの間でシングルモードファイバ４１０を用いてデータ通信を行う光通信システム４００は、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）や光通信基幹網に用いられる場合が好ましい。また、シングルモードファイバ４１０を用いずに、第１の光通信装置３００ａと第２の光通信装置３００ｂとが、空間に出射した光を受光することでデータ通信を行う場合でもよい。この場合、第１の光通信装置３００ａと第２の光通信装置３００ｂとは、例えばパーソナルコンピュータとすることができ、また、第１の光通信装置３００ａ及び第２の光通信装置３００ｂの一方はパーソナルコンピュータとし、他方は携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器やプロジェクタとしてもよい。
　以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (10)

  1. 　基板上に設けられ、ＧａＡｓのバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを少なくとも一部に有する活性層と、
    　前記活性層上に設けられ、前記活性層から発振される光を伝搬する導波路であるＧａＡｓ層と、
    　前記ＧａＡｓ層の上面に設けられた回折格子と、
    　前記回折格子を埋め込むように設けられた埋め込み層と、
    　前記活性層と前記回折格子との間に設けられ、前記活性層から前記ＧａＡｓ層と前記埋め込み層との界面へのキャリアのオーバーフローを抑制するキャリアストップ層と、を備えることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 　前記回折格子は、前記活性層とｐ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記キャリアストップ層は、ＧａＡｓの伝導帯バンド端エネルギーよりも大きい伝導帯バンド端エネルギーを有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  3. 　前記回折格子は、前記活性層とｎ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記キャリアストップ層は、ＧａＡｓの価電子帯バンド端エネルギーよりも小さい価電子帯バンド端エネルギーを有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  4. 　前記キャリアストップ層は、前記活性層と前記ＧａＡｓ層との間に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の半導体レーザ。
  5. 　前記キャリアストップ層の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の半導体レーザ。
  6. 　前記キャリアストップ層は、ＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の半導体レーザ。
  7. 　前記活性層は、量子井戸活性層又は量子ドット活性層であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の半導体レーザ。
  8. 　請求項１から７のいずれか一項記載の半導体レーザを備えることを特徴とする光モジュール。
  9. 　請求項１から７のいずれか一項記載の半導体レーザを備えることを特徴とする光通信装置。
  10. 　請求項１から７のいずれか一項記載の半導体レーザを備えることを特徴とする光通信システム。
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