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JP4822244B2 - Semiconductor light-emitting device using self-forming quantum dots - Google Patents

Semiconductor light-emitting device using self-forming quantum dots Download PDF

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JP4822244B2
JP4822244B2 JP2004079766A JP2004079766A JP4822244B2 JP 4822244 B2 JP4822244 B2 JP 4822244B2 JP 2004079766 A JP2004079766 A JP 2004079766A JP 2004079766 A JP2004079766 A JP 2004079766A JP 4822244 B2 JP4822244 B2 JP 4822244B2
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Description

本発明は自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子に関するものであり、特に、光通信システムにおいて光源として用いる半導体レーザや半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)における横モード制御構成に特徴のある自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device using self-formed quantum dots, and is particularly characterized by a lateral mode control configuration in a semiconductor laser or a semiconductor optical amplifier (SOA) used as a light source in an optical communication system. The present invention relates to a semiconductor light emitting device using self-forming quantum dots.

近年、高速伝送システムとして光通信システムが一般家庭まで普及しつつあるが、光通信用の光源として或いは中継器として使用される半導体レーザ或いは半導体光増幅には横モードの単一化が要求される。   In recent years, optical communication systems are spreading to general households as high-speed transmission systems. However, a semiconductor laser or semiconductor optical amplifier used as a light source for optical communication or as a repeater is required to have a single transverse mode. .

この横モードの単一化は、安定して半導体レーザを動作させるとともに、ファイバへの光の結合効率を上昇させる上で重要になり、従来の半導体レーザ或いは半導体光増幅器においては、活性層をストライプ状に形成することによって、横モードの単一化を行っていた。   This unification of the transverse mode is important for stably operating the semiconductor laser and increasing the coupling efficiency of light to the fiber. In conventional semiconductor lasers or semiconductor optical amplifiers, the active layer is striped. In this way, the transverse mode is unified.

また、近年の光通信システムの高速化、高機能化に伴い、光源となる半導体レーザや半導体光増幅器等の半導体発光素子には優れた、波長安定性も要求されており、そのために、他の構成に比べて比較的大きな利得結合係数を確保するために電子の状態が3次元全方向に量子化された構造である自己形成型量子ドットを活性層に用いた利得結合型DFBレーザも提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In addition, with the recent increase in speed and functionality of optical communication systems, semiconductor light emitting devices such as semiconductor lasers and semiconductor optical amplifiers that are light sources are also required to have excellent wavelength stability. In order to secure a relatively large gain coupling coefficient compared to the configuration, a gain coupled DFB laser using a self-formed quantum dot as an active layer having a structure in which the state of electrons is quantized in three dimensions in all directions is also proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

さらに、このような自己形成型量子ドットを用いた半導体レーザにおいて、活性層の下に格子定数の異なる複数の材料による周期的構造を設け、その上に成長する自己形成型量子ドットの密度或いは大きさの少なくとも一方を周期的に変化させることによって波長を単一化することも提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Further, in such a semiconductor laser using self-forming quantum dots, a periodic structure made of a plurality of materials having different lattice constants is provided under the active layer, and the density or the size of the self-forming quantum dots grown on the periodic structure is increased. It has also been proposed to unify wavelengths by periodically changing at least one of them (for example, see Patent Document 2).

一方、量子ドットを用いた半導体レーザ或いは半導体光増幅器において、共振器軸に垂直な方向の量子ドットの密度分布を制御することによって、横基本モードのビーム形状を制御することも提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2001−326421号公報 特開2003−309322号公報 特開平11−307860号公報
On the other hand, in a semiconductor laser or semiconductor optical amplifier using quantum dots, it is also proposed to control the beam shape of the transverse fundamental mode by controlling the density distribution of the quantum dots in the direction perpendicular to the resonator axis ( For example, see Patent Document 3).
JP 2001-326421 A JP 2003-309322 A JP-A-11-307860

しかし、上記のいずれの提案においても、横基本モードの実現は量子ドットを含む活性層をストライプ状にパターニングすることによって行っており、これらの提案では、活性層を直接エッチングにより切断するため、レーザの劣化が大きいという問題がある。   However, in any of the above proposals, the transverse fundamental mode is realized by patterning the active layer including quantum dots in a stripe shape. In these proposals, the active layer is cut directly by etching, so that a laser is used. There is a problem that the deterioration of is large.

したがって、本発明は、活性層を直接エッチングすることなく横モードを制御することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to control the transverse mode without directly etching the active layer.

図1は本発明の原理的構成図であり、ここで図1を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号1,6は、それぞれ下部クラッド層及び上部クラッド層である。 図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、活性層媒質に自己形成型量子ドット4を用いた半導体発光素子において、リッジ型の光導波路を有し、前記光導波路における光軸に垂直な断面内の自己形成型量子ドット4の密度が周辺部より中央部で大きいことを特徴とする。
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
Reference numerals 1 and 6 in the figure denote a lower cladding layer and an upper cladding layer, respectively. To solve the above problem, the present invention provides a semiconductor light emitting device using self-forming quantum dots 4 as an active layer medium, having a ridge type optical waveguide, and perpendicular to the optical axis of the optical waveguide. The density of the self-forming quantum dots 4 in a simple cross section is larger in the central portion than in the peripheral portion.

このように、自己形成型量子ドット4の密度の粗密を利用し、共振器と垂直方向に中央部分に比較して両端部分の自己形成型量子ドット4の密度が小さくなる活性層構造を作製することにより、活性層を直接加工することなく、したがって、素子の信頼性を下げることなく横高次モードの発生を抑えることができる。
特に、自己形成型量子ドット4の密度分布以外に横モードを制御するストライプ構造7であるリッジ型の光導波路を設けているので、発振モードを確実に横基本モードとすることができる。
なお、半導体発光素子とは、主として半導体レーザ或いは半導体光増幅器を意味するが、発光ダイオード(LED)も含むものである。
In this way, by utilizing the density density of the self-forming quantum dots 4, an active layer structure is produced in which the density of the self-forming quantum dots 4 at both ends is smaller than that at the center in the direction perpendicular to the resonator. Thus, it is possible to suppress the occurrence of the lateral higher order mode without directly processing the active layer, and hence without reducing the reliability of the element.
In particular, since the ridge type optical waveguide which is the stripe structure 7 for controlling the transverse mode is provided in addition to the density distribution of the self-forming quantum dots 4, the oscillation mode can be surely set to the transverse fundamental mode.
The semiconductor light emitting element mainly means a semiconductor laser or a semiconductor optical amplifier, but also includes a light emitting diode (LED).

上述の自己形成型量子ドット4の密度に粗密を形成するためには、光導波路における光軸に垂直な断面内で、中央部における下地半導体層2の格子定数を周辺部の下地半導体層3の格子定数より大きくすれば良い。   In order to form a density close to the density of the self-forming quantum dots 4 described above, the lattice constant of the base semiconductor layer 2 in the central portion is set to be equal to that of the base semiconductor layer 3 in the peripheral portion in the cross section perpendicular to the optical axis in the optical waveguide. It may be larger than the lattice constant.

また、上述の下地半導体層2,3、下地半導体層2,3上に形成された自己形成型量子ドット4、及び、自己形成型量子ドット4及び下地半導体層2,3を覆うバリア層5からなる積層構造を、少なくとも2層以上積層させるように構成しても良く、それによって、大きな光出力を得ることができる。   Further, the above-described base semiconductor layers 2 and 3, the self-forming quantum dots 4 formed on the base semiconductor layers 2 and 3, and the barrier layer 5 covering the self-forming quantum dots 4 and the base semiconductor layers 2 and 3. Such a laminated structure may be configured so as to be laminated at least two layers, whereby a large light output can be obtained.

この場合の自己形成型量子ドット4の密度の粗密としては、中央部における自己形成型量子ドット4の密度が、周辺部における自己形成型量子ドット4の密度よりも1.5倍以上、より好適には2倍以上になるようにすれば良く、それによって横高次モードの発生を効果的に抑制することができる。   In this case, the density of the self-forming quantum dots 4 is preferably about 1.5 times or more higher than the density of the self-forming quantum dots 4 in the peripheral portion. In this case, it is sufficient to make it more than twice, thereby effectively suppressing the occurrence of the transverse higher-order mode.

この場合の格子定数の大きな下地半導体層2としてはInGaAs、格子定数の小さな下地半導体層3としてはGaAs、自己形成型量子ドット4としてはInAsの組合せが最も典型的なものであり、それによって、光通信用光源に適した波長で発振する半導体発光素子を実現することができる。   In this case, the combination of InGaAs as the base semiconductor layer 2 having a large lattice constant, GaAs as the base semiconductor layer 3 having a low lattice constant, and InAs as the self-forming quantum dot 4 is the most typical combination. A semiconductor light emitting device that oscillates at a wavelength suitable for a light source for optical communication can be realized.

本発明により、自己形成型量子ドットの密度の下地依存性を利用することにより、活性層を直接加工することなく横高次モードを抑制することができ、それによって、素子の信頼性を低下させることがない。   According to the present invention, by utilizing the base dependency of the density of self-forming quantum dots, it is possible to suppress lateral higher-order modes without directly processing the active layer, thereby reducing the reliability of the device. There is nothing.

本発明は、自己形成型量子ドットの密度の下地依存性を利用し、共振器軸と垂直な断面において、中央部における下地半導体層の格子定数を周辺部における下地半導体層の格子定数より大きくすることによって、中央部分に比較して両端部分の自己形成型量子ドットの密度を小さくし、横高次モードを制御するものである。   The present invention makes use of the substrate dependence of the density of self-forming quantum dots, and in the cross section perpendicular to the resonator axis, the lattice constant of the underlying semiconductor layer in the central portion is made larger than the lattice constant of the underlying semiconductor layer in the peripheral portion. As a result, the density of the self-forming quantum dots at both end portions is reduced as compared with the central portion, and the lateral higher-order mode is controlled.

ここで、図2乃至図7を参照して、本発明の実施例1の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子を説明するが、各図は、光軸と垂直な断面図である。
図2参照
まず、n型GaAs基板11上にMOCVD法(有機金属気相成長法)を用いて、厚さが、例えば、500nmでドーピング濃度が1.0×1018cm-3のn型GaAsバッフア層12、厚さが、例えば、1.4μmでAl組成が0.4、ドーピング濃度が6.0×1017cm-3のn型AlGaAsクラッド層13、厚さが、例えば、150nmのノンドープGaAs層14、及び、厚さが、例えば、5nmでIn組成比が0.15のノンドープInGaAs層15を順次成長させる。
Here, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 7, although the semiconductor light-emitting device using the self-forming quantum dot of Example 1 of this invention is demonstrated, each figure is sectional drawing perpendicular | vertical to an optical axis.
See Figure 2
First, an n-type GaAs buffer layer 12 having a thickness of, for example, 500 nm and a doping concentration of 1.0 × 10 18 cm −3 is formed on the n-type GaAs substrate 11 using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). The n-type AlGaAs cladding layer 13 having a thickness of, for example, 1.4 μm, an Al composition of 0.4, and a doping concentration of 6.0 × 10 17 cm −3 , and a non-doped GaAs layer 14 having a thickness of, for example, 150 nm The non-doped InGaAs layer 15 having a thickness of, for example, 5 nm and an In composition ratio of 0.15 is sequentially grown.

図3参照
次いで、ノンドープInGaAs層15上にレジストを塗布したのち、電子ビーム露光法若しくは干渉露光法を用いて例えば、幅3.0μm、長さ300μmのストライプ状溝17を有するレジストパターン16を形成し、次いで、スパッタ法を用いたSiO2 膜18を堆積させることによって、ストライプ状溝17内部に段切れしたSiO2 パターン19を形成する。
See Figure 3
Next, after applying a resist on the non-doped InGaAs layer 15, for example, a resist pattern 16 having a stripe-shaped groove 17 having a width of 3.0 μm and a length of 300 μm is formed by using an electron beam exposure method or an interference exposure method, and then By depositing a SiO 2 film 18 using a sputtering method, a stepped SiO 2 pattern 19 is formed inside the stripe-shaped groove 17.

図4参照
次いで、レジストパターン16を剥離することによってレジストパターン16上に堆積したSiO2 膜18を除去することによりSiO2 パターン19のみを残存させ、このSiO2 パターン19をマスクとしてノンドープInGaAs層15を選択的に除去する。
See Figure 4
Next, the SiO 2 film 18 deposited on the resist pattern 16 is removed by removing the resist pattern 16 so that only the SiO 2 pattern 19 remains, and the non-doped InGaAs layer 15 is selectively used with the SiO 2 pattern 19 as a mask. To remove.

図5参照
次いで、SiO2 パターン19をそのまま選択成長マスクとして用いてMOCVD法によりノンドープGaAs埋込層20を成長させることによって、ノンドープInGaAs層15の除去部を埋め込む。
See Figure 5
Next, the removal portion of the non-doped InGaAs layer 15 is buried by growing the non-doped GaAs buried layer 20 by the MOCVD method using the SiO 2 pattern 19 as it is as a selective growth mask.

図6参照
次いで、SiO2 パターン19を除去したのち、例えば、特開平9−326506号公報に記載された方法を用い、例えば、470℃の成長温度において、3分子層相当分のInAs形成用原料ガスを供給してInAs量子ドット21を自己形成する。
See FIG.
Next, after removing the SiO 2 pattern 19, for example, a method described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-326506 is used, and an InAs forming source gas corresponding to a trimolecular layer is supplied at a growth temperature of 470 ° C., for example. Then, the InAs quantum dots 21 are self-formed.

このInAs量子ドット21の密度は、下地半導体層、ここではノンドープInGaAs層15とノンドープGaAs埋込層20に大きく依存し、この場合のノンドープInGaAs層15上に成長するInAs量子ドット21の密度は〜8×1010/cm2 となり、ノンドープGaAs埋込層20上に成長するInAs量子ドット21の密度は〜3×1010/cm2 となり密度分布が形成される。 The density of the InAs quantum dots 21 greatly depends on the underlying semiconductor layer, here the non-doped InGaAs layer 15 and the non-doped GaAs buried layer 20, and the density of the InAs quantum dots 21 grown on the non-doped InGaAs layer 15 in this case is 8 × 10 10 / cm 2 , and the density of InAs quantum dots 21 grown on the non-doped GaAs buried layer 20 is ˜3 × 10 10 / cm 2 , and a density distribution is formed.

図7参照
次いで、再びMOCVD法を用いて、厚さが、例えば、100nmのノンドープGaAsバリア層22でInAs量子ドット21を埋め込んだのち、厚さが、例えば、1.4μmで、Al組成が0.4でドーピング濃度が1.0×1018cm-3のp型AlGaAsクラッド層23、厚さが、例えば、20nmで、Al組成が0.2、ドーピング濃度が2.0×1019cm-3のp型AlGaAs層24、及び、厚さが、例えば、400nmでドーピング濃度が2.0×1019cm-3のp型GaAsコンタクト層25を形成する。
See FIG.
Next, the MOCVD method is used again to embed the InAs quantum dots 21 with a non-doped GaAs barrier layer 22 having a thickness of, for example, 100 nm, and the thickness is, for example, 1.4 μm and the Al composition is 0.4. A p-type AlGaAs cladding layer 23 having a doping concentration of 1.0 × 10 18 cm −3 , a thickness of, for example, 20 nm, an Al composition of 0.2, and a doping concentration of 2.0 × 10 19 cm −3 The type AlGaAs layer 24 and the p-type GaAs contact layer 25 having a thickness of, for example, 400 nm and a doping concentration of 2.0 × 10 19 cm −3 are formed.

次いで、図示を省略するものの、ストライプ状のSiO2 パターンをマスクとしてドライエッチング法を施すことによって、ノンドープInGaAs層15の形状と投影的に一致する高さ1.5μm、幅3μmのリッジメサ26を形成したのち、SiO2 パターンを除去し、次いで、p型GaAsコンタクト層25上にp側電極27を形成するとともに、n型GaAs基板11の裏面にn側電極28を設けることによって自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子の基本構成が完成する。 Next, although not shown, a dry etching method is performed using a striped SiO 2 pattern as a mask to form a ridge mesa 26 having a height of 1.5 μm and a width of 3 μm, which coincides with the shape of the non-doped InGaAs layer 15. After that, the SiO 2 pattern is removed, and then a p-side electrode 27 is formed on the p-type GaAs contact layer 25 and an n-side electrode 28 is provided on the back surface of the n-type GaAs substrate 11 to thereby form a self-forming quantum dot. The basic structure of the semiconductor light emitting device using the is completed.

この本発明の実施例1においては、InAs量子ドット21に密度分布を形成しているので、周辺部に広がる横高次モードにおいてはInAs量子ドット21の密度が小さな周辺部において充分な利得が得られなくなるので横高次モードの発振が抑制され、リッジメサ26による横モード制御効果と相乗して横基本モードの発振となる。   In the first embodiment of the present invention, since a density distribution is formed in the InAs quantum dots 21, a sufficient gain is obtained in the peripheral portion where the density of the InAs quantum dots 21 is small in the lateral high-order mode spreading in the peripheral portion. As a result, the oscillation of the transverse higher-order mode is suppressed, and the oscillation of the transverse fundamental mode is obtained in synergy with the transverse mode control effect by the ridge mesa 26.

このように、本発明の実施例1においては、自己形成型量子ドットの密度分布によって横モードを制御しているので、活性層を直接加工する必要がなく、したがって、素子特性が劣化することがない。   As described above, in Example 1 of the present invention, since the transverse mode is controlled by the density distribution of the self-forming quantum dots, it is not necessary to directly process the active layer, and the device characteristics may be deteriorated. Absent.

次に、図8を参照して、本発明の実施例2の半導体発光素子を説明するが、基本的な製造工程は上記の実施例1と同様であるので、説明は簡略化する。
図8参照
図8は、本発明の実施例2の半導体発光素子の光軸に垂直な断面図であり、この場合には、InAs量子ドットを三段重に設けたものである。
Next, with reference to FIG. 8, the semiconductor light-emitting device of Example 2 of the present invention will be described. Since the basic manufacturing process is the same as that of Example 1, the description is simplified.
See FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the semiconductor light emitting device of Example 2 of the present invention. In this case, InAs quantum dots are provided in three layers.

この場合の量子ドット活性層を形成する場合には、上記の実施例1と全く同様に一段目のInAs量子ドット21を形成したのち、厚さが、例えば、20nmのノンドープGaAsバリア層36及び厚さが、例えば、10nmのノンドープInGaAs層37を形成し、このノンドープInGaAs層37をノンドープInGaAs層15と同様にパターニングするとともにその除去部をノンドープGaAs埋込層38で埋め込み、その上にInAs量子ドット39を形成する。   In the case of forming the quantum dot active layer in this case, after forming the first-stage InAs quantum dots 21 in exactly the same manner as in Example 1, the non-doped GaAs barrier layer 36 having a thickness of, for example, 20 nm and the thickness are formed. For example, a 10 nm non-doped InGaAs layer 37 is formed, this non-doped InGaAs layer 37 is patterned in the same manner as the non-doped InGaAs layer 15, and the removed portion is buried with a non-doped GaAs buried layer 38, and an InAs quantum dot is formed thereon. 39 is formed.

次いで、この工程を必要回数繰り返すことによって、この場合には、あと1回繰り返すことによって、三段重の量子ドット活性層を形成したものである。   Then, by repeating this process as many times as necessary, in this case, by repeating the process once more, a three-tiered quantum dot active layer is formed.

この実施例においては三段重の量子ドット活性層としているので、一段構造の量子ドット活性層に比べて光出力を大きくすることができる。 In Example 2 , since the quantum dot active layer has a three-tiered structure, the light output can be increased as compared with the quantum dot active layer having a one-stage structure.

なお、上記の各実施例の説明においては、説明を簡単にするために単に半導体発光素子として説明してきたが、半導体レーザを形成する場合には、共振器面を劈開で形成したのち、必要に応じて劈開面に反射膜を設ければ良く、また、半導体光増幅器を形成する場合には、劈開面に反射防止膜を形成すれば良い。   In the description of each of the above embodiments, the semiconductor light emitting device has been described for the sake of simplicity. However, when a semiconductor laser is formed, it is necessary after forming the resonator surface by cleaving. Accordingly, a reflective film may be provided on the cleavage surface, and when a semiconductor optical amplifier is formed, an antireflection film may be formed on the cleavage surface.

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、各実施例に記載した幅、長さ、高さ、厚さ、組成比、ドーピング濃度等の数値は記載した数値に限られるものではない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the conditions and configurations described in the embodiments, and various modifications are possible. For example, the width described in the embodiments Numerical values such as length, height, thickness, composition ratio and doping concentration are not limited to the numerical values described.

また、上記の各実施例の説明においては、最初からチップ状態での製造方法のように説明しているが、通常はウェハ状態で製造するものであり、したがって、下地半導体層を選択エッチングする際のマスクとして用いるSiO2 パターンの長さは300μmではなく、ウェハの大きさに応じた長さにして、多数の半導体発光素子を一括して製造することになる。 In the description of each of the above embodiments, the manufacturing method in the chip state is described from the beginning. However, the manufacturing method is usually performed in the wafer state, and therefore, when the underlying semiconductor layer is selectively etched. The length of the SiO 2 pattern used as the mask is not 300 μm, but a length corresponding to the size of the wafer, and a large number of semiconductor light emitting elements are manufactured in a lump.

また、上記の各実施例においては、AlGaAs/GaAs系で説明しているが、InGaAsP/InP系にも適用されるものであり、この場合には、製造条件に応じて密度の大きな量子ドットの形成される半導体層を中央部に残存させるようにすれば良い。   In each of the above embodiments, the AlGaAs / GaAs system is described. However, the present invention is also applied to the InGaAsP / InP system. In this case, a quantum dot having a high density according to the manufacturing conditions is used. The formed semiconductor layer may be left in the central portion.

また、上記の各実施例においては、自己形成型量子ドットの密度比を8/3(≒2.67)としているが、密度比は3/2(=1.5)以上であれば良く、より好適には2/1(=2)以上であれば良い。   In each of the above embodiments, the density ratio of the self-forming quantum dots is 8/3 (≈2.67), but the density ratio may be 3/2 (= 1.5) or more. More preferably, it should be 2/1 (= 2) or more.

また、上記の各実施例においては、結晶成長方法として,MOCVD法を用いているが、MOCVD法に限られるものではなく、実施例3におけるp型AlGaAs埋込層の成長工程以降以外はMBE(分子線エピタキシャル成長方法)を用いても良いものである。   In each of the above embodiments, the MOCVD method is used as the crystal growth method. However, the present invention is not limited to the MOCVD method, and the MBE (except for the p-type AlGaAs buried layer growth step in the third embodiment) is used. Molecular beam epitaxial growth method) may be used.

ここで再び図1を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図1参照
(付記1) 活性層媒質に自己形成型量子ドット4を用いた半導体発光素子において、リッジ型の光導波路を有し、前記光導波路における光軸に垂直な断面内の自己形成型量子ドット4の密度が周辺部より中央部で大きいことを特徴とする自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記2) 上記光導波路における光軸に垂直な断面内で、中央部における下地半導体層2の格子定数が周辺部の下地半導体層3の格子定数より大きく、且つ、前記格子定数の大きな下地半導体層2上部に形成された自己形成型量子ドット4の密度が、前記格子定数の小さな下地半導体層3上部に形成された自己形成型量子ドット4の密度よりも大きいことを特徴とする付記1記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記3) 上記下地半導体層2,3、前記下地半導体層2,3上に形成された自己形成型量子ドット4、及び、前記自己形成型量子ドット4及び下地半導体層2,3を覆うバリア層5からなる積層構造を、少なくとも2層以上積層させたことを特徴とする付記2記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記4) 上記中央部における自己形成型量子ドット4の密度が、上記周辺部における自己形成型量子ドット4の密度よりも1.5倍以上大きいことを特徴とする付記1乃至3のいずれか1に記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記) 上記格子定数の大きな下地半導体層2がInGaAsからなり、上記格子定数の小さな下地半導体層3がGaAsからなり、且つ、上記自己形成型量子ドット4がInAsからなることを特徴とする付記2乃至のいずれか1に記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
The detailed features of the present invention will be described again with reference to FIG. 1 again.
See FIG. 1 again. (Supplementary note 1) In a semiconductor light emitting device using a self-forming quantum dot 4 as an active layer medium, the semiconductor light-emitting device has a ridge type optical waveguide and is self-formed in a cross section perpendicular to the optical axis in the optical waveguide. A semiconductor light emitting device using self-forming quantum dots, wherein the density of the type quantum dots 4 is greater in the center than in the periphery.
(Additional remark 2) In the cross section perpendicular to the optical axis in the optical waveguide, the base constant of the base semiconductor layer 2 in the central portion is larger than the lattice constant of the base semiconductor layer 3 in the peripheral portion, and the base semiconductor has a large lattice constant. The density of the self-forming quantum dots 4 formed on the layer 2 is higher than the density of the self-forming quantum dots 4 formed on the base semiconductor layer 3 having a small lattice constant. Semiconductor light-emitting device using self-formed quantum dots.
(Supplementary Note 3) The base semiconductor layers 2 and 3, the self-forming quantum dots 4 formed on the base semiconductor layers 2 and 3, and the barrier covering the self-forming quantum dots 4 and the base semiconductor layers 2 and 3 The semiconductor light-emitting device using self-formed quantum dots according to appendix 2, wherein at least two layers of the layered structure of layers 5 are stacked.
(Supplementary note 4) Any one of Supplementary notes 1 to 3, wherein the density of the self-forming quantum dots 4 in the central portion is 1.5 times or more higher than the density of the self-forming quantum dots 4 in the peripheral portion. A semiconductor light emitting device using the self-forming quantum dot according to 1.
(Supplementary Note 5 ) The base semiconductor layer 2 having a large lattice constant is made of InGaAs, the base semiconductor layer 3 having a small lattice constant is made of GaAs, and the self-forming quantum dots 4 are made of InAs. A semiconductor light-emitting device using the self-forming quantum dot according to any one of appendices 2 to 4 .

本発明の活用例としては、光通信用の光源としての半導体レーザ或いは半導体光増幅器が挙げられるが、このような例に限られるものではなく、DVD用光源等の光情報処理光源用の半導体レーザ或いは発光ダイオードの横モード制御或いはビーム径制御に用いても良いものである。   Examples of utilization of the present invention include a semiconductor laser or a semiconductor optical amplifier as a light source for optical communication. However, the present invention is not limited to this example, and a semiconductor laser for an optical information processing light source such as a DVD light source. Alternatively, it may be used for transverse mode control or beam diameter control of a light emitting diode.

本発明の原理的構成の説明図である。It is explanatory drawing of the fundamental structure of this invention. 本発明の実施例1の半導体発光素子の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle of the semiconductor light-emitting device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の半導体発光素子の図2以降の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle after FIG. 2 of the semiconductor light-emitting device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の半導体発光素子の図3以降の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle after FIG. 3 of the semiconductor light-emitting device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の半導体発光素子の図4以降の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle after FIG. 4 of the semiconductor light-emitting device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の半導体発光素子の図5以降の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process until the middle of FIG. 5 or subsequent of the semiconductor light-emitting device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の半導体発光素子の図6以降の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process after FIG. 6 of the semiconductor light-emitting device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の半導体発光素子の構成説明図である。 It is structure explanatory drawing of the semiconductor light-emitting device of Example 2 of this invention .

符号の説明Explanation of symbols

1 下部クラッド層
2 下地半導体層
3 下地半導体層
4 自己形成型量子ドット
5 バリア層
6 上部クラッド層
7 ストライプ構造
11 n型GaAs基板
12 n型GaAsバッファ層
13 n型AlGaAsクラッド層
14 ノンドープGaAs層
15 ノンドープInGaAs層
16 レジストパターン
17 ストライプ状溝
18 SiO
19 SiOパターン
20 ノンドープGaAs埋込層
21 InAs量子ドット
22 ノンドープGaAsバリア層
23 p型AlGaAsクラッド層
24 p型AlGaAs層
25 p型GaAsコンタクト層
26 リッジメサ
27 p側電極
28 n側電極
29 p型AlGaAsクラッド層
36 ノンドープGaAsバリア層
37 ノンドープInGaAs層
38 ノンドープGaAs埋込層
39 InAs量子ドット
40 ノンドープGaAsバリア層
41 ノンドープInGaAs層
42 ノンドープGaAs埋込層
43 InAs量子ドット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower clad layer 2 Underlayer semiconductor layer 3 Underlayer semiconductor layer 4 Self-formation quantum dot 5 Barrier layer 6 Upper clad layer 7 Stripe structure 11 n-type GaAs substrate 12 n-type GaAs buffer layer 13 n-type AlGaAs clad layer 14 Non-doped GaAs layer 15 Non-doped InGaAs layer 16 Resist pattern 17 Striped groove 18 SiO 2 film 19 SiO 2 pattern 20 Non-doped GaAs buried layer 21 InAs quantum dot 22 Non-doped GaAs barrier layer 23 p-type AlGaAs cladding layer 24 p-type AlGaAs layer 25 p-type GaAs contact layer 26 Ridge mesa 27 p-side electrode 28 n-side electrode 29 p-type AlGaAs cladding layer
36 Non-doped GaAs barrier layer 37 Non-doped InGaAs layer 38 Non-doped GaAs buried layer 39 InAs quantum dot 40 Non-doped GaAs barrier layer 41 Non-doped InGaAs layer 42 Non-doped GaAs buried layer 43 InAs quantum dot

Claims (4)

活性層媒質に自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子において、リッジ型の光導波路を有し、前記光導波路における光軸に垂直な断面内の自己形成型量子ドットの密度が周辺部より中央部で大きいことを特徴とする自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。 In a semiconductor light emitting device using self-forming quantum dots as an active layer medium, it has a ridge-type optical waveguide, and the density of the self-forming quantum dots in the cross section perpendicular to the optical axis in the optical waveguide is centered from the periphery. Semiconductor light-emitting device using self-forming quantum dots characterized by being large in size. 上記光導波路における光軸に垂直な断面内で、中央部における下地半導体層の格子定数が周辺部の下地半導体層の格子定数より大きく、且つ、前記格子定数の大きな下地半導体層上部に形成された自己形成型量子ドットの密度が、前記格子定数の小さな下地半導体層上部に形成された自己形成型量子ドットの密度よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。   In the cross section perpendicular to the optical axis of the optical waveguide, the lattice constant of the base semiconductor layer in the central portion is larger than the lattice constant of the base semiconductor layer in the peripheral portion and is formed above the base semiconductor layer having a large lattice constant. 2. The self-formed quantum dot according to claim 1, wherein the density of the self-formed quantum dot is higher than the density of the self-formed quantum dot formed on the upper part of the underlying semiconductor layer having a small lattice constant. Semiconductor light emitting device. 上記下地半導体層、前記下地半導体層上に形成された自己形成型量子ドット、及び、前記自己形成型量子ドット及び下地半導体層を覆うバリア層からなる積層構造を、少なくとも2層以上積層させたことを特徴とする請求項2記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。   At least two or more stacked layers including the base semiconductor layer, the self-forming quantum dots formed on the base semiconductor layer, and the barrier layer covering the self-forming quantum dots and the base semiconductor layer are stacked. A semiconductor light emitting device using the self-forming quantum dot according to claim 2. 上記中央部における自己形成型量子ドットの密度が、上記周辺部における自己形成型量子ドットの密度よりも1.5倍以上大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。   4. The density according to claim 1, wherein a density of the self-forming quantum dots in the central portion is 1.5 times or more higher than a density of the self-forming quantum dots in the peripheral portion. 5. A semiconductor light emitting device using self-forming quantum dots.
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