JP3868353B2 - 量子ドットを有する半導体光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体光装置に関し、特に活性層内に量子ドットを有する半導体光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
量子化を利用した半導体装置が知られている。半導体層の厚さを薄くしていくと、１次元量子化を行うことができる。１次元量子化を行ったウエル層とバリア層とを交互に積層し、多重量子井戸（ＭＱＷ）を形成した構造は、半導体レーザ等に用いられている。
【０００３】
半導体層の厚さと幅とを制限し、２次元量子化を行った量子細線は、論理素子等に用いられている。半導体層の３次元方向の寸法全てを制限し、３次元量子化を行った量子ドットは、論理素子や発光素子に用いられる。
【０００４】
下地基板に格子整合しない材料、すなわち歪みの発生する材料をエピタキシャルに成長すると、成長初期のある段階で自己発生的に数ｎｍ〜数１０ｎｍオーダーのごく微小な島状成長が起こる（Ｓ‐Ｋモード）。従来の量子ドットは、この現象を利用して形成されている。
【０００５】
ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板上に、基板よりもバンドギャップが狭く、格子定数の大きいＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓ（ＩｎＰ基板の場合はＩｎリッチのＩｎＧａＡｓ）をエピタキシャル成長し、量子ドットを形成する。より現実的には、基板と格子整合する半導体バリア層と格子定数が大きく、バンドギャップの狭い量子ドットとを交互に積層する。バリア層内にバンドギャップの狭い量子ドットが埋め込まれた構造が形成される。このような系において、量子ドットには圧縮歪みが発生する。
【０００６】
半導体結晶に歪みが生じる（応力が印加される）と、バンド端において縮退していた正孔のレベルが重い正孔のレベルと軽い正孔のレベルとに分離する。圧縮歪みが発生した量子ドットにおいては、電子−重い正孔間のエネルギー差が電子−軽い正孔間のエネルギー差よりも小さくなり、電子−重い正孔間の光学的遷移が優勢になる。この場合、ＴＥモ−ドの光との相互作用が優勢となる。圧縮歪みの発生した量子ドットを用いて光増幅器やレーザを形成すると、ＴＥモードの光を増幅したり発生したりする。
【０００７】
ＴＭモードの光を発生したり、増幅する半導体光装置も望まれるが、従来そのような量子ドットを用いた半導体光装置は知られていない。
光ファイバーを利用したフォトニックネットワーク等においては、伝播する光の偏光方向は変化し、不定となる。光増幅器で光信号の増幅を行なおうとする場合、ＴＥモードの光、ＴＭモードの光を共に増幅することも望まれる。ＴＥモードの光のみを増幅したのでは不十分である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の量子ドットを用いた半導体光装置は、ＴＥモードの光との相互作用が優性であった。量子ドットは、圧縮歪みを有する量子ドットであった。
【０００９】
本発明の目的は、ＴＭモードの光と相互作用することのできる半導体光装置を提供することである。
本発明の他の目的は、引張り歪みを持つ量子ドットを有する半導体装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の１観点によれば、第１の格子定数を有する第１の半導体の表面を有する基板と、前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２の半導体で形成された第１種の量子ドットと、前記第１の格子定数よりも大きい第３の格子定数を有する第３の半導体で形成された第２種の量子ドットと、を含む活性層を有する半導体積層とを有する半導体光装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、光信号を供給する入力側光ファイバと、前記光ファイバに光学的に結合され、第1の格子定数を有する第1の半導体の表面を有する基板と、前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第1の格子定数よりも小さい第2の格子定数を有する第2の半導体で形成された第1種の量子ドットと、前記第1の格子定数よりも大きい第3の格子定数を有する第３の半導体で形成された第2種の量子ドットとを含む活性層を有する半導体積層とを有する半導体光増幅器と、を有する光通信装置が提供される。
【００１２】
基板よりも格子定数の小さい材料で量子ドットを形成すると、量子ドットには引張り歪みが発生する。
引張り歪みが発生した量子ドットにおいては、電子−軽い正孔間のエネルギ差が電子−重い正孔間のエネルギ差よりも小さくなり、電子−軽い正孔間の光学的遷移が優勢になる。この場合、ＴＭモードの光との相互作用が優勢となる。
圧縮歪みが発生した量子ドットにおいては、電子−重い正孔間のエネルギー差が電子−軽い正孔間のエネルギー差よりも小さくなり、電子−重い正孔間の光学的遷移が優勢になる。この場合、ＴＥモ−ドの光との相互作用が優勢となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
半導体光装置の多くにおいては、光と相互作用する活性層を活性層よりバンドギャップが広く、ｐ型、ｎ型を有するクラッド層で挟み、ｐｎダイオード構造を形成する。ダイオードに順方向電流を流し、活性層において電子−正孔発光性再結合を行なわせることにより光が発生する。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）は、半導体光装置の２つの構成例を示す。
図１（Ａ）において、例えば（３１１）Ｂ面のｎ型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層を例えば厚さ約１００〜２００ｎｍエピタキシャルに成長する。バッファ層２は結晶性の優れた下地結晶を提供するためであり、基板の結晶性が十分良質であれば省略しても良い。バッファ層２の上に、ｎ型ＩｎＰのクラッド層３を例えば厚さ約３μｍエピタキシャルに成長する。基板１、バッファ層２、クラッド層３のｎ型不純物の濃度は例えば１×１０18ｃｍ-3である。
【００１５】
ｎ型クラッド層３の上に、例えば０．５μｍの活性層４を成長する。活性層４はノンドープで、引張り歪みを有する量子ドットを含む層である。活性層４の構成については後述する。
【００１６】
活性層４の上に、例えば厚さ３μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層５をエピタキシャルに成長する。クラッド層５の上に、例えば厚さ０．５μｍのｐ型Ｉｎ0.53Ｇａ047Ａｓコンタクト層７をエピタキシャルに成長する。クラッド層７のｐ型不純物濃度は、例えば１×１０18ｃｍ-3であり、コンタクト層７のｐ型不純物濃度は、例えば１×１０19ｃｍ-3である。
【００１７】
なお、基板上の各半導体層は、制限的ではないが分子線エピタキシ（ＭＢＥ）又は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によりエピタキシャル成長することができる。
【００１８】
例えば、ＭＢＥの場合は、各構成元素の固体を原料とし、さらにｐ型不純物Ｂｅ，ｎ型不純物Ｓｉを用いる。成長温度は例えば量子ドット層は４５０−５５０℃、他の層は５５０℃とする。ＭＯＣＶＤの場合は、たとえば、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ），Ｐ原料としてホスフィン、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、ｐ型不純物Ｚｎの原料としてジエチルジンク（ＤＥＺ），ｎ型不純物Ｓｉの原料としてジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）等を用いる。成長温度は量子ドット層は４５０−５５０℃、他の層は６００−７００℃とする。
【００１９】
コンタクト層７の上にストライプ状のマスクを形成し、両側のコンタクト層７及びクラッド層５の一部をエッチングして除去する。このようにしてリッジ構造が形成される。リッジ構造の側面は、絶縁層１０で埋め込んでもよい。基板１の裏面にｎ側電極８を形成し、コンタクト層７の上にｐ側電極９を形成する。
【００２０】
このような半導体光装置でレーザ光を発生する半導体レーザーを形成する場合、リッジの幅は数μｍ、基板の幅は例えば３００μｍ程度、長さ（キャビティ長）も３００μｍ程度である。キャビティの両端で半導体積層を劈開する。非出射面には反射膜を形成する場合もある。
【００２１】
入射光を増幅する光増幅器を形成する場合は、基板の長さが３００μｍ〜３０ｍｍ、基板の幅は例えば１ｍｍ程度である。リッジの幅は数μｍと半導体レーザの場合と同様である。光増幅器を形成する場合は、キャビティの両端面を劈開した後、両端面に反射防止膜を形成する。
【００２２】
なお、上述の数値は単なる例示であり、何ら制限的意味を有さない。
図１（Ｂ）は、埋め込み構造の光半導体装置の構成を示す。積層構造自体は、図１（Ａ）の場合と同様である。埋め込み構造の場合、活性層の幅及び活性層に続く上下クラッド層の厚さの一部において、幅が制限されている。この活性層の幅を制限している領域に、光閉じ込め効果及び電流閉じ込め効果を有する埋め込み構造１１が形成される。埋め込み構造１１は、例えばｎ側領域と接するｐ型ＩｎＰ埋め込み層と、ｐ側領域と接するｎ型ＩｎＰ埋め込み層とを含む。
【００２３】
このような埋め込み構造は、活性層又はその上のクラッド層の一部を成長した後、ストライプ状のハードマスクを形成し、両側の領域をエッチングし、さらに埋込層を成長することにより形成できる。その後、ハードマスクを除去し、クラッド層、コンタクト層を成長する。他の点は図１（Ａ）と同様である。
【００２４】
図１（Ｃ）は、光増幅器の構成を概略的に示す。光増幅器１２の両端面には、反射防止膜１３、１４が形成されている。入射光を導入する光ファイバ１５が活性層４と軸合わせされ、活性層４から出射する光に出射側光ファイバ１６が軸合わせされている。
【００２５】
図１（Ｄ）は、半導体レーザの構成を概略的に示す。活性層４を有する半導体レーザ１５の一方の端面は劈開され、反射面を形成し、レーザ光出射面を形成する。半導体レーザ１５の他の端面は、劈開された後高反射膜１３が形成される。なお、活性層以外のこのような半導体光装置の構成、製造方法は公知であり、公知の他の構成、製造方法を用いてもよい。以下、活性層４の構成を詳述する。
【００２６】
図２（Ａ）は、活性層の構成例を示す断面図である。活性層４は、半導体エピタキシャル積層で構成される。ＩｎＰ基板と格子整合するアンドープＩｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓで形成されたバリア層４１の上に、相対的に格子定数が小さく、バンドギャップが狭いＩｎ0.1Ｇａ0.9Ａｓの量子ドット層４２を形成する。量子ドット層４２は、例えば１〜６原子層であり、下地のバリア層４１と格子不整を有するため、Ｓ−Ｋモードの島状（量子ドット）に成長し、連続した膜状には成長しない。
【００２７】
図２（Ｂ）は、量子ドット層の構成を概略的に示す。下地バリア層４１の上に、島状の量子ドット４２が形成される。量子ドット４２は、例えば平面内の径が約２０ｎｍ、厚さが約５ｎｍ程度である。
【００２８】
図２（Ａ）に戻って、量子ドット層４２を形成した後、例えば厚さ約３０ｎｍのバリア層４３を形成する。バリア層４３の上に、量子ドット層４４を形成し、その上にバリア層４５を形成する。同様量子ドット層４６、バリア層４７を形成する。量子ドット層４４，４６は、量子ドット層４２と同様である。バリア層４３，４５，４７はバリア層４１と同一材料である。量子ドット層は、バリア層より狭いバンドギャップを有するため、伝導帯のバンド構造は図中右側に示すようになる。なお、図に示すように、最も下及び最も上のバリア層を厚くしてもよい。
【００２９】
図２（Ｂ）に示すように、バリア層４３は量子ドット４２を埋め込んでバリア層４１と連続する。ただし、Ｓ−Ｋモードで量子ドットを成長すると、バリア層４３とバリア層４１の間にウェッティング層が形成される場合がある。他の量子ドット層４４、４６も離散的量子ドットで形成され、これらの量子ドットはバリア層内に埋め込まれる。
【００３０】
図２（Ａ）の構成においては、バリア層の中に３層の量子ドット層が埋め込まれている。３層の量子ドット層は、それぞれバリア層よりも格子定数が小さな材料で形成されている。このため、量子ドット４２には引張り応力が発生する。すなわち、量子ドット層４２、４４、４６は、引張り歪みを有する量子ドットの層となる。なお、図２（Ａ）においては３層の量子ドット層を形成したが、量子ドット層の数は１〜２０程度の中から任意に選択することができる。
【００３１】
図２（Ｃ）は、５層の量子ドット層を形成した時のバンド構造を概略的に示す。活性層ＡＬ及びその両側のクラッド層ＣＬの伝導帯ｃ．ｂ．、価電子帯ｖ．ｂ．のエネルギを示す。横方向が積層方向を示す。量子ドット層ＱＤにおいてバンドギャップが小さくなり、電子−正孔発光性再結合は量子ドットＱＤにおいて優先的に生じる。バリア層ＢＬ、クラッド層ＣＬは、量子ドットＱＤよりバンドギャップが広く、量子ドットからの発光に対し透明である。
【００３２】
量子ドット層は引張り歪みを有する。引張り歪みが生じると、バンド端で軽い正孔のバンドが重い正孔のバンドより上になり、電子ー軽い正孔間のエネルギー差が電子ー重い正孔間のエネルギー差よりも小さくなる。このため、電子−軽い正孔間の光学的遷移が優勢になる。この場合、ＴＭモードの光との相互作用が優勢となる。以上説明した半導体光装置はＴＭモードの光を発振したり、増幅する。
【００３３】
量子ドットを、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ａｓで形成する場合を説明したが、量子ドットはバリア層より格子定数が小さく、量子効果が生じ、歪がかかった時のバンドギャップが小さい他の材料で形成することもできる。例えば、上述の構成において、バリア層をＩｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓ，量子ドットをＧａＮ0.01Ａｓ0.99で形成してもよい。また、バリア層をＩｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓ，量子ドットをＧａＡｓで形成してもよい。引っ張り歪のかかったＧａＡｓドットは、Ｉｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓよりバンドギャップが狭くなる。まとめて表現すると、基板としてＩｎＰを用いた場合、量子ドットをＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）で形成することができる。バリア層として基板と格子整合する材料を用いたが、基板とほぼ格子整合する材料を用いてもよい。すなわち、結晶成長上格子整合と同等と扱える材料を用いてもよい。
【００３４】
基板としてＧａＡｓを用いた場合は、たとえばクラッド層としてＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、バリア層としてＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ、量子ドット層としてＧａＡｓ0.5Ｐ0.5を用いることができる。
【００３５】
基板として混晶を用いることも可能である。例えば、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ基板を用い、クラッド層を基板と同じＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成し、バリア層をＩｎ0.2（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）Ａｓ、量子ドット層をＧａＡｓ0.9Ｐ0.1で形成することができる。
【００３６】
図２（Ｄ）は、基板Ｓ、バリア層Ｂ，量子ドットＱＤのバンドギャップと格子定数の関係を概略的に示す。量子ドットＱＤに関しては、格子定数は、バルク状態の格子定数であり、バンドギャップは量子効果および歪を生じた状態での値である。基板Ｓとバリア層Ｂとは格子整合またはほぼ格子整合している。量子ドットＱＤは格子不整合で、より小さい格子定数を有する。バンドギャップは、基板Ｓ、バリア層Ｂ、量子ドットＱＤの順に小さくなる。
【００３７】
なお、上述の構成ではクラッド層は、基板と同一材料であり、基板と同一のバンドギャップ、格子定数を有する。基板と格子整合し、バリア層よりバンドギャップの広い他の材料を用いてもよい。
【００３８】
なお、引張り歪みを有する量子ドットと、圧縮歪みを有する量子ドットとを組み合わせることにより、ＴＥモード及びＴＭモードの両方の光を発振又は増幅する半導体光装置を構成することもできる。
【００３９】
図３（Ａ）は、基板Ｓ、バリア層Ｂ，引張り歪みを有する量子ドットＱＤＴ、圧縮歪みを有する量子ドットＱＤＣのバンドギャップと格子定数の関係を示すグラフである。量子ドットに関しては、格子定数は、バルク状態の格子定数であり、バンドギャップは量子効果を生じ、かつ歪のかかった状態での値である。基板Ｓ，バリア層Ｂ，引張り歪み量子ドットＱＤＴの関係は、図２（Ｄ）の基板Ｓ，バリア層Ｂ，量子ドットＱＤの関係と同様である。圧縮歪みを有する量子ドットＱＤＣは、基板Ｓより格子状数が大きく、引張り歪みを有する量子ドットと同じバンドギャップを有する。
【００４０】
たとえば、基板をＩｎＰ，バリア層をＩｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓ，またはＩｎ0.854Ｇａ0.146Ａｓ0.318Ｐ0.682，量子ドットＱＤＴをＧａＡｓ，量子ドットＱＤＣをＩｎＡｓで形成することができる。
【００４１】
図３（Ｂ）は、活性層の構成を両側のクラッド層と共に示す。活性層ＡＬは、一対のクラッド層ＣＬに挟まれ、その内部には、バリア層ＢＬと量子ドット層ＱＤＣ，ＱＤＴの積層を含む。圧縮歪み量子ドットＱＤＣの層と引っ張り歪み量子ドットＱＤＴの層とは、バリア層ＢＬを挟んで交互に形成されている。
【００４２】
圧縮歪み量子ドットＱＤＣがＴＥモードの光を発振、増幅する。引張り歪み量子ドットＱＤＴがＴＭモードの光を発振、増幅する。両者の機能を均等化することにより、偏波依存性のない半導体光装置を形成することも可能である。
【００４３】
図４（Ａ）は、以上説明した半導体光装置を用いたフォトニックネットワークを示す。複数のノードＮが光ファイバーなどによって結合され、フォトニックネットワークＮＷを形成する。ノードＮには光増幅器や光スイッチが含まれる。
【００４４】
図４（Ｂ）は、ノードＮの半導体光増幅器の例を示す。波長λ１、λ２、λ３、．．．の光が入力側ファイバーＦ１を介して光増幅器ＡＭＰに入力し、増幅されて出力側ファイバーＦ２に出射する。
【００４５】
図４（Ｃ）は、光スイッチの例を示す。光スイッチＳＷは、それぞれ単一波長λ１、λ２、λ３、．．．の光信号を受け、増幅又は遮断し、合波器Ｐに選択的に光信号を供給する。合波器Ｐは、分波器Ｑに接続されている。
【００４６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００４７】
以下、本発明の特徴を付記する。
（付記１） 第1の格子定数を有する第1の半導体の表面を有する基板と、
前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第1の格子定数よりも小さい第2の格子定数を有する第2の半導体で形成された第1種の量子ドットを含む活性層を有する半導体積層と
を有する半導体光装置。（１）
（付記２） 前記活性層は、前記第１の格子定数とほぼ格子整合するバリア層を含み、前記第１種の量子ドットは前記バリア層に埋め込まれている付記１記載の半導体光装置。（２）
（付記３） 前記半導体積層の活性層が、さらに、前記第1の格子定数よりも大きい第3の格子定数を有する第３の半導体で形成された第2種の量子ドットを含む付記１または２記載の半導体光装置。（３）
（付記４） 前記第１種の量子ドットと前記第２種の量子ドットとは前記バリア層内で交互に面状に分布している付記３記載の半導体光装置。（４）
（付記５） 前記第１の半導体がＩｎＰであり、前記第２の半導体がＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）である付記１〜４のいずれか１項記載の半導体光装置。（５）
（付記６） 前記活性層はキャビティを構成する１対の端面を有し、さらに前記１対の端面上に形成された反射防止膜を有する付記１〜５のいずれか１項記載の半導体光装置。（６）
（付記７） さらに、前記１対の端面に光学的に結合された１対の光ファイバを有する付記６記載の半導体光装置。（７）
（付記８） 引張り歪みを持つ量子ドットを有する半導体光装置。
【００４８】
（付記９） 光信号を供給する入力側光ファイバと、
前記光ファイバに光学的に結合され、第1の格子定数を有する第1の半導体の表面を有する基板と、前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第1の格子定数よりも小さい第2の格子定数を有する第2の半導体で形成された第1種の量子ドットと、前記第1の格子定数よりも大きい第3の格子定数を有する第３の半導体で形成された第2種の量子ドットとを含む活性層を有する半導体積層とを有する半導体光増幅器と、
を有する光通信装置。（８）
（付記１０） 前記活性層は、さらに前記第１の格子定数とほぼ整合するバリア層を含み、前記第１種の量子ドットは前記バリア層内に埋め込まれている付記９記載の光通信装置。（９）
（付記１１） 前記半導体積層の活性層が、さらに、前記第1の格子定数よりも大きい第3の格子定数を有する第３の半導体で形成された第2種の量子ドットを含む付記９または１０記載の半導体光装置。（１０）
（付記１２） 前記第１種の量子ドットと前記第２種の量子ドットとは前記バリア層内で交互に面状に分布している付記１１記載の半導体光装置。
【００４９】
（付記１３） 前記第１の半導体がＩｎＰであり、前記第２の半導体がＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）である付記９〜１２のいずれか１項記載の半導体光装置。
【００５０】
（付記１４） 前記活性層はキャビティを構成する１対の端面を有し、さらに前記１対の端面上に形成された反射防止膜を有する付記９〜１３のいずれか１項記載の半導体光装置。
【００５１】
（付記１５） さらに、前記１対の端面に光学的に結合された１対の光ファイバを有する付記１４記載の半導体光装置。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、引張り歪みを有する量子ドットを含む半導体光装置が提供される。引張り歪みを有する量子ドットはＴＭモードの光を発振、増幅することができる。
【００５３】
ＴＥモード、ＴＭモードの両方の光を発振、増幅する半導体光装置を提供することができる。偏波依存性のない半導体光装置を提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による半導体光装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】 図１に示す半導体光装置の活性層の構成を説明するための断面図及びダイアグラムである。
【図３】 本発明の他の実施例による半導体光装置を説明するためのダイアグラムである。
【図４】 フォトニックネットワークを説明するためのダイアグラムである。
【符号の説明】
１ 基板
２ バッファ層
３ クラッド層
４ 活性層
５ クラッド層
７ コンタクト層
８ ｎ側電極
９ ｐ側電極
４１、４３、４５、４７ バリア層
４２、４４、４６ 量子ドット層
ＱＤ 量子ドット
ＱＤＴ 引張り歪み量子ドット
ＱＤＣ 圧縮歪み量子ドット
Ｓ 基板
ＡＬ 活性層
ＢＬ バリア層
ＣＬ クラッド層
ＡＭＰ 増幅器
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体光装置に関し、特に活性層内に量子ドットを有する半導体光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
量子化を利用した半導体装置が知られている。半導体層の厚さを薄くしていくと、１次元量子化を行うことができる。１次元量子化を行ったウエル層とバリア層とを交互に積層し、多重量子井戸（ＭＱＷ）を形成した構造は、半導体レーザ等に用いられている。
【０００３】
半導体層の厚さと幅とを制限し、２次元量子化を行った量子細線は、論理素子等に用いられている。半導体層の３次元方向の寸法全てを制限し、３次元量子化を行った量子ドットは、論理素子や発光素子に用いられる。
【０００４】
下地基板に格子整合しない材料、すなわち歪みの発生する材料をエピタキシャルに成長すると、成長初期のある段階で自己発生的に数ｎｍ〜数１０ｎｍオーダーのごく微小な島状成長が起こる（Ｓ‐Ｋモード）。従来の量子ドットは、この現象を利用して形成されている。
【０００５】
ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板上に、基板よりもバンドギャップが狭く、格子定数の大きいＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓ（ＩｎＰ基板の場合はＩｎリッチのＩｎＧａＡｓ）をエピタキシャル成長し、量子ドットを形成する。より現実的には、基板と格子整合する半導体バリア層と格子定数が大きく、バンドギャップの狭い量子ドットとを交互に積層する。バリア層内にバンドギャップの狭い量子ドットが埋め込まれた構造が形成される。このような系において、量子ドットには圧縮歪みが発生する。
【０００６】
半導体結晶に歪みが生じる（応力が印加される）と、バンド端において縮退していた正孔のレベルが重い正孔のレベルと軽い正孔のレベルとに分離する。圧縮歪みが発生した量子ドットにおいては、電子−重い正孔間のエネルギー差が電子−軽い正孔間のエネルギー差よりも小さくなり、電子−重い正孔間の光学的遷移が優勢になる。この場合、ＴＥモ−ドの光との相互作用が優勢となる。圧縮歪みの発生した量子ドットを用いて光増幅器やレーザを形成すると、ＴＥモードの光を増幅したり発生したりする。
【０００７】
ＴＭモードの光を発生したり、増幅する半導体光装置も望まれるが、従来そのような量子ドットを用いた半導体光装置は知られていない。
光ファイバーを利用したフォトニックネットワーク等においては、伝播する光の偏光方向は変化し、不定となる。光増幅器で光信号の増幅を行なおうとする場合、ＴＥモードの光、ＴＭモードの光を共に増幅することも望まれる。ＴＥモードの光のみを増幅したのでは不十分である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の量子ドットを用いた半導体光装置は、ＴＥモードの光との相互作用が優性であった。量子ドットは、圧縮歪みを有する量子ドットであった。
【０００９】
本発明の目的は、ＴＭモードの光と相互作用することのできる半導体光装置を提供することである。
本発明の他の目的は、引張り歪みを持つ量子ドットを有する半導体装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の１観点によれば、第１の格子定数を有する第１の半導体の表面を有する基板と、前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２の半導体で形成された第１種の量子ドットと、前記第１の格子定数よりも大きい第３の格子定数を有する第３の半導体で形成された第２種の量子ドットと、を含む活性層を有する半導体積層とを有する半導体光装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、光信号を供給する入力側光ファイバと、前記光ファイバに光学的に結合され、第1の格子定数を有する第1の半導体の表面を有する基板と、前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第1の格子定数よりも小さい第2の格子定数を有する第2の半導体で形成された第1種の量子ドットと、前記第1の格子定数よりも大きい第3の格子定数を有する第３の半導体で形成された第2種の量子ドットとを含む活性層を有する半導体積層とを有する半導体光増幅器と、を有する光通信装置が提供される。
【００１２】
基板よりも格子定数の小さい材料で量子ドットを形成すると、量子ドットには引張り歪みが発生する。
引張り歪みが発生した量子ドットにおいては、電子−軽い正孔間のエネルギ差が電子−重い正孔間のエネルギ差よりも小さくなり、電子−軽い正孔間の光学的遷移が優勢になる。この場合、ＴＭモードの光との相互作用が優勢となる。
圧縮歪みが発生した量子ドットにおいては、電子−重い正孔間のエネルギー差が電子−軽い正孔間のエネルギー差よりも小さくなり、電子−重い正孔間の光学的遷移が優勢になる。この場合、ＴＥモ−ドの光との相互作用が優勢となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
半導体光装置の多くにおいては、光と相互作用する活性層を活性層よりバンドギャップが広く、ｐ型、ｎ型を有するクラッド層で挟み、ｐｎダイオード構造を形成する。ダイオードに順方向電流を流し、活性層において電子−正孔発光性再結合を行なわせることにより光が発生する。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）は、半導体光装置の２つの構成例を示す。
図１（Ａ）において、例えば（３１１）Ｂ面のｎ型ＩｎＰ基板１の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層を例えば厚さ約１００〜２００ｎｍエピタキシャルに成長する。バッファ層２は結晶性の優れた下地結晶を提供するためであり、基板の結晶性が十分良質であれば省略しても良い。バッファ層２の上に、ｎ型ＩｎＰのクラッド層３を例えば厚さ約３μｍエピタキシャルに成長する。基板１、バッファ層２、クラッド層３のｎ型不純物の濃度は例えば１×１０18ｃｍ-3である。
【００１５】
ｎ型クラッド層３の上に、例えば０．５μｍの活性層４を成長する。活性層４はノンドープで、引張り歪みを有する量子ドットを含む層である。活性層４の構成については後述する。
【００１６】
活性層４の上に、例えば厚さ３μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層５をエピタキシャルに成長する。クラッド層５の上に、例えば厚さ０．５μｍのｐ型Ｉｎ0.53Ｇａ047Ａｓコンタクト層７をエピタキシャルに成長する。クラッド層７のｐ型不純物濃度は、例えば１×１０18ｃｍ-3であり、コンタクト層７のｐ型不純物濃度は、例えば１×１０19ｃｍ-3である。
【００１７】
なお、基板上の各半導体層は、制限的ではないが分子線エピタキシ（ＭＢＥ）又は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によりエピタキシャル成長することができる。
【００１８】
例えば、ＭＢＥの場合は、各構成元素の固体を原料とし、さらにｐ型不純物Ｂｅ，ｎ型不純物Ｓｉを用いる。成長温度は例えば量子ドット層は４５０−５５０℃、他の層は５５０℃とする。ＭＯＣＶＤの場合は、たとえば、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ），Ｐ原料としてホスフィン、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、ｐ型不純物Ｚｎの原料としてジエチルジンク（ＤＥＺ），ｎ型不純物Ｓｉの原料としてジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）等を用いる。成長温度は量子ドット層は４５０−５５０℃、他の層は６００−７００℃とする。
【００１９】
コンタクト層７の上にストライプ状のマスクを形成し、両側のコンタクト層７及びクラッド層５の一部をエッチングして除去する。このようにしてリッジ構造が形成される。リッジ構造の側面は、絶縁層１０で埋め込んでもよい。基板１の裏面にｎ側電極８を形成し、コンタクト層７の上にｐ側電極９を形成する。
【００２０】
このような半導体光装置でレーザ光を発生する半導体レーザーを形成する場合、リッジの幅は数μｍ、基板の幅は例えば３００μｍ程度、長さ（キャビティ長）も３００μｍ程度である。キャビティの両端で半導体積層を劈開する。非出射面には反射膜を形成する場合もある。
【００２１】
入射光を増幅する光増幅器を形成する場合は、基板の長さが３００μｍ〜３０ｍｍ、基板の幅は例えば１ｍｍ程度である。リッジの幅は数μｍと半導体レーザの場合と同様である。光増幅器を形成する場合は、キャビティの両端面を劈開した後、両端面に反射防止膜を形成する。
【００２２】
なお、上述の数値は単なる例示であり、何ら制限的意味を有さない。
図１（Ｂ）は、埋め込み構造の光半導体装置の構成を示す。積層構造自体は、図１（Ａ）の場合と同様である。埋め込み構造の場合、活性層の幅及び活性層に続く上下クラッド層の厚さの一部において、幅が制限されている。この活性層の幅を制限している領域に、光閉じ込め効果及び電流閉じ込め効果を有する埋め込み構造１１が形成される。埋め込み構造１１は、例えばｎ側領域と接するｐ型ＩｎＰ埋め込み層と、ｐ側領域と接するｎ型ＩｎＰ埋め込み層とを含む。
【００２３】
このような埋め込み構造は、活性層又はその上のクラッド層の一部を成長した後、ストライプ状のハードマスクを形成し、両側の領域をエッチングし、さらに埋込層を成長することにより形成できる。その後、ハードマスクを除去し、クラッド層、コンタクト層を成長する。他の点は図１（Ａ）と同様である。
【００２４】
図１（Ｃ）は、光増幅器の構成を概略的に示す。光増幅器１２の両端面には、反射防止膜１３、１４が形成されている。入射光を導入する光ファイバ１５が活性層４と軸合わせされ、活性層４から出射する光に出射側光ファイバ１６が軸合わせされている。
【００２５】
図１（Ｄ）は、半導体レーザの構成を概略的に示す。活性層４を有する半導体レーザ１５の一方の端面は劈開され、反射面を形成し、レーザ光出射面を形成する。半導体レーザ１５の他の端面は、劈開された後高反射膜１３が形成される。なお、活性層以外のこのような半導体光装置の構成、製造方法は公知であり、公知の他の構成、製造方法を用いてもよい。以下、活性層４の構成を詳述する。
【００２６】
図２（Ａ）は、活性層の構成例を示す断面図である。活性層４は、半導体エピタキシャル積層で構成される。ＩｎＰ基板と格子整合するアンドープＩｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓで形成されたバリア層４１の上に、相対的に格子定数が小さく、バンドギャップが狭いＩｎ0.1Ｇａ0.9Ａｓの量子ドット層４２を形成する。量子ドット層４２は、例えば１〜６原子層であり、下地のバリア層４１と格子不整を有するため、Ｓ−Ｋモードの島状（量子ドット）に成長し、連続した膜状には成長しない。
【００２７】
図２（Ｂ）は、量子ドット層の構成を概略的に示す。下地バリア層４１の上に、島状の量子ドット４２が形成される。量子ドット４２は、例えば平面内の径が約２０ｎｍ、厚さが約５ｎｍ程度である。
【００２８】
図２（Ａ）に戻って、量子ドット層４２を形成した後、例えば厚さ約３０ｎｍのバリア層４３を形成する。バリア層４３の上に、量子ドット層４４を形成し、その上にバリア層４５を形成する。同様量子ドット層４６、バリア層４７を形成する。量子ドット層４４，４６は、量子ドット層４２と同様である。バリア層４３，４５，４７はバリア層４１と同一材料である。量子ドット層は、バリア層より狭いバンドギャップを有するため、伝導帯のバンド構造は図中右側に示すようになる。なお、図に示すように、最も下及び最も上のバリア層を厚くしてもよい。
【００２９】
図２（Ｂ）に示すように、バリア層４３は量子ドット４２を埋め込んでバリア層４１と連続する。ただし、Ｓ−Ｋモードで量子ドットを成長すると、バリア層４３とバリア層４１の間にウェッティング層が形成される場合がある。他の量子ドット層４４、４６も離散的量子ドットで形成され、これらの量子ドットはバリア層内に埋め込まれる。
【００３０】
図２（Ａ）の構成においては、バリア層の中に３層の量子ドット層が埋め込まれている。３層の量子ドット層は、それぞれバリア層よりも格子定数が小さな材料で形成されている。このため、量子ドット４２には引張り応力が発生する。すなわち、量子ドット層４２、４４、４６は、引張り歪みを有する量子ドットの層となる。なお、図２（Ａ）においては３層の量子ドット層を形成したが、量子ドット層の数は１〜２０程度の中から任意に選択することができる。
【００３１】
図２（Ｃ）は、５層の量子ドット層を形成した時のバンド構造を概略的に示す。活性層ＡＬ及びその両側のクラッド層ＣＬの伝導帯ｃ．ｂ．、価電子帯ｖ．ｂ．のエネルギを示す。横方向が積層方向を示す。量子ドット層ＱＤにおいてバンドギャップが小さくなり、電子−正孔発光性再結合は量子ドットＱＤにおいて優先的に生じる。バリア層ＢＬ、クラッド層ＣＬは、量子ドットＱＤよりバンドギャップが広く、量子ドットからの発光に対し透明である。
【００３２】
量子ドット層は引張り歪みを有する。引張り歪みが生じると、バンド端で軽い正孔のバンドが重い正孔のバンドより上になり、電子ー軽い正孔間のエネルギー差が電子ー重い正孔間のエネルギー差よりも小さくなる。このため、電子−軽い正孔間の光学的遷移が優勢になる。この場合、ＴＭモードの光との相互作用が優勢となる。以上説明した半導体光装置はＴＭモードの光を発振したり、増幅する。
【００３３】
量子ドットを、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ａｓで形成する場合を説明したが、量子ドットはバリア層より格子定数が小さく、量子効果が生じ、歪がかかった時のバンドギャップが小さい他の材料で形成することもできる。例えば、上述の構成において、バリア層をＩｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓ，量子ドットをＧａＮ0.01Ａｓ0.99で形成してもよい。また、バリア層をＩｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓ，量子ドットをＧａＡｓで形成してもよい。引っ張り歪のかかったＧａＡｓドットは、Ｉｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓよりバンドギャップが狭くなる。まとめて表現すると、基板としてＩｎＰを用いた場合、量子ドットをＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）で形成することができる。バリア層として基板と格子整合する材料を用いたが、基板とほぼ格子整合する材料を用いてもよい。すなわち、結晶成長上格子整合と同等と扱える材料を用いてもよい。
【００３４】
基板としてＧａＡｓを用いた場合は、たとえばクラッド層としてＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、バリア層としてＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ、量子ドット層としてＧａＡｓ0.5Ｐ0.5を用いることができる。
【００３５】
基板として混晶を用いることも可能である。例えば、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ基板を用い、クラッド層を基板と同じＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成し、バリア層をＩｎ0.2（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）Ａｓ、量子ドット層をＧａＡｓ0.9Ｐ0.1で形成することができる。
【００３６】
図２（Ｄ）は、基板Ｓ、バリア層Ｂ，量子ドットＱＤのバンドギャップと格子定数の関係を概略的に示す。量子ドットＱＤに関しては、格子定数は、バルク状態の格子定数であり、バンドギャップは量子効果および歪を生じた状態での値である。基板Ｓとバリア層Ｂとは格子整合またはほぼ格子整合している。量子ドットＱＤは格子不整合で、より小さい格子定数を有する。バンドギャップは、基板Ｓ、バリア層Ｂ、量子ドットＱＤの順に小さくなる。
【００３７】
なお、上述の構成ではクラッド層は、基板と同一材料であり、基板と同一のバンドギャップ、格子定数を有する。基板と格子整合し、バリア層よりバンドギャップの広い他の材料を用いてもよい。
【００３８】
なお、引張り歪みを有する量子ドットと、圧縮歪みを有する量子ドットとを組み合わせることにより、ＴＥモード及びＴＭモードの両方の光を発振又は増幅する半導体光装置を構成することもできる。
【００３９】
図３（Ａ）は、基板Ｓ、バリア層Ｂ，引張り歪みを有する量子ドットＱＤＴ、圧縮歪みを有する量子ドットＱＤＣのバンドギャップと格子定数の関係を示すグラフである。量子ドットに関しては、格子定数は、バルク状態の格子定数であり、バンドギャップは量子効果を生じ、かつ歪のかかった状態での値である。基板Ｓ，バリア層Ｂ，引張り歪み量子ドットＱＤＴの関係は、図２（Ｄ）の基板Ｓ，バリア層Ｂ，量子ドットＱＤの関係と同様である。圧縮歪みを有する量子ドットＱＤＣは、基板Ｓより格子状数が大きく、引張り歪みを有する量子ドットと同じバンドギャップを有する。
【００４０】
たとえば、基板をＩｎＰ，バリア層をＩｎ0.53（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.47Ａｓ，またはＩｎ0.854Ｇａ0.146Ａｓ0.318Ｐ0.682，量子ドットＱＤＴをＧａＡｓ，量子ドットＱＤＣをＩｎＡｓで形成することができる。
【００４１】
図３（Ｂ）は、活性層の構成を両側のクラッド層と共に示す。活性層ＡＬは、一対のクラッド層ＣＬに挟まれ、その内部には、バリア層ＢＬと量子ドット層ＱＤＣ，ＱＤＴの積層を含む。圧縮歪み量子ドットＱＤＣの層と引っ張り歪み量子ドットＱＤＴの層とは、バリア層ＢＬを挟んで交互に形成されている。
【００４２】
圧縮歪み量子ドットＱＤＣがＴＥモードの光を発振、増幅する。引張り歪み量子ドットＱＤＴがＴＭモードの光を発振、増幅する。両者の機能を均等化することにより、偏波依存性のない半導体光装置を形成することも可能である。
【００４３】
図４（Ａ）は、以上説明した半導体光装置を用いたフォトニックネットワークを示す。複数のノードＮが光ファイバーなどによって結合され、フォトニックネットワークＮＷを形成する。ノードＮには光増幅器や光スイッチが含まれる。
【００４４】
図４（Ｂ）は、ノードＮの半導体光増幅器の例を示す。波長λ１、λ２、λ３、．．．の光が入力側ファイバーＦ１を介して光増幅器ＡＭＰに入力し、増幅されて出力側ファイバーＦ２に出射する。
【００４５】
図４（Ｃ）は、光スイッチの例を示す。光スイッチＳＷは、それぞれ単一波長λ１、λ２、λ３、．．．の光信号を受け、増幅又は遮断し、合波器Ｐに選択的に光信号を供給する。合波器Ｐは、分波器Ｑに接続されている。
【００４６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００４７】
以下、本発明の特徴を付記する。
（付記１） 第1の格子定数を有する第1の半導体の表面を有する基板と、
前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第1の格子定数よりも小さい第2の格子定数を有する第2の半導体で形成された第1種の量子ドットを含む活性層を有する半導体積層と
を有する半導体光装置。（１）
（付記２） 前記活性層は、前記第１の格子定数とほぼ格子整合するバリア層を含み、前記第１種の量子ドットは前記バリア層に埋め込まれている付記１記載の半導体光装置。（２）
（付記３） 前記半導体積層の活性層が、さらに、前記第1の格子定数よりも大きい第3の格子定数を有する第３の半導体で形成された第2種の量子ドットを含む付記１または２記載の半導体光装置。（３）
（付記４） 前記第１種の量子ドットと前記第２種の量子ドットとは前記バリア層内で交互に面状に分布している付記３記載の半導体光装置。（４）
（付記５） 前記第１の半導体がＩｎＰであり、前記第２の半導体がＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）である付記１〜４のいずれか１項記載の半導体光装置。（５）
（付記６） 前記活性層はキャビティを構成する１対の端面を有し、さらに前記１対の端面上に形成された反射防止膜を有する付記１〜５のいずれか１項記載の半導体光装置。（６）
（付記７） さらに、前記１対の端面に光学的に結合された１対の光ファイバを有する付記６記載の半導体光装置。（７）
（付記８） 引張り歪みを持つ量子ドットを有する半導体光装置。
【００４８】
（付記９） 光信号を供給する入力側光ファイバと、
前記光ファイバに光学的に結合され、第1の格子定数を有する第1の半導体の表面を有する基板と、前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第1の格子定数よりも小さい第2の格子定数を有する第2の半導体で形成された第1種の量子ドットと、前記第1の格子定数よりも大きい第3の格子定数を有する第３の半導体で形成された第2種の量子ドットとを含む活性層を有する半導体積層とを有する半導体光増幅器と、
を有する光通信装置。（８）
（付記１０） 前記活性層は、さらに前記第１の格子定数とほぼ整合するバリア層を含み、前記第１種の量子ドットは前記バリア層内に埋め込まれている付記９記載の光通信装置。（９）
（付記１１） 前記半導体積層の活性層が、さらに、前記第1の格子定数よりも大きい第3の格子定数を有する第３の半導体で形成された第2種の量子ドットを含む付記９または１０記載の半導体光装置。（１０）
（付記１２） 前記第１種の量子ドットと前記第２種の量子ドットとは前記バリア層内で交互に面状に分布している付記１１記載の半導体光装置。
【００４９】
（付記１３） 前記第１の半導体がＩｎＰであり、前記第２の半導体がＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）である付記９〜１２のいずれか１項記載の半導体光装置。
【００５０】
（付記１４） 前記活性層はキャビティを構成する１対の端面を有し、さらに前記１対の端面上に形成された反射防止膜を有する付記９〜１３のいずれか１項記載の半導体光装置。
【００５１】
（付記１５） さらに、前記１対の端面に光学的に結合された１対の光ファイバを有する付記１４記載の半導体光装置。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、引張り歪みを有する量子ドットを含む半導体光装置が提供される。引張り歪みを有する量子ドットはＴＭモードの光を発振、増幅することができる。
【００５３】
ＴＥモード、ＴＭモードの両方の光を発振、増幅する半導体光装置を提供することができる。偏波依存性のない半導体光装置を提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による半導体光装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】 図１に示す半導体光装置の活性層の構成を説明するための断面図及びダイアグラムである。
【図３】 本発明の他の実施例による半導体光装置を説明するためのダイアグラムである。
【図４】 フォトニックネットワークを説明するためのダイアグラムである。
【符号の説明】
１ 基板
２ バッファ層
３ クラッド層
４ 活性層
５ クラッド層
７ コンタクト層
８ ｎ側電極
９ ｐ側電極
４１、４３、４５、４７ バリア層
４２、４４、４６ 量子ドット層
ＱＤ 量子ドット
ＱＤＴ 引張り歪み量子ドット
ＱＤＣ 圧縮歪み量子ドット
Ｓ 基板
ＡＬ 活性層
ＢＬ バリア層
ＣＬ クラッド層
ＡＭＰ 増幅器
Claims (6)
- 第１の格子定数を有する第１の半導体の表面を有する基板と、
前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２の半導体で形成された第１種の量子ドットと、前記第１の格子定数よりも大きい第３の格子定数を有する第３の半導体で形成された第２種の量子ドットと、を含む活性層を有する半導体積層と
を有する半導体光装置。 - 前記活性層は、前記第１の格子定数とほぼ格子整合するバリア層を含み、前記第１種の量子ドットは前記バリア層に埋め込まれている請求項１記載の半導体光装置。
- 前記第１種の量子ドットと前記第２種の量子ドットとは前記バリア層内で交互に面状に分布している請求項２記載の半導体光装置。
- 前記第１の半導体がＩｎＰであり、前記第２の半導体がＩｎｘＧａ１−ｘＮｙＡｓ１−ｙ（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５）である請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体光装置。
- 光信号を供給する入力側光ファイバと、
前記光ファイバに光学的に結合され、第１の格子定数を有する第１の半導体の表面を有する基板と、前記基板上に形成された半導体積層であって、前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２の半導体で形成された第１種の量子ドットと、前記第１の格子定数よりも大きい第３の格子定数を有する第３の半導体で形成された第２種の量子ドットとを含む活性層を有する半導体積層とを有する半導体光増幅器と、
を有する光通信装置。 - 前記活性層は、さらに前記第１の格子定数とほぼ整合するバリア層を含み、前記第１種の量子ドットは前記バリア層内に埋め込まれている請求項５記載の光通信装置。
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