JP2010272589A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser Download PDF

Info

Publication number
JP2010272589A
JP2010272589A JP2009121291A JP2009121291A JP2010272589A JP 2010272589 A JP2010272589 A JP 2010272589A JP 2009121291 A JP2009121291 A JP 2009121291A JP 2009121291 A JP2009121291 A JP 2009121291A JP 2010272589 A JP2010272589 A JP 2010272589A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
algaas layer
algaas
composition ratio
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009121291A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010272589A5 (en
Inventor
Yasunari Maeda
泰成 前多
Reio Mochida
励雄 持田
Tamotsu Tanaka
有 田中
Kenichi Nishi
研一 西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
QD Laser Inc
Original Assignee
QD Laser Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by QD Laser Inc filed Critical QD Laser Inc
Priority to JP2009121291A priority Critical patent/JP2010272589A/en
Priority to PCT/JP2010/057752 priority patent/WO2010134426A1/en
Publication of JP2010272589A publication Critical patent/JP2010272589A/en
Publication of JP2010272589A5 publication Critical patent/JP2010272589A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/20—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
    • H01S5/22—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 having a ridge or stripe structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/18—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
    • H01S5/3412—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires quantum box or quantum dash

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser suppressed in occurrence of a high-order mode in a waveguide region, in a quantum dot laser. <P>SOLUTION: This semiconductor laser includes: a lower cladding layer 14 having a first conductivity type and being an AlGaAs layer; an active layer 18 formed on the lower cladding layer 14 and having a plurality of quantum dots; and an upper cladding layer 22 being of a second conductivity type opposite to the first conductivity type and having a first AlGaAs layer 74, a second AlGaAs layer 76 and a third AlGaAs layer 78 sequentially formed on the active layer 18, wherein the second AlGaAs layer 76 and the third AlGaAs layer 78 form an isolated ridge part 26, and the first AlGaAs layer 74 remains on both sides of the ridge part 26. In the semiconductor laser, the Al composition ratio of the second AlGaAs layer 76 is larger than those of the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザに関する。   The present invention relates to a semiconductor laser.

近年、量子ドットを有する活性層を用いる半導体レーザが開発されている。特許文献１及び特許文献２には、量子ドットの形成方法が開示されている。   In recent years, semiconductor lasers using an active layer having quantum dots have been developed. Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose methods for forming quantum dots.

特許文献２の図１Ｅを参照に、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に下部クラッド層２、量子ドット活性層３が積層されている。量子ドット活性層３上には、凸部形状（リッジ部）をした上部クラッド層４が形成されている。上部クラッド層４は、量子ドット活性層３の中央部上にのみ形成されている。   Referring to FIG. 1E of Patent Document 2, a lower cladding layer 2 and a quantum dot active layer 3 are stacked on a p-type GaAs substrate 1. On the quantum dot active layer 3, an upper clad layer 4 having a convex shape (ridge portion) is formed. The upper cladding layer 4 is formed only on the central part of the quantum dot active layer 3.

特開平８−８８３４５号公報JP-A-8-88345 特開２００６−２８６９０２号公報JP 2006-286902 A

特許文献２において、リッジ部はウエットエッチングで形成されている（００２５段落参照）。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、ウエットエッチングによりリッジ部を形成した場合の例であり、光の伝搬方向に垂直な断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、ｎ型基板１０２上に下部クラッド層１０４、量子ドット活性層１０６、上部クラッド層１０８が順次積層されている。上部クラッド層１０８はリッジ部１１０を有している。リッジ部１１０の上面にはｐ用電極１１２が、基板１０２の下面にはｎ用電極１１４が設けられている。リッジ部１１０は、ウエットエッチングで形成されることにより、台形様形状をしている。即ち、リッジ部１１０の上面の幅Ｗｔｏｐに対し、下面の幅Ｗｂｏｔが大きくなっている。   In Patent Document 2, the ridge portion is formed by wet etching (see paragraph 0025). FIG. 1A and FIG. 1B are examples in which a ridge portion is formed by wet etching, and are cross-sectional views perpendicular to the light propagation direction. As shown in FIGS. 1A and 1B, a lower cladding layer 104, a quantum dot active layer 106, and an upper cladding layer 108 are sequentially stacked on an n-type substrate 102. The upper cladding layer 108 has a ridge portion 110. A p-electrode 112 is provided on the upper surface of the ridge portion 110, and an n-electrode 114 is provided on the lower surface of the substrate 102. The ridge portion 110 has a trapezoidal shape by being formed by wet etching. That is, the lower surface width Wbot is larger than the upper surface width Wtop of the ridge portion 110.

このような構造でレーザ発振を行うと、図１（ａ）のように、リッジ部１１０下の量子ドット活性層１０６内に基底モードＭ０の導波モードが生成される。しかしながら、図１（ｂ）のように、第１高次モードＭ１の導波モードもリッジ部１１０下の量子ドット活性層１０６内に生成されてしまう。リッジ部１１０下の量子ドット活性層１０６及びその近傍が発振光の導波領域であるため、リッジ部１１０下の量子ドット活性層１０６内に第１高次モードＭ１が生成されると、第１高次モードＭ１の光が発振光に混入してしまい、発振光の強度損失等が生じる。   When laser oscillation is performed with such a structure, a fundamental mode M0 guided mode is generated in the quantum dot active layer 106 under the ridge 110 as shown in FIG. However, as shown in FIG. 1B, the waveguide mode of the first higher-order mode M1 is also generated in the quantum dot active layer 106 under the ridge 110. Since the quantum dot active layer 106 under the ridge portion 110 and its vicinity are the waveguide region of the oscillation light, when the first higher-order mode M1 is generated in the quantum dot active layer 106 under the ridge portion 110, the first The light of the higher-order mode M1 is mixed into the oscillation light, resulting in an intensity loss of the oscillation light.

また、ファイバとの結合効率を向上させるには、活性層への光閉じ込めを強くし、発振光の形状が円形に近いことが求められる。しかしながら、導波領域で高次モードが生成されると、発振光の近視野像（ＮＦＰ）が歪み、その結果、遠視野像（ＦＦＰ）の形状の悪化が生じて、ファイバとの結合効率が低下してしまう。量子ドットレーザは、量子ドット活性層が厚くなる傾向があるため、このような高次モードの制御が難しい。   Further, in order to improve the coupling efficiency with the fiber, it is required that the light confinement in the active layer is strengthened and the shape of the oscillation light is close to a circle. However, when a higher-order mode is generated in the waveguide region, the near-field image (NFP) of the oscillating light is distorted. As a result, the shape of the far-field image (FFP) is deteriorated, and the coupling efficiency with the fiber is reduced. It will decline. Since quantum dot lasers tend to have a thick quantum dot active layer, it is difficult to control such higher-order modes.

そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、量子ドットレーザにおいて、導波領域での高次モードの発生が抑制される半導体レーザを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser in which generation of higher-order modes in a waveguide region is suppressed in a quantum dot laser.

本発明は、第１導電型を有し、ＡｌＧａＡｓ層である下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に設けられ、複数の量子ドットを有する活性層と、前記活性層上に順次設けられた第１ＡｌＧａＡｓ層と第２ＡｌＧａＡｓ層と第３ＡｌＧａＡｓ層とを有し、前記第２ＡｌＧａＡｓ層と前記第３ＡｌＧａＡｓ層とは孤立したリッジ部を形成し、前記リッジ部の両側には前記第１ＡｌＧａＡｓ層が残存する、前記第１導電型と反対の導電型の第２導電型である上部クラッド層と、を具備し、前記第２ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は、前記第１ＡｌＧａＡｓ層及び前記第３ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比よりも大きいことを特徴とする半導体レーザである。本発明によれば、導波領域での高次モードの発生を抑制することができる。   The present invention has a first conductivity type, a lower clad layer which is an AlGaAs layer, an active layer provided on the lower clad layer and having a plurality of quantum dots, and a first clad provided sequentially on the active layer. A first AlGaAs layer, a second AlGaAs layer, and a third AlGaAs layer, wherein the second AlGaAs layer and the third AlGaAs layer form an isolated ridge portion, and the first AlGaAs layer remains on both sides of the ridge portion, An upper cladding layer that is a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and the Al composition ratio of the second AlGaAs layer is higher than the Al composition ratio of the first AlGaAs layer and the third AlGaAs layer. It is a semiconductor laser characterized by being large. According to the present invention, it is possible to suppress the generation of higher order modes in the waveguide region.

上記構成において、前記第２ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．４以上であり、前記第１ＡｌＧａＡｓ層及び前記第３ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．４未満である構成とすることができる。この構成によれば、リッジ部の両側に第１ＡｌＧａＡｓ層が残存する構造を容易且つ確実に得ることができる。   In the above configuration, the Al composition ratio of the second AlGaAs layer may be 0.4 or more, and the Al composition ratio of the first AlGaAs layer and the third AlGaAs layer may be less than 0.4. According to this configuration, a structure in which the first AlGaAs layer remains on both sides of the ridge portion can be obtained easily and reliably.

上記構成において、前記第１ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．３以上０．４未満である構成とすることができる。この構成によれば、基底モードの光閉じ込め係数をある程度大きくしつつ、高次モードの発生を抑制することができる。   In the above configuration, the Al composition ratio of the first AlGaAs layer may be 0.3 or more and less than 0.4. According to this configuration, the generation of higher-order modes can be suppressed while increasing the optical confinement coefficient of the base mode to some extent.

上記構成において、前記リッジ部の最小幅は前記第２ＡｌＧａＡｓ層が有する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The minimum width of the said ridge part can be set as the structure which the said 2nd AlGaAs layer has.

上記構成において、前記第１ＡｌＧａＡｓ層の厚さは１００ｎｍ以上である構成とすることができる。この構成によれば、高次モードの発生を抑制することができる。   In the above configuration, the thickness of the first AlGaAs layer may be 100 nm or more. According to this structure, generation | occurrence | production of a high-order mode can be suppressed.

上記構成において、前記活性層は、水平方向に設けられたＩｎＡｓからなる前記複数の量子ドットと前記複数の量子ドットの間に設けられたＩｎＧａＡｓ層と前記複数の量子ドット及び前記ＩｎＧａＡｓ層を覆うように設けられたＧａＡｓ層からなるバリア層とで構成されるドット層が６層から８層積層されている構成とすることができる。この構成によれば、十分な利得の実現と歪みの蓄積による表面モホロジーの劣化の抑制とを図ることができる。   In the above configuration, the active layer covers the plurality of quantum dots made of InAs provided in the horizontal direction, the InGaAs layer provided between the plurality of quantum dots, the plurality of quantum dots, and the InGaAs layer. 6 to 8 dot layers composed of a barrier layer made of a GaAs layer provided on the substrate may be stacked. According to this configuration, it is possible to achieve a sufficient gain and suppress deterioration of the surface morphology due to accumulation of distortion.

上記構成において、前記活性層の厚さは２４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である構成とすることができる。   In the above structure, the active layer may have a thickness of 240 nm to 300 nm.

本発明は、第１導電型を有し、Ａｌ組成比が０．４未満の第４ＡｌＧａＡｓ層と前記第４ＡｌＧａＡｓ層上に設けられＡｌ組成比が０．４以上の第５ＡｌＧａＡｓ層とを有する下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に設けられ、水平方向に設けられたＩｎＡｓからなる複数の量子ドットと前記複数の量子ドットの間に設けられたＩｎＧａＡｓ層と前記複数の量子ドット及び前記ＩｎＧａＡｓ層を覆うように設けられたＧａＡｓ層からなるバリア層とで構成されるドット層が６層から８層積層され、厚さが２４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である活性層と、前記活性層上に順次設けられたＡｌ組成比が０．３以上０．４未満の第１ＡｌＧａＡｓ層とＡｌ組成比が０．４以上の第２ＡｌＧａＡｓ層とＡｌ組成比が０．４未満の第３ＡｌＧａＡｓ層とを有し、前記第２ＡｌＧａＡｓ層と前記第３ＡｌＧａＡｓ層とは孤立したリッジ部を形成すると共に前記リッジ部の最小幅は前記第２ＡｌＧａＡｓ層が有し、前記リッジ部の両側では厚さが１００ｎｍ以上の前記第１ＡｌＧａＡｓ層が残存している、前記第１導電型と反対の導電型の第２導電型である上部クラッド層と、を具備することを特徴とする半導体レーザである。本発明によれば、リッジ部の両側に第１ＡｌＧａＡｓ層が残存する構造を容易且つ確実に得ることができ、基底モードの光閉じ込め係数をある程度大きくしつつ、高次モードの発生を抑制することができる。また、十分な利得の実現と歪みの蓄積による表面モホロジーの劣化の抑制とを図ることができる。   The present invention provides a lower cladding having a first conductivity type and having a fourth AlGaAs layer having an Al composition ratio of less than 0.4 and a fifth AlGaAs layer provided on the fourth AlGaAs layer and having an Al composition ratio of 0.4 or more. A plurality of InAs layers provided between the plurality of quantum dots, a plurality of InAs layers provided on the lower clad layer and provided in the horizontal direction, an InGaAs layer provided between the plurality of quantum dots, and the plurality of quantum dots and the InGaAs layer. Six to eight dot layers composed of a barrier layer made of a GaAs layer provided so as to be covered are laminated, and an active layer having a thickness of 240 nm or more and 300 nm or less, and sequentially provided on the active layer A first AlGaAs layer having an Al composition ratio of 0.3 or more and less than 0.4, a second AlGaAs layer having an Al composition ratio of 0.4 or more, and a third AlGaAs having an Al composition ratio of less than 0.4 The second AlGaAs layer and the third AlGaAs layer form an isolated ridge portion, and the minimum width of the ridge portion is the second AlGaAs layer, and the thickness is 100 nm or more on both sides of the ridge portion. And an upper cladding layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, in which the first AlGaAs layer remains. According to the present invention, a structure in which the first AlGaAs layer remains on both sides of the ridge portion can be obtained easily and reliably, and the generation of higher-order modes can be suppressed while increasing the optical confinement coefficient of the fundamental mode to some extent. it can. In addition, it is possible to achieve a sufficient gain and suppress deterioration of the surface morphology due to accumulation of distortion.

本発明によれば、導波領域での高次モードの発生を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the generation of higher order modes in the waveguide region.

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、リッジ部をウエットエッチングで形成した量子ドットレーザの例を示す断面図である。FIG. 1A and FIG. 1B are cross-sectional views showing examples of quantum dot lasers in which a ridge portion is formed by wet etching. 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の原理を説明するための量子ドットレーザの断面図である。2A and 2B are cross-sectional views of a quantum dot laser for explaining the principle of the present invention. 図３は実施例に係る量子ドットレーザの断面斜視図である。FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the quantum dot laser according to the embodiment. 図４は量子ドット活性層の１層分のドット層を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a dot layer for one quantum dot active layer. 図５（ａ）から図５（ｄ）は実施例に係る量子ドットレーザの製造工程を示した断面図である。FIG. 5A to FIG. 5D are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the quantum dot laser according to the example. 図６はＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌ組成比に対するエッチングレートを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the etching rate with respect to the Al composition ratio in the AlGaAs layer. 図７は図３の量子ドットレーザにおいて、第１ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比を変化させたときの、光閉じ込め係数のシミュレーション結果を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of the optical confinement coefficient when the Al composition ratio of the first AlGaAs layer is changed in the quantum dot laser of FIG. 図８は図３の量子ドットレーザにおいて、第１ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比を変化させたときの、ＦＦＰ半値全幅のシミュレーション結果を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of the FFP full width at half maximum when the Al composition ratio of the first AlGaAs layer is changed in the quantum dot laser of FIG. 図９は図３の量子ドットレーザにおいて、第１ＡｌＧａＡｓ層の膜厚を変化させたときの、光閉じ込め係数のシミュレーション結果を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing a simulation result of the optical confinement coefficient when the thickness of the first AlGaAs layer is changed in the quantum dot laser of FIG.

まず初めに、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、本発明の原理を説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）のように、リッジ部１１０の断面形状は、長方形様形状をしている。即ち、リッジ部１１０の上面の幅Ｗｔｏｐと下面の幅Ｗｂｏｔとがほぼ同じである。また、リッジ部１１０の両側の量子ドット活性層１０６上には、上部クラッド層１０８が残存している。その他の構造は図１（ａ）及び図１（ｂ）と同じである。   First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). As shown in FIGS. 2A and 2B, the cross-sectional shape of the ridge portion 110 is rectangular. That is, the width Wtop of the upper surface of the ridge 110 and the width Wbot of the lower surface are substantially the same. Further, the upper cladding layer 108 remains on the quantum dot active layer 106 on both sides of the ridge portion 110. Other structures are the same as those in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

このような構造でレーザ発振を行うと、図２（ａ）のように、基底モードＭ０の導波モードは導波領域Ｒ内（リッジ部１１０下の量子ドット活性層１０６内）に形成される。また、図２（ｂ）のように、第１高次モードＭ１の導波モードはリッジ部１１０の両側の量子ドット活性層１０６内に形成される。したがって、導波領域Ｒ内での高次モードの発生が抑制できる。このように導波領域Ｒ内での高次モードの発生が抑制できるのは、リッジ部１１０の両側に上部クラッド層１０８の一部を残存させることで、近視野像（ＮＦＰ）の水平方向の伸びを促進できるためと考えられる。以下に、この原理を用いた本発明の半導体レーザの実施例として量子ドットレーザ２００について説明する。   When laser oscillation is performed with such a structure, the waveguide mode of the fundamental mode M0 is formed in the waveguide region R (in the quantum dot active layer 106 below the ridge 110) as shown in FIG. . As shown in FIG. 2B, the waveguide mode of the first higher-order mode M1 is formed in the quantum dot active layer 106 on both sides of the ridge portion 110. Therefore, the generation of higher order modes in the waveguide region R can be suppressed. In this way, the generation of higher order modes in the waveguide region R can be suppressed by leaving a part of the upper cladding layer 108 on both sides of the ridge 110 so that the near-field image (NFP) in the horizontal direction can be suppressed. It is thought that it can promote growth. Hereinafter, a quantum dot laser 200 will be described as an embodiment of the semiconductor laser of the present invention using this principle.

図３は実施例に係る量子ドットレーザ２００の断面斜視図である。図３のように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１２、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層１４、アンドープＧａＡｓからなるスペーサ層１６、量子ドットを６層から８層積層した量子ドット活性層１８、アンドープＧａＡｓからなるスペーサ層２０、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層２２、及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４が順次積層されている。   FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the quantum dot laser 200 according to the embodiment. As shown in FIG. 3, six to eight layers of a buffer layer 12 made of n-type GaAs, a lower cladding layer 14 made of n-type AlGaAs, a spacer layer 16 made of undoped GaAs, and quantum dots are laminated on an n-type GaAs substrate 10. The quantum dot active layer 18, the spacer layer 20 made of undoped GaAs, the upper cladding layer 22 made of p-type AlGaAs, and the contact layer 24 made of p-type GaAs are sequentially laminated.

表１は、各層の材料、膜厚及びドーピング濃度を示す。表１のように、下部クラッド層１４は、第４ＡｌＧａＡｓ層７０と第５ＡｌＧａＡｓ層７２とで構成される。第４ＡｌＧａＡｓ層７０のＡｌ組成比Ｘは量子ドット活性層１８の層数により異なり、量子ドット活性層１８の層数が６層ではＡｌ組成比が０．２７であり、７層では０．２５であり、８層では０．２３である。即ち、第４ＡｌＧａＡｓ層７０のＡｌ組成比は０．４未満である。第５ＡｌＧａＡｓ層７２は、Ａｌ組成比が０．４以上であるｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ層とで構成される。 Table 1 shows the material, film thickness, and doping concentration of each layer. As shown in Table 1, the lower cladding layer 14 includes a fourth AlGaAs layer 70 and a fifth AlGaAs layer 72. The Al composition ratio X of the fourth AlGaAs layer 70 varies depending on the number of quantum dot active layers 18, and the Al composition ratio is 0.27 when the number of quantum dot active layers 18 is 6, and 0.25 when 7 layers. Yes, it is 0.23 for 8 layers. That is, the Al composition ratio of the fourth AlGaAs layer 70 is less than 0.4. The fifth AlGaAs layer 72 includes an n-type Al 0.4 Ga 0.6 As layer and an n-type Al 0.45 Ga 0.55 As layer having an Al composition ratio of 0.4 or more.

上部クラッド層２２は、第１ＡｌＧａＡｓ層７４、第２ＡｌＧａＡｓ層７６、及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８で構成される。第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比は０．３５であり、第２ＡｌＧａＡｓ層７６のＡｌ組成比は０．４５であり、第３ＡｌＧａＡｓ層７８のＡｌ組成比は０．３５である。

Figure 2010272589
The upper cladding layer 22 includes a first AlGaAs layer 74, a second AlGaAs layer 76, and a third AlGaAs layer 78. The Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 is 0.35, the Al composition ratio of the second AlGaAs layer 76 is 0.45, and the Al composition ratio of the third AlGaAs layer 78 is 0.35.
Figure 2010272589

図３に戻り、上部クラッド層２２を構成する３層のうちの第２ＡｌＧａＡｓ層７６と第３ＡｌＧａＡｓ層７８とは、コンタクト層２４と共にリッジ部２６を形成している。リッジ部２６の断面形状は長方形様形状をしている。リッジ部２６の両側には凹部２８が形成されている。上部クラッド層２２を構成する３層のうちの第１ＡｌＧａＡｓ層７４は、リッジ部２６の両側に残存している。   Returning to FIG. 3, the second AlGaAs layer 76 and the third AlGaAs layer 78 of the three layers constituting the upper cladding layer 22 form the ridge portion 26 together with the contact layer 24. The cross-sectional shape of the ridge portion 26 is rectangular. Concave portions 28 are formed on both sides of the ridge portion 26. Of the three layers constituting the upper cladding layer 22, the first AlGaAs layer 74 remains on both sides of the ridge portion 26.

コンタクト層２４上及び凹部２８表面には保護膜３０として酸化シリコン膜が形成されている。リッジ部２６のコンタクト層２４上にｐ用電極３２が形成されている。ｐ用電極３２と配線３３とを介し接続するパッド３４が形成されている。基板１０の下面にはｎ用電極３６が形成されている。   A silicon oxide film is formed as a protective film 30 on the contact layer 24 and the surface of the recess 28. A p-electrode 32 is formed on the contact layer 24 of the ridge portion 26. A pad 34 is formed to be connected via the p electrode 32 and the wiring 33. An n electrode 36 is formed on the lower surface of the substrate 10.

図４は量子ドット活性層１８の１層分のドット層３８を示した図である。量子ドット４０は０．８ｎｍ厚のＩｎＡｓより形成される。量子ドット４０間に膜厚３．６ｎｍのＩｎＧａＡｓ層４２が形成される。量子ドット４０及びＩｎＧａＡｓ層４２を覆うように、膜厚１４．４ｎｍのアンドープＧａＡｓ層４４が形成される。アンドープＧａＡｓ層４４上に膜厚１０ｎｍのｐ型ＧａＡｓ層４６、膜厚１２ｎｍのアンドープＧａＡｓ層４８が順次形成される。アンドープＧａＡｓ層４４、ｐ型ＧａＡｓ層４６、及びアンドープＧａＡｓ層４８はバリア層５０を構成する。ドット層３８を構成する各層の材料、膜厚及びドーピング濃度を表２に示す。

Figure 2010272589
FIG. 4 is a diagram showing a dot layer 38 corresponding to one layer of the quantum dot active layer 18. The quantum dots 40 are made of 0.8 nm thick InAs. An InGaAs layer 42 having a thickness of 3.6 nm is formed between the quantum dots 40. An undoped GaAs layer 44 having a thickness of 14.4 nm is formed so as to cover the quantum dots 40 and the InGaAs layer 42. A p-type GaAs layer 46 having a thickness of 10 nm and an undoped GaAs layer 48 having a thickness of 12 nm are sequentially formed on the undoped GaAs layer 44. The undoped GaAs layer 44, the p-type GaAs layer 46, and the undoped GaAs layer 48 constitute a barrier layer 50. Table 2 shows the material, film thickness, and doping concentration of each layer constituting the dot layer 38.
Figure 2010272589

次に、図５（ａ）から図５（ｄ）を用い、実施例に係る量子ドットレーザ２００の製造方法を説明する。図５（ａ）のように、ｎ型半導体基板１０上に、例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用い、バッファ層１２、下部クラッド層１４、スペーサ層１６、複数の量子ドットを有する量子ドット活性層１８、スペーサ層２０、上部クラッド層２２、及びコンタクト層２４を順次堆積し形成する。   Next, a method of manufacturing the quantum dot laser 200 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5A, on the n-type semiconductor substrate 10, for example, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method is used, and a quantum dot activity having a buffer layer 12, a lower cladding layer 14, a spacer layer 16, and a plurality of quantum dots. A layer 18, a spacer layer 20, an upper cladding layer 22, and a contact layer 24 are sequentially deposited and formed.

図５（ｂ）のように、コンタクト層２４上にフォトレジスト５２を形成する。フォトレジスト５２をマスクに第２ＡｌＧａＡｓ層７６に達するように、上部クラッド層２２とコンタクト層２４とをドライエッチング法を用い異方性エッチングする。このとき、上部クラッド層２２とコンタクト層２４との側面はほぼ垂直となる。   As shown in FIG. 5B, a photoresist 52 is formed on the contact layer 24. Using the photoresist 52 as a mask, the upper cladding layer 22 and the contact layer 24 are anisotropically etched using a dry etching method so as to reach the second AlGaAs layer 76. At this time, the side surfaces of the upper cladding layer 22 and the contact layer 24 are substantially vertical.

図５（ｃ）のように、ウエットエッチング法を用い上部クラッド層２２の第２ＡｌＧａＡｓ層７６をエッチングする。このとき、第１ＡｌＧａＡｓ層７４、第２ＡｌＧａＡｓ層７６、及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８は、ウエットエッチング溶液に曝されることになる。第２ＡｌＧａＡｓ層７６のＡｌ組成比（０．４５）は、第１ＡｌＧａＡｓ層７４及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８のＡｌ組成比（０．３５）と異なることから、ウエットエッチングによるエッチングレートに差が生じる。   As shown in FIG. 5C, the second AlGaAs layer 76 of the upper cladding layer 22 is etched using a wet etching method. At this time, the first AlGaAs layer 74, the second AlGaAs layer 76, and the third AlGaAs layer 78 are exposed to the wet etching solution. Since the Al composition ratio (0.45) of the second AlGaAs layer 76 is different from the Al composition ratio (0.35) of the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78, a difference occurs in the etching rate by wet etching.

ここで、図６を用い、濃弗酸（４７％）を用いＡｌＧａＡｓ層をウエットエッチングした際のＡｌ組成比とエッチングレートとの関係を説明する。図６のように、ＡｌＧａＡｓ層は、Ａｌ組成比が０．４を超えるとエッチングレートが急激に大きくなる。他のエッチャントを用いても、Ａｌ組成比が０．４を超えるとウエットエッチングのエッチング速度が急激に速くなる。   Here, the relationship between the Al composition ratio and the etching rate when the AlGaAs layer is wet etched using concentrated hydrofluoric acid (47%) will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the etching rate of the AlGaAs layer increases rapidly when the Al composition ratio exceeds 0.4. Even when other etchants are used, the etching rate of wet etching increases rapidly when the Al composition ratio exceeds 0.4.

これにより、図５（ｃ）において、例えば濃弗酸や弗酸水溶液を用い、第２ＡｌＧａＡｓ層７６をウエットエッチングすることにより、第１ＡｌＧａＡｓ層７４及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８に対して第２ＡｌＧａＡｓ層７６を選択的にエッチングすることができる。したがって、第２ＡｌＧａＡｓ層７６と第３ＡｌＧａＡｓ層７８とによりリッジ部２６が形成され、リッジ部２６の両側の凹部２８には第１ＡｌＧａＡｓ層７４が量子ドット活性層１８上に残存する。また、第２ＡｌＧａＡｓ層７６のエッチングレートが第３ＡｌＧａＡｓ層７８のエッチングレートより速いことから、第２ＡｌＧａＡｓ層７６にはリッジ部２６のくびれ５４が形成される。   Thus, in FIG. 5C, the second AlGaAs layer 76 is selected with respect to the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78 by wet etching the second AlGaAs layer 76 using, for example, concentrated hydrofluoric acid or hydrofluoric acid aqueous solution. Can be etched. Therefore, the ridge portion 26 is formed by the second AlGaAs layer 76 and the third AlGaAs layer 78, and the first AlGaAs layer 74 remains on the quantum dot active layer 18 in the recesses 28 on both sides of the ridge portion 26. Further, since the etching rate of the second AlGaAs layer 76 is faster than the etching rate of the third AlGaAs layer 78, the constriction 54 of the ridge portion 26 is formed in the second AlGaAs layer 76.

図５（ｄ）のように、コンタクト層２４上にｐ用電極３２を、ｎ型基板１０の下面にｎ用電極３６を形成する。これにより、実施例に係る量子ドットレーザ２００が完成する。   As shown in FIG. 5D, the p electrode 32 is formed on the contact layer 24, and the n electrode 36 is formed on the lower surface of the n-type substrate 10. Thereby, the quantum dot laser 200 according to the embodiment is completed.

図７は図３に示した構造の量子ドットレーザにおいて、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比に対する光閉じ込め係数Γ０及びΓ１を示したシミュレーション結果である。なお、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比以外は、表１で示した各層の材料及び膜厚等を用いている。光閉じ込め係数Γ０及びΓ１は、基底モードＭ０及び第１高次モードＭ１において、図２（ａ）に示した導波領域Ｒ内に存在する光強度を各モードの全光強度で規格化した値をそれぞれ各モードの光閉じ込め係数Γ０及びΓ１とした。また、量子ドット活性層１８が６層（一点鎖線で表示）、７層（二点鎖線で表示）、８層（実線で表示）の各場合についてのシミュレーション結果を示している。量子ドット活性層１８が６層から８層の場合についてシミュレーションを行ったのは、十分な利得を実現するためには量子ドット活性層１８は６層以上が好ましいこと、また、量子ドット活性層１８の層数を多くする程最大利得を増大させることができるが、９層以上になると歪みの蓄積によって表面モホロジーの劣化等が生じ易くなることから８層以下が好ましいことによる。   FIG. 7 is a simulation result showing optical confinement coefficients Γ0 and Γ1 with respect to the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 in the quantum dot laser having the structure shown in FIG. Other than the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74, the material and film thickness of each layer shown in Table 1 are used. The optical confinement coefficients Γ0 and Γ1 are values obtained by normalizing the light intensity existing in the waveguide region R shown in FIG. 2A with the total light intensity of each mode in the fundamental mode M0 and the first higher-order mode M1. Are the optical confinement coefficients Γ0 and Γ1 of each mode, respectively. In addition, simulation results are shown for each of the cases where the quantum dot active layer 18 has six layers (displayed by a one-dot chain line), seven layers (displayed by a two-dot chain line), and eight layers (displayed by a solid line). The simulation was performed in the case where the quantum dot active layer 18 has 6 to 8 layers. The quantum dot active layer 18 is preferably 6 layers or more in order to realize a sufficient gain, and the quantum dot active layer 18 As the number of layers increases, the maximum gain can be increased. However, when the number of layers is 9 or more, the surface morphology is likely to be deteriorated due to accumulation of strain, so that 8 layers or less is preferable.

図７のように、量子ドット活性層１８が６層、７層、８層いずれの場合においても、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比が小さくなるに従い、基底モードＭ０の光閉じ込め係数Γ０は増加する傾向にあり、第１高次モードＭ１の光閉じ込め係数Γ１も増加する傾向にある。特に、Ａｌ組成比が０．３より小さい場合において、第１高次モードＭ１の光閉じ込め係数Γ１の増加が顕著に現れることから、Ａｌ組成比が０．３より小さくなることは好ましくない。   As shown in FIG. 7, the optical confinement coefficient Γ0 of the fundamental mode M0 increases as the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 decreases regardless of whether the quantum dot active layer 18 is 6, 7, or 8 layers. There is a tendency, and the optical confinement coefficient Γ1 of the first higher-order mode M1 also tends to increase. In particular, when the Al composition ratio is smaller than 0.3, an increase in the optical confinement coefficient Γ1 of the first higher-order mode M1 appears remarkably, so it is not preferable that the Al composition ratio is smaller than 0.3.

図８は図３に示した構造の量子ドットレーザにおいて、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比に対するＦＦＰ（Far Field Pattern）半値全幅を示したシミュレーション結果である。なお、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比以外は、表１で示した各層の材料及び膜厚等を用いている。ここで、水平方向ＦＦＰとは、基板１０に水平な方向のＦＦＰ半値全幅であり、垂直ＦＦＰとは、各層の積層方向のＦＦＰ半値全幅である。   FIG. 8 is a simulation result showing the FFP (Far Field Pattern) full width at half maximum with respect to the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 in the quantum dot laser having the structure shown in FIG. Other than the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74, the material and film thickness of each layer shown in Table 1 are used. Here, the horizontal direction FFP is the full width at half maximum of FFP in the direction horizontal to the substrate 10, and the vertical FFP is the full width at half maximum of FFP in the stacking direction of each layer.

図８のように、量子ドット活性層１８が６層、７層、８層いずれの場合においても、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比が大きくなるに従い、水平方向ＦＦＰ、垂直方向ＦＦＰ共に小さくなる。特に、垂直方向ＦＦＰは水平方向ＦＦＰに比べ低下率が大きいため、Ａｌ組成比が大きくなるに従い、水平方向ＦＦＰと垂直方向ＦＦＰとの半値全幅の差が小さくなり、ＦＦＰの形状が円形形状に近づく。   As shown in FIG. 8, regardless of whether the quantum dot active layer 18 is 6, 7, or 8 layers, both the horizontal FFP and the vertical FFP decrease as the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 increases. In particular, since the vertical FFP has a higher rate of decrease than the horizontal FFP, the difference in full width at half maximum between the horizontal FFP and the vertical FFP decreases as the Al composition ratio increases, and the shape of the FFP approaches a circular shape. .

図９は図３に示した構造の量子ドットレーザにおいて、第１ＡｌＧａＡｓ層７４の膜厚に対する光閉じ込め係数Γ０及びΓ１を示したシミュレーション結果である。なお、第１ＡｌＧａＡｓ層７４の膜厚以外は、表１で示した各層の材料及び膜厚等を用いている。量子ドット活性層１８が６層、７層、８層の各場合のシミュレーション結果を示している。   FIG. 9 is a simulation result showing optical confinement coefficients Γ0 and Γ1 with respect to the thickness of the first AlGaAs layer 74 in the quantum dot laser having the structure shown in FIG. Other than the film thickness of the first AlGaAs layer 74, the material and film thickness of each layer shown in Table 1 are used. The simulation results in the case where the quantum dot active layer 18 has 6, 7, and 8 layers are shown.

図９のように、量子ドット活性層１８が６層、７層、８層いずれの場合においても、基底モードＭ０の光閉じ込め係数Γ０は、第１ＡｌＧａＡｓ層７４の膜厚が厚くなるに従い低下する傾向にある。第１高次モードＭ１の光閉じ込め係数Γ１についても、第１ＡｌＧａＡｓ層７４の膜厚が厚くなるに従い低下する傾向にある。特に、第１ＡｌＧａＡｓ層７４の膜厚が１００ｎｍより小さくなると、横高次モードが発生し、光閉じ込め係数Γ１が増大する恐れが生じる。したがって、第１ＡｌＧａＡｓ層７４の膜厚は１００ｎｍ以上である場合が好ましい。   As shown in FIG. 9, the optical confinement coefficient Γ0 of the fundamental mode M0 tends to decrease as the film thickness of the first AlGaAs layer 74 becomes thicker even when the quantum dot active layer 18 is 6, 7, or 8 layers. It is in. The optical confinement coefficient Γ1 of the first higher-order mode M1 also tends to decrease as the thickness of the first AlGaAs layer 74 increases. In particular, when the thickness of the first AlGaAs layer 74 is smaller than 100 nm, a lateral higher-order mode is generated, which may increase the optical confinement coefficient Γ1. Therefore, the thickness of the first AlGaAs layer 74 is preferably 100 nm or more.

実施例によれば、図３のように、量子ドット活性層１８上に設けられた上部クラッド層２２は、孤立したリッジ部２６を形成する第２ＡｌＧａＡｓ層７６及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８と、リッジ部２６の両側に残存する第１ＡｌＧａＡｓ層７４と、で構成される。このように、リッジ部２６の両側の量子ドット活性層１８上に第１ＡｌＧａＡｓ層７４を残存させることで、図２（ｂ）で説明したように、第１高次モードＭ１の導波モードはリッジ部２６の両側の量子ドット活性層１８内に形成される。したがって、リッジ部２６下の量子ドット活性層１８内（導波領域Ｒ内）での高次モードの発生を抑制できる。   According to the embodiment, as shown in FIG. 3, the upper cladding layer 22 provided on the quantum dot active layer 18 includes the second AlGaAs layer 76 and the third AlGaAs layer 78 that form the isolated ridge portion 26, and the ridge portion 26. And the first AlGaAs layer 74 remaining on both sides. In this way, by leaving the first AlGaAs layer 74 on the quantum dot active layer 18 on both sides of the ridge portion 26, the waveguide mode of the first higher-order mode M1 becomes the ridge as described with reference to FIG. It is formed in the quantum dot active layer 18 on both sides of the portion 26. Therefore, the generation of higher order modes in the quantum dot active layer 18 (in the waveguide region R) under the ridge portion 26 can be suppressed.

また、図５（ａ）のように、ドライエッチングで第３ＡｌＧａＡｓ層７８を除去し、図５（ｃ）のように、ウエットエッチングで第２ＡｌＧａＡｓ層７６を除去する。第２ＡｌＧａＡｓ層７６のＡｌ組成比は第１ＡｌＧａＡｓ層７４及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８のＡｌ組成比より大きいため、ウエットエッチングにおいて、第２ＡｌＧａＡｓ層７６を第１ＡｌＧａＡｓ層７４及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８に対して選択的にエッチングができる。したがって、リッジ部２６を長方形様形状としつつ、第１ＡｌＧａＡｓ層７４を確実に残存させることができる。   Further, as shown in FIG. 5A, the third AlGaAs layer 78 is removed by dry etching, and as shown in FIG. 5C, the second AlGaAs layer 76 is removed by wet etching. Since the Al composition ratio of the second AlGaAs layer 76 is larger than the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78, the second AlGaAs layer 76 is selectively used with respect to the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78 in the wet etching. Can be etched. Therefore, the first AlGaAs layer 74 can be reliably left while the ridge portion 26 has a rectangular shape.

第３ＡｌＧａＡｓ層７８と第２ＡｌＧａＡｓ層７６とを共にドライエッチングで除去した場合、第１ＡｌＧａＡｓ層７４にダメージを与えることがある。しかしながら、図５（ａ）及び図５（ｃ）のように、第３ＡｌＧａＡｓ層７８はドライエッチングで除去し、第２ＡｌＧａＡｓ層７６はウエットエッチングで除去することで、第１ＡｌＧａＡｓ層７４に与えるダメージを抑制できる。   If both the third AlGaAs layer 78 and the second AlGaAs layer 76 are removed by dry etching, the first AlGaAs layer 74 may be damaged. However, as shown in FIGS. 5A and 5C, the third AlGaAs layer 78 is removed by dry etching, and the second AlGaAs layer 76 is removed by wet etching, thereby suppressing damage to the first AlGaAs layer 74. it can.

したがって、図６に示すように、ウエットエッチングで第２ＡｌＧａＡｓ層７６を第１ＡｌＧａＡｓ層７４及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８に対して選択的にエッチングするために、第２ＡｌＧａＡｓ層７６のＡｌ組成比は０．４以上で、第１ＡｌＧａＡｓ層７４及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８のＡｌ組成比は０．４未満である場合が好ましい。特に、第２ＡｌＧａＡｓ層７６のエッチングレートをより速くするという目的からは、第２ＡｌＧａＡｓ層７６のＡｌ組成比は０．４５以上がより好ましい。第１ＡｌＧａＡｓ層７４と第３ＡｌＧａＡｓ層７８とのエッチングレートをより遅くするという目的からは、第１ＡｌＧａＡｓ層７４と第３ＡｌＧａＡｓ層７８とのＡｌ組成比は０．３５以下がより好ましい。また、第２ＡｌＧａＡｓ層７６の抵抗を低減するという観点からは、第２ＡｌＧａＡｓ層７６のＡｌ組成比は０．６以下である場合が好ましく、０．５以下である場合がより好ましい。また、第１ＡｌＧａＡｓ層７４及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８がクラッド層として機能するという観点からは、第１ＡｌＧａＡｓ層７４及び第３ＡｌＧａＡｓ層７８のＡｌ組成比は０．２以上が好ましく、０．３以上がより好ましい。   Therefore, as shown in FIG. 6, in order to selectively etch the second AlGaAs layer 76 with respect to the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78 by wet etching, the Al composition ratio of the second AlGaAs layer 76 is 0.4 or more. Therefore, the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78 is preferably less than 0.4. In particular, for the purpose of increasing the etching rate of the second AlGaAs layer 76, the Al composition ratio of the second AlGaAs layer 76 is more preferably 0.45 or more. In order to make the etching rate of the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78 slower, the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78 is more preferably 0.35 or less. From the viewpoint of reducing the resistance of the second AlGaAs layer 76, the Al composition ratio of the second AlGaAs layer 76 is preferably 0.6 or less, and more preferably 0.5 or less. Further, from the viewpoint that the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78 function as a cladding layer, the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 and the third AlGaAs layer 78 is preferably 0.2 or more, and more preferably 0.3 or more. .

第２ＡｌＧａＡｓ層７６のエッチングレートが、第３ＡｌＧａＡｓ層７８のエッチングレートより速いことから、図５（ｃ）のように、リッジ部２６の最小幅Ｗ１は第２ＡｌＧａＡｓ層７６が有することになる。   Since the etching rate of the second AlGaAs layer 76 is faster than the etching rate of the third AlGaAs layer 78, the second AlGaAs layer 76 has the minimum width W1 of the ridge portion 26 as shown in FIG.

図７で説明したように、導波領域Ｒでの高次モードの発生を抑制するためには、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比は０．３以上である場合が好ましい。また、上述したように、第２ＡｌＧａＡｓ層７６のウエットエッチングの際に、第１ＡｌＧａＡｓ層７４が除去されないためには、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比は０．４未満の場合が好ましく、０．３５以下の場合がより好ましい。したがって、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比は０．３以上０．４未満である場合が好ましく、０．３２以上０．３８以下である場合がより好ましく、０．３４以上０．３６以下である場合がさらに好ましい。また、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比を０．４未満とすることで、図７に示すように、基底モードＭ０の光閉じ込め係数Γ０の低下を抑えることもできる。つまり、第１ＡｌＧａＡｓ層７４のＡｌ組成比を０．３以上０．４未満とすることで、基底モードの光閉じ込め係数をある程度大きくしつつ、高次モードの発生を抑制でき、且つ、リッジ部２６の両側に第１ＡｌＧａＡｓ層７４が残存する構造を容易かつ確実に形成することが可能となる。   As described with reference to FIG. 7, in order to suppress the generation of higher-order modes in the waveguide region R, it is preferable that the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 is 0.3 or more. Also, as described above, in order to prevent the first AlGaAs layer 74 from being removed during the wet etching of the second AlGaAs layer 76, the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 is preferably less than 0.4, and 0.35 The following cases are more preferable. Therefore, the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 is preferably 0.3 or more and less than 0.4, more preferably 0.32 or more and 0.38 or less, and 0.34 or more and 0.36 or less. More preferred is the case. Further, by making the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 less than 0.4, it is possible to suppress the decrease in the optical confinement coefficient Γ0 of the fundamental mode M0 as shown in FIG. That is, by setting the Al composition ratio of the first AlGaAs layer 74 to 0.3 or more and less than 0.4, it is possible to suppress the generation of higher-order modes while increasing the optical confinement coefficient of the fundamental mode to some extent, and the ridge portion 26. Thus, a structure in which the first AlGaAs layer 74 remains on both sides can be easily and reliably formed.

図９で説明したように、高次モードの発生を抑制するためには、第１ＡｌＧａＡｓ層７４の膜厚は１００ｎｍ以上である場合が好ましい。また、基底モードの光閉じ込め係数をある程度大きくしつつ、高次モードの発生を抑制するには、第１ＡｌＧａＡｓ層７４の膜厚は１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である場合が好ましく、１００ｎｍ以上１７０ｎｍ以下がより好ましく、１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下がさらに好ましい。   As described with reference to FIG. 9, the thickness of the first AlGaAs layer 74 is preferably 100 nm or more in order to suppress the occurrence of higher order modes. In order to suppress the generation of higher order modes while increasing the optical confinement coefficient of the fundamental mode to some extent, the thickness of the first AlGaAs layer 74 is preferably 100 nm or more and 200 nm or less, more preferably 100 nm or more and 170 nm or less. 100 nm or more and 150 nm or less is more preferable.

量子ドット活性層１８は、図４のように、水平に設けられたＩｎＡｓからなる量子ドット４０と、量子ドット４０の間に設けられたＩｎＧａＡｓ層４２と、量子ドット４０及びＩｎＧａＡｓ層４２を覆うバリア層５０とで構成されるドット層３８が積層されている。ドット層３８の層数は、前述したように、十分な利得の実現と歪みの蓄積による表面モホロジーの劣化の抑制との点から、６層から８層である場合が好ましい。量子ドット活性層１８の厚さとしては、２４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である場合が好ましく、２６０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下である場合がより好ましい。   As shown in FIG. 4, the quantum dot active layer 18 includes a horizontally provided InAs quantum dot 40, an InGaAs layer 42 provided between the quantum dots 40, and a barrier that covers the quantum dot 40 and the InGaAs layer 42. A dot layer 38 composed of the layer 50 is laminated. As described above, the number of the dot layers 38 is preferably 6 to 8 from the viewpoint of realizing a sufficient gain and suppressing deterioration of the surface morphology due to accumulation of distortion. The thickness of the quantum dot active layer 18 is preferably 240 nm or more and 300 nm or less, and more preferably 260 nm or more and 280 nm or less.

図３のように、下部クラッド層１４は、Ａｌ組成比が０．４未満の第４ＡｌＧａＡｓ層７０と第４ＡｌＧａＡｓ層７０上に設けられたＡｌ組成比が０．４以上の第５ＡｌＧａＡｓ層７２とで構成される場合が好ましい。このように、下部クラッド層１４にＡｌ組成比が０．４以上の第５ＡｌＧａＡｓ層７２を有することで、発振光が下方向に広がることを抑制でき、発振光の形状を円形に近づけることができる。   As shown in FIG. 3, the lower cladding layer 14 includes a fourth AlGaAs layer 70 having an Al composition ratio of less than 0.4 and a fifth AlGaAs layer 72 having an Al composition ratio of 0.4 or more provided on the fourth AlGaAs layer 70. The case where it comprises is preferable. As described above, by having the fifth AlGaAs layer 72 having an Al composition ratio of 0.4 or more in the lower cladding layer 14, it is possible to suppress the oscillation light from spreading downward and to make the shape of the oscillation light nearly circular. .

実施例１において、第１導電型としてｎ型、第２導電型としてｐ型を例に説明したが、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型である場合でもよい。また、第１ＡｌＧａＡｓ層７４は、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層の単層である場合を例に説明したが、Ａｌ組成比が０．３以上０．４未満の条件を満たす層が複数設けられている場合でもよい。この場合、複数層の合計膜厚が１００ｎｍ以上である場合が好ましい。 In the first embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. The first AlGaAs layer 74 has been described as an example of a single layer of an Al 0.35 Ga 0.65 As layer, but there are a plurality of layers that satisfy the condition that the Al composition ratio is 0.3 or more and less than 0.4. It may be provided. In this case, it is preferable that the total film thickness of the plurality of layers is 100 nm or more.

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.・ Change is possible.

１０ 基板
１２ バッファ層
１４ 下部クラッド層
１６ スペーサ層
１８ 量子ドット活性層
２０ スペーサ層
２２ 上部クラッド層
２４ コンタクト層
２６ リッジ部
２８ 凹部
３０ 保護膜
３２ ｐ用電極
３３ 配線
３４ パッド
３６ ｎ用電極
３８ ドット層
４０ 量子ドット
５０ バリア層
５４ くびれ
７０ 第４ＡｌＧａＡｓ層
７２ 第５ＡｌＧａＡｓ層
７４ 第１ＡｌＧａＡｓ層
７６ 第２ＡｌＧａＡｓ層
７８ 第３ＡｌＧａＡｓ層
２００ 量子ドットレーザ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Buffer layer 14 Lower clad layer 16 Spacer layer 18 Quantum dot active layer 20 Spacer layer 22 Upper clad layer 24 Contact layer 26 Ridge portion 28 Recess 30 Protective film 32 P electrode 33 Wiring 34 Pad 36 N electrode 38 Dot layer 40 Quantum dots 50 Barrier layer 54 Constriction 70 Fourth AlGaAs layer 72 Fifth AlGaAs layer 74 First AlGaAs layer 76 Second AlGaAs layer 78 Third AlGaAs layer 200 Quantum dot laser

Claims (8)

第１導電型を有し、ＡｌＧａＡｓ層である下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に設けられ、複数の量子ドットを有する活性層と、
前記活性層上に順次設けられた第１ＡｌＧａＡｓ層と第２ＡｌＧａＡｓ層と第３ＡｌＧａＡｓ層とを有し、前記第２ＡｌＧａＡｓ層と前記第３ＡｌＧａＡｓ層とは孤立したリッジ部を形成し、前記リッジ部の両側には前記第１ＡｌＧａＡｓ層が残存する、前記第１導電型と反対の導電型の第２導電型である上部クラッド層と、を具備し、
前記第２ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は、前記第１ＡｌＧａＡｓ層及び前記第３ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ。 A lower cladding layer having a first conductivity type and being an AlGaAs layer;
An active layer provided on the lower cladding layer and having a plurality of quantum dots;
A first AlGaAs layer, a second AlGaAs layer, and a third AlGaAs layer that are sequentially provided on the active layer, wherein the second AlGaAs layer and the third AlGaAs layer form an isolated ridge portion on both sides of the ridge portion; Comprises an upper cladding layer that is a second conductivity type opposite to the first conductivity type, in which the first AlGaAs layer remains,
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein an Al composition ratio of the second AlGaAs layer is larger than an Al composition ratio of the first AlGaAs layer and the third AlGaAs layer. 前記第２ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．４以上であり、前記第１ＡｌＧａＡｓ層及び前記第３ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．４未満であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。   2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the Al composition ratio of the second AlGaAs layer is 0.4 or more, and the Al composition ratio of the first AlGaAs layer and the third AlGaAs layer is less than 0.4. 前記第１ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．３以上０．４未満であることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ。   3. The semiconductor laser according to claim 2, wherein the Al composition ratio of the first AlGaAs layer is not less than 0.3 and less than 0.4. 前記リッジ部の最小幅は前記第２ＡｌＧａＡｓ層が有す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。   4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the second AlGaAs layer has a minimum width of the ridge portion. 前記第１ＡｌＧａＡｓ層の厚さは１００ｎｍ以上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。   5. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the thickness of the first AlGaAs layer is 100 nm or more. 前記活性層は、水平方向に設けられたＩｎＡｓからなる前記複数の量子ドットと前記複数の量子ドットの間に設けられたＩｎＧａＡｓ層と前記複数の量子ドット及び前記ＩｎＧａＡｓ層を覆うように設けられたＧａＡｓ層からなるバリア層とで構成されるドット層が６層から８層積層されてい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。   The active layer is provided so as to cover the plurality of quantum dots made of InAs provided in the horizontal direction, the InGaAs layer provided between the plurality of quantum dots, the plurality of quantum dots, and the InGaAs layer. 6. The semiconductor laser according to claim 1, wherein six to eight dot layers each including a barrier layer made of a GaAs layer are stacked. 前記活性層の厚さは２４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ。   7. The semiconductor laser according to claim 6, wherein the thickness of the active layer is not less than 240 nm and not more than 300 nm. 第１導電型を有し、Ａｌ組成比が０．４未満の第４ＡｌＧａＡｓ層と前記第４ＡｌＧａＡｓ層上に設けられＡｌ組成比が０．４以上の第５ＡｌＧａＡｓ層とを有する下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に設けられ、水平方向に設けられたＩｎＡｓからなる複数の量子ドットと前記複数の量子ドットの間に設けられたＩｎＧａＡｓ層と前記複数の量子ドット及び前記ＩｎＧａＡｓ層を覆うように設けられたＧａＡｓ層からなるバリア層とで構成されるドット層が６層から８層積層され、厚さが２４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である活性層と、
前記活性層上に順次設けられたＡｌ組成比が０．３以上０．４未満の第１ＡｌＧａＡｓ層とＡｌ組成比が０．４以上の第２ＡｌＧａＡｓ層とＡｌ組成比が０．４未満の第３ＡｌＧａＡｓ層とを有し、前記第２ＡｌＧａＡｓ層と前記第３ＡｌＧａＡｓ層とは孤立したリッジ部を形成すると共に前記リッジ部の最小幅は前記第２ＡｌＧａＡｓ層が有し、前記リッジ部の両側では厚さが１００ｎｍ以上の前記第１ＡｌＧａＡｓ層が残存している、前記第１導電型と反対の導電型の第２導電型である上部クラッド層と、を具備することを特徴とする半導体レーザ。 A lower cladding layer having a first conductivity type and having a fourth AlGaAs layer having an Al composition ratio of less than 0.4 and a fifth AlGaAs layer provided on the fourth AlGaAs layer and having an Al composition ratio of 0.4 or more;
A plurality of InAs layers provided on the lower cladding layer and formed in the horizontal direction, an InGaAs layer provided between the plurality of quantum dots, the plurality of quantum dots, and the InGaAs layer are covered. 6 to 8 dot layers composed of a barrier layer made of a GaAs layer provided, and an active layer having a thickness of 240 nm to 300 nm,
A first AlGaAs layer having an Al composition ratio of not less than 0.3 and less than 0.4, a second AlGaAs layer having an Al composition ratio of not less than 0.4, and a third AlGaAs having an Al composition ratio of less than 0.4, which are sequentially provided on the active layer. The second AlGaAs layer and the third AlGaAs layer form an isolated ridge portion, and the minimum width of the ridge portion is the second AlGaAs layer, and the thickness is 100 nm on both sides of the ridge portion. A semiconductor laser comprising: an upper clad layer of the second conductivity type opposite to the first conductivity type, in which the first AlGaAs layer is left.
JP2009121291A 2009-05-19 2009-05-19 Semiconductor laser Pending JP2010272589A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009121291A JP2010272589A (en) 2009-05-19 2009-05-19 Semiconductor laser
PCT/JP2010/057752 WO2010134426A1 (en) 2009-05-19 2010-05-06 Semiconductor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009121291A JP2010272589A (en) 2009-05-19 2009-05-19 Semiconductor laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010272589A true JP2010272589A (en) 2010-12-02
JP2010272589A5 JP2010272589A5 (en) 2011-12-15

Family

ID=43126111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009121291A Pending JP2010272589A (en) 2009-05-19 2009-05-19 Semiconductor laser

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2010272589A (en)
WO (1) WO2010134426A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11346033A (en) * 1998-03-30 1999-12-14 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor laser and manufacture thereof
JP2003060302A (en) * 2001-08-16 2003-02-28 Sony Corp Semiconductor laser and manufacturing method therefor method
JP2005243720A (en) * 2004-02-24 2005-09-08 Sony Corp Semiconductor light-emitting device
JP2005268573A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Fujitsu Ltd Semiconductor light emitting element using self-forming quantum dot
JP2008085064A (en) * 2006-09-27 2008-04-10 Fujitsu Ltd Optical semiconductor device and its manufacturing method
WO2009011184A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-22 Qd Laser Inc. Semiconductor laser and method for manufacturing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4639107B2 (en) * 2005-03-31 2011-02-23 富士通株式会社 Semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP4947778B2 (en) * 2006-12-27 2012-06-06 富士通株式会社 Optical semiconductor device and manufacturing method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11346033A (en) * 1998-03-30 1999-12-14 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor laser and manufacture thereof
JP2003060302A (en) * 2001-08-16 2003-02-28 Sony Corp Semiconductor laser and manufacturing method therefor method
JP2005243720A (en) * 2004-02-24 2005-09-08 Sony Corp Semiconductor light-emitting device
JP2005268573A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Fujitsu Ltd Semiconductor light emitting element using self-forming quantum dot
JP2008085064A (en) * 2006-09-27 2008-04-10 Fujitsu Ltd Optical semiconductor device and its manufacturing method
WO2009011184A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-22 Qd Laser Inc. Semiconductor laser and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010134426A1 (en) 2010-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4387472B2 (en) Semiconductor laser
JP2010080757A (en) Semiconductor light emitting element
US20210167582A1 (en) Semiconductor laser element
JP2005333129A (en) Semiconductor laser diode
JP2006128617A (en) Semiconductor laser element and its manufacturing method
US8160116B2 (en) Semiconductor laser and method for manufacturing the same
JPH06125133A (en) Semiconductor laser system
JP2002124737A (en) Nitride semiconductor laser element
JP5626279B2 (en) Group III nitride semiconductor laser device and method for manufacturing group III nitride semiconductor laser device
JP2002232076A (en) Gallium nitride-based compound semiconductor laser
WO2010106841A1 (en) Semiconductor laser
WO2010134426A1 (en) Semiconductor laser
JP2009076640A (en) Semiconductor light emitting element
US6661821B2 (en) Semiconductor laser element having great bandgap difference between active layer and optical waveguide layers, and including arrow structure formed without P-As interdiffusion
JP2006339311A (en) Semiconductor laser
JP4534449B2 (en) MMI type semiconductor laser and manufacturing method thereof
US6690698B2 (en) Semiconductor laser device including arrow structure precisely formed to suppress P-As interdiffusion and Al oxidation
JP2002111136A (en) Semiconductor laser device
CN111384663A (en) Gallium nitride based semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP3850303B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
WO2022130806A1 (en) Photonic crystal surface emission laser and method for manufacturing same
US6668002B2 (en) Semiconductor laser device including ARROW structure formed without P-As interdiffusion and Al oxidation
JP2006019456A (en) Semiconductor laser element
JP3850288B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
KR100590567B1 (en) Laser diode and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111028

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111028

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121218

A02 Decision of refusal

Effective date: 20130416

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02