(57)【要約】【課題】高いシングルモード歩留まりを実現すること。【解決手段】本発明は、複数の量子ドット３８を有し、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返された量子ドット活性層１６と、量子ドット活性層１６の上側又は下側に形成され、周期的な凹凸からなる回折格子３０を有する回折格子層１４と、量子ドット活性層１６と回折格子層１４とを上下方向から挟み込むように形成された第１導電型（ｎ型）を有する下部クラッド層１２と第１導電型と反対の導電型の第２導電型（ｐ型）を有する上部クラッド層１８と、を具備する半導体レーザである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の量子ドットを有し、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層と、
前記量子ドット活性層の上側又は下側に形成され、周期的な凹凸からなる回折格子を有する回折格子層と、
前記量子ドット活性層と前記回折格子層とを上下方向から挟み込むように形成された第１導電型を有する下部クラッド層と前記第１導電型と反対の導電型の第２導電型を有す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。
【請求項２】
前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域との周期は、前記回折格子の凹凸の周期の自然数倍であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記回折格子層は、前記量子ドット活性層の下側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記量子ドットの直下の層は、前記回折格子の周期的な凹凸に対応した凹凸を有していることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記量子ドットの密度が密な領域は、前記回折格子の凹凸の凹部上方及び／又は凸部上方に形成されていることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記量子ドットの密度が密な領域は、前記回折格子の凹凸の凹部と凸部との間の上方に形成されていることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記量子ドット活性層は、水平方向に設けられた前記複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆うように設けられたベース層とで構成されるドット層が複数積層されていて、複数積層された前記ドット層のうち少なくとも１層のドット層について、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記量子ドット活性層は、水平方向に設けられた前記複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆うように設けられたベース層とで構成されるドット層が複数積層されていて、複数積層された全ての前記ドット層について、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の半導体レーザ。
【請求項９】
第１導電型を有する下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、周期的な凹凸からなる回折格子を有する回折格子層を形成する工程と、
前記回折格子層上に、複数の量子ドットを有し、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を形成する工程と、
前記量子ドット活性層上に、前記第１導電型と反対の導電型の第２導電型を有する上部クラッド層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記量子ドットの直下の層を、前記回折格子の凹凸に対応した凹凸を有する構造とする工程を有し、
前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドット直下の層の凹凸を利用して、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を形成することを特徴とする請求項９記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１１】
前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドットの密度が密な領域が前記回折格子の凹凸の凹部上方及び／又は凸部上方に形成されるように、前記量子ドット活性層を形成する工程であることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１２】
前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドットの密度が密な領域が前記回折格子の凹凸の凹部と凸部と間の上方に形成されるように、前記量子ドット活性層を形成する工程であることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１３】
請求項１から８のいずれか一項記載の半導体レーザを含むことを特徴とする光モジュール。
【請求項１４】
請求項１から８のいずれか一項記載の半導体レーザを含むことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ及びその製造方法、並びに、その半導体レーザを含む光モジュール及び光伝送システムに関し、特に、量子ドットを活性層に有する半導体レーザ及びその製造方法、並びに、その半導体レーザを含む光モジュール及び光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの分散による伝送信号劣化を低減するため、単一波長のレーザ光が出射される半導体レーザが求められている。このような半導体レーザとして、活性層で生成された光を、周期的な凹凸からなる回折格子でのブラッグ反射を利用して、動的単一モードを実現する分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザ）が知られている（例えば、特許文献１、２及び３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３５７８４１号公報
【特許文献２】特開平１−２３１３８９号公報
【特許文献３】特開２００７−２９９７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＦＢレーザにおける回折格子は、光が伝搬される導波方向で周期的に屈折率が変化した構造を有している。このような構造の場合、端面反射率等の影響により、ストップバンド両側の波長でレーザ光が発振する可能性があり、シングルモード発振歩留まりが低下してしまう場合がある。
【０００５】
例えば、量子井戸構造を用いたＤＦＢレーザの場合では、利得は導波方向に基本的に均一である。このため、シングルモード性は、回折格子による屈折率の周期的変化だけで実現されるため、端面反射率等の影響により、シングルモード発振歩留まりが低下してしまう場合がある。
【０００６】
本発明は、高いシングルモード歩留まりを実現することが可能な半導体レーザ及びその製造方法並びにその半導体レーザを含む光モジュール及び光伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の量子ドットを有し、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層と、前記量子ドット活性層の上側又は下側に形成され、周期的な凹凸からなる回折格子を有する回折格子層と、前記量子ドット活性層と前記回折格子層とを上下方向から挟み込むように形成された第１導電型を有する下部クラッド層と前記第１導電型と反対の導電型の第２導電型を有す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、回折格子による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、を有する半導体レーザを得ることができ、高いシングルモード発振歩留まりを実現することができる。
【０００８】
上記構成において、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域との周期は、前記回折格子の凹凸の周期の自然数倍である構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【０００９】
上記構成において、前記回折格子層は、前記量子ドット活性層の下側に形成されている構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記量子ドットの直下の層は、前記回折格子の周期的な凹凸に対応した凹凸を有している構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を容易に得ることができる。
【００１１】
上記構成において、前記量子ドットの密度が密な領域は、前記回折格子の凹凸の凹部上方及び／又は凸部上方に形成されている構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【００１２】
上記構成において、前記量子ドットの密度が密な領域は、前記回折格子の凹凸の凹部と凸部との間の上方に形成されている構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【００１３】
上記構成において、前記量子ドット活性層は、水平方向に設けられた前記複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆うように設けられたベース層とで構成されるドット層が複数積層されていて、複数積層された前記ドット層のうち少なくとも１層のドット層について、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返されている構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記量子ドット活性層は、水平方向に設けられた前記複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆うように設けられたベース層とで構成されるドット層が複数積層されていて、複数積層された全ての前記ドット層について、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返されている構成とすることができる。この構成によれば、より高いシングルモード歩留まりを実現することができる。
【００１５】
本発明は、第１導電型を有する下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層上に、周期的な凹凸からなる回折格子を有する回折格子層を形成する工程と、前記回折格子層上に、複数の量子ドットを有し、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を形成する工程と、前記量子ドット活性層上に、前記第１導電型と反対の導電型の第２導電型を有する上部クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法である。本発明によれば、回折格子による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、を有する半導体レーザを得ることができ、高いシングルモード歩留まりを実現することができる。
【００１６】
上記構成において、前記量子ドットの直下の層を、前記回折格子の凹凸に対応した凹凸を有する構造とする工程を有し、前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドット直下の層の凹凸を利用して、前記量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を形成する構成とすることができる。この構成によれば、量子ドットの密度が密な領域と疎な領域とが周期的に繰り返された量子ドット活性層を容易に形成することができる。
【００１７】
上記構成において、前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドットの密度が密な領域が前記回折格子の凹凸の凹部上方及び／又は凸部上方に形成されるように、前記量子ドット活性層を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【００１８】
上記構成において、前記量子ドット活性層を形成する工程は、前記量子ドットの密度が密な領域が前記回折格子の凹凸の凹部と凸部と間の上方に形成されるように、前記量子ドット活性層を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【００１９】
本発明は、上記半導体レーザを含むことを特徴とする光モジュールである。本発明によれば、高いシングルモード歩留まりを実現できる光モジュールを得ることができる。
【００２０】
本発明は、上記半導体レーザを含むことを特徴とする光伝送システムである。本発明によれば、高いシングルモード歩留まりの実現が可能な光伝送システムを得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回折格子による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、を有する半導体レーザを得ることができ、高いシングルモード歩留まりを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、実施例１に係る量子ドットレーザの断面模式図である。
【図２】図２は、ドット層を説明するための断面模式図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る量子ドットレーザの製造方法を示した断面模式図（その１）である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る量子ドットレーザの製造方法を示した断面模式図（その２）である。
【図５】図５は、量子ドット密度の密な領域が回折格子の凹部と凸部との間の斜面上方に形成されている場合を説明する断面模式図である。
【図６】図６は、量子ドット密度の密な領域が回折格子の凸部上方に形成されている場合を説明する断面模式図である。
【図７】図７は、実施例１の変形例に係る量子ドットレーザの断面模式図である。
【図８】図８は、実施例２に係る光モジュールのブロック図である。
【図９】図９は、実施例３に係る光伝送システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、実施例１に係る量子ドットレーザ１００の断面模式図である。図１（ａ）は、レーザ光の出射方向に水平方向の断面模式図であり、図１（ｂ）は、レーザ光の出射方向に垂直方向の断面模式図である。図１（ａ）のように、量子ドットレーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０表面上に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層からなる下部クラッド層１２、回折格子層１４、量子ドット活性層１６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層からなる上部クラッド層１８、及びｐ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層２０が順次積層されている。
【００２５】
回折格子層１４は、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１の層２６とｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層からなる第２の層２８とを含む。なお、第２の層２８は、ＩｎＧａＰ層である場合でもよい。第１の層２６はクラッド層としての機能を有し、第２の層２８は光ガイド層としての機能を有する。第１の層２６と第２の層２８との間に、量子ドット活性層１６で生成された光が伝搬する導波方向に、周期的な凹凸からなる屈折率変調型の回折格子３０が形成されている。回折格子層１４の上面（即ち、第２の層２８の上面）には、回折格子３０の周期的な凹凸に対応した凹凸３２が形成されている。つまり、凹凸３２も周期的に形成されている。
【００２６】
量子ドット活性層１６は、２層のドット層３４を含む。なお、図１では、ドット層３４が２層積層されている場合について説明するが、２層の場合に限らず、複数層積層されている場合でもよい。図２は、ドット層３４について詳しく説明するための断面模式図である。図２のように、ドット層３４は、ＧａＡｓからなるベース層３６内にＩｎＡｓからなる複数の量子ドット３８を有する。即ち、複数の量子ドット３８は、基板１０表面に水平な方向に設けられていて、ベース層３６は複数の量子ドット３８を覆うように設けられている。第１層目のドット層３４（下側のドット層３４）の量子ドット３８が直接形成されている、量子ドット３８直下のベース層３６は、膜厚が薄いため、回折格子層１４上面の凹凸３２に対応した凹凸を有している。量子ドット３８は、光の伝搬方向である導波方向に一様に形成されてなく、図１のように、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが、導波方向で周期的に繰り返されている。量子ドット３８の密度が密な領域４０は、例えば、回折格子３０の周期的な凹凸の凹部上方に形成され、量子ドット３８の密度が疎な領域４２は、例えば、回折格子３０の周期的な凹凸の凸部上方に形成されている。
【００２７】
図１（ｂ）のように、上部クラッド層１８とコンタクト層２０は孤立したリッジ部１９を有する。つまり、量子ドットレーザ１００は、リッジ構造を有している。コンタクト層２０上面にはｐ電極２２が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０裏面にはｎ電極２４が形成されている。
【００２８】
次に、図３（ａ）から図４（ｃ）を用い、実施例１に係る量子ドットレーザ１００の製造方法を説明する。図３（ａ）から図４（ｂ）は、レーザ光の出射方向に平行方向の断面模式図であり、図４（ｃ）は、レーザ光の出射方向に垂直方向の断面模式図である。図３（ａ）のように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の表面上に、例えば、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用い、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層からなる下部クラッド層１２と、回折格子層１４に含まれるｎ型ＧａＡｓ層からなる第１の層２６とを順次堆積する。続いて、第１の層２６をエッチングして、周期的な凹凸からなる回折格子３０を形成する。回折格子３０の凹凸は、例えば５０ｎｍである。
【００２９】
図３（ｂ）のように、第１の層２６の上面に、例えば、ＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ層を薄く堆積した後、回折格子層１４に含まれるｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層からなる第２の層２８を堆積する。第２の層２８は、表面平坦化の生じ難い低温の成長温度（例えば、５００℃程度）で、例えば８０ｎｍの膜厚に成長させる。このように、第２の層２８の堆積膜厚や堆積条件を調整して、第２の層２８の上面に、回折格子３０の周期的な凹凸に対応した凹凸３２が形成されるように、第２の層２８を堆積する。これにより、第１の層２６と第２の層２８とを含み、第１の層２６と第２の層２８との間に周期的な凹凸からなる屈折率変調型の回折格子３０を有する回折格子層１４が形成される。
【００３０】
図３（ｃ）のように、回折格子層１４の上面に、例えば、ＭＢＥ法を用いて、ドット層３４を形成する。具体的には、まず、例えば、ＭＢＥ法を用いて、ベース層３６となるＧａＡｓ層を薄く堆積し、その後、ＩｎＡｓである量子ドット３８を成長させる。回折格子層１４上面に形成されたＧａＡｓ層は薄いため、回折格子層１４上面の凹凸３２に対応する凹凸を有する。そして、量子ドット３８となるＩｎＡｓを、通常よりも高い成長温度で成長させる。成長温度は、例えば、５１０℃以上５５０℃以下である場合が好ましい。より具体的には、例えば、通常の成長温度が５００℃である場合は、５４０℃で量子ドット３８を成長させることが好ましい。また、例えば、ドット層３４の下層（ＡｌＧａＡｓ層やＧａＡｓ層）の成長温度よりも高い成長温度でＩｎＡｓからなる量子ドット３８を成長させる場合が好ましい。高い成長温度で量子ドット３８を成長させることで、回折格子層１４の凹凸３２の凸部上方に成長されるＡｓは高温の影響で飛び易く、吸着し難くなる。このため、凹凸３２の凸部上方は量子ドット３８の密度が疎な領域４２となり、凹部上方は量子ドット３８の密度が密な領域４０となる。つまり、回折格子３０の凹凸の凸部上方は量子ドット３８の密度が疎な領域４２となり、凹部上方は密な領域４０となる。
【００３１】
次いで、例えば、ＭＢＥ法により、量子ドット３８を覆うように、ベース層３６となるＧａＡｓ層を堆積する。これにより、ベース層３６内に複数の量子ドット３８を有する第１層目のドット層３４が形成される。なお、ベース層３６の堆積膜厚や堆積条件を調整して、第１層目のドット層３４の上面に、回折格子層１４の凹凸３２に対応した凹凸が形成されるように、第１層目のドット層３４を形成する場合が好ましい。
【００３２】
図４（ａ）のように、上記に説明したドット層３４の形成を、所望の回数、例えば更に１回行い、第２層目のドット層３４を形成し、２層のドット層３４を含む量子ドット活性層１６を形成する。このとき、第１層目のドット層３４の上面に凹凸が形成されていることで、第２層目のドット層３４の量子ドット３８を、高い成長温度で成長させると、凹凸の凸部上に量子ドット３８の密度が疎な領域４２を、凹部上には密な領域４０を形成することができる。即ち、第２層目のドット層３４も、第１層目のドット層３４と同様に、回折格子３０の凹凸の凹部上方は量子ドット３８の密度が密な領域４０となり、凸部上方は疎な領域４２となる。
【００３３】
図４（ｂ）及び図４（ｃ）のように、量子ドット活性層１６の上面に、例えば、ＭＢＥ法を用いて、上部クラッド層１８とコンタクト層２０とを堆積する。次いで、上部クラッド層１８とコンタクト層２０とをエッチングして、孤立したリッジ部１９を形成する。最後に、コンタクト層２０上にｐ電極２２を、基板１０の下面にｎ電極２４を形成する。これにより、図１に係る量子ドットレーザ１００が完成する。
【００３４】
以上説明したように、実施例１に係る量子ドットレーザ１００によれば、図１のように、周期的な凹凸からなる回折格子３０を有する回折格子層１４が、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返された量子ドット活性層１６の下側に形成されている。回折格子層１４と量子ドット活性層１６との上下方向（基板１０の表面に垂直な方向）には、回折格子層１４と量子ドット活性層１６とを挟み込むように、下部クラッド層１２と上部クラッド層１８とが形成されている。回折格子３０の周期的な凹凸は導波方向に形成され、量子ドット３８の密度の密な領域４０と疎な領域４２との周期的な変化も導波方向に形成されている。
【００３５】
量子ドット３８の密度が密な領域４０は、疎な領域４２に比べて利得が高くなる。つまり、実施例１に係る量子ドットレーザ１００は、導波方向に利得の分布を有している。即ち、導波方向で周期的に変化した利得を得ることができる。したがって、実施例１に係る量子ドットレーザ１００によれば、回折格子３０による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、の両方により動的単一モードを実現することができ、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。例えば、広い温度範囲や、高変調で量子ドットレーザ１００を動作させる場合においても、動的単一モード特性を実現でき、シングルモード歩留まりを向上させることができる。
【００３６】
図１のように、量子ドット３８の密度が密な領域４０は回折格子３０の凹凸の凹部上方（つまり、回折格子層１４上面の凹凸３２上方）に形成され、疎な領域４２は回折格子３０の凹凸の凸部上方に形成されている場合が好ましい。つまり、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２との周期は、回折格子３０の凹凸の周期と同じ周期（１倍周期）となる場合が好ましい。このように、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２との周期が、回折格子３０の凹凸の周期の自然数倍となる場合は、回折格子３０による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、の両方により動的単一モードを実現することができ、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【００３７】
したがって、例えば、図５のように、量子ドット３８の密度が密な領域４０を、回折格子３０の凹凸の凹部と凸部との間の斜面上方（つまり、回折格子層１４の凹凸３２の凹部と凸部との間の斜面上方）に形成する場合でもよい。この場合は、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２との周期は、回折格子３０の凹凸の周期の２倍周期となる。この場合でも、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【００３８】
図５のように、回折格子３０の凹凸の凹部と凸部との間の斜面上方に、量子ドット３８の密度が密な領域４０を形成するには、量子ドット３８となるＩｎＡｓを、通常より高いＡｓ圧で成長させる。Ａｓ圧は、例えば、８×１０−６Ｔｏｒｒ以上である場合が好ましい。より具体的には、例えば、通常のＡｓ圧が５×１０−６Ｔｏｒｒである場合は、２倍程度のＡｓ圧である１×１０−５Ｔｏｒｒで量子ドット３８を成長させることが好ましい。量子ドット３８は、図２のように、ベース層３６上面に形成される。第１層目のドット層３４の量子ドット３８が直接形成されるベース層３６は膜厚が薄いため、回折格子層１４上面に形成された凹凸３２に対応した凹凸を有している。つまり、量子ドット３８直下のベース層３６は、回折格子３０の周期的な凹凸に対応した凹凸を有する構造をしている。凹凸間の斜面には、ステップ（段々形状）が形成されており、斜面の角度が急なほど、ステップはより小さくなる。Ａｓ圧を高くして量子ドット３８を成長させると、Ａｓはベース層３６の斜面のステップ部分に吸着され易くなるため、斜面の角度が急な部分は、量子ドット３８の密度が密になる。したがって、回折格子３０の凹凸の凹部と凸部との間の斜面上方に、量子ドット３８の密度が密な領域４０が形成される。また、凹凸間の斜面に垂直な方向におけるベース層３６であるＧａＡｓの面方位は、例えば、（４１１）面である。量子ドット３８が形成され易いか、形成され難いかは面方位によっても変わるため、量子ドット３８が形成され易いという観点から、凹凸間の斜面に垂直な方向におけるベース層３６であるＧａＡｓの好ましい面方位は、上記以外には、例えば、（５１１）面等である。
【００３９】
また、例えば、図６のように、量子ドット３８の密度が密な領域４０を、回折格子３０の凹凸の凸部上方（つまり、回折格子層１４の凹凸３２の凸部上方）に形成する場合でもよい。この場合は、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２との周期は、回折格子３０の凹凸の周期と同じ（１倍周期）となる。この場合でも、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。さらに、例えば、量子ドット３８の密度が密な領域４０が、回折格子３０の凹凸の凹部上方と凸部上方との両方にある場合や、凹部と凸部と凹凸部の間の斜面との全ての上方にある場合でも、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【００４０】
実施例１に係る量子ドットレーザ１００の製造方法によれば、図３（ｂ）のように、下部クラッド層１２上に周期的な凹凸からなる回折格子３０を有する回折格子層１４を形成する。そして、図３（ｃ）及び図４（ａ）のように、回折格子層１４上に、複数の量子ドット３８を有し、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返された量子ドット活性層１６を形成する。これにより、回折格子３０による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、の両方を有する量子ドットレーザ１００を得ることができる。つまり、高いシングルモード歩留まりを実現できる量子ドットレーザ１００を得ることができる。
【００４１】
また、図３（ｂ）のように、回折格子３０の周期的な凹凸に対応した凹凸３２が上面に形成されるように回折格子層１４を形成する。そして、図３（ｃ）のように、凹凸３２に対応した凹凸を有する薄い膜厚のＧａＡｓ層を堆積した後、成長温度を高くしてＩｎＡｓを成長させることで、凹凸３２の凹部上方（つまり、回折格子３０の凹凸の凹部上方）に量子ドット３８の密度が密な領域４０を形成する。このように、量子ドット３８の直下の層（実施例１では、ＧａＡｓ層からなるベース層３６）を、回折格子３０の周期的な凹凸に対応した凹凸を有する構造とし、量子ドット３８直下の層の凹凸を利用して、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返された量子ドット活性層１６を形成することが好ましい。これにより、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが、回折格子３０の凹凸の周期と同じ周期で変化する構造を、製造工数の増加を伴うことなく、容易に形成することができる。
【００４２】
量子ドット３８直下の層が有する凹凸は、基板１０表面の水平方向に対して最も大きくなる最大角度が４度以上である場合が好ましい。これにより、成長温度又はＡｓ圧を高くして、ＩｎＡｓからなる量子ドット３８を成長させることで、回折格子３０の凹凸の凹部上方や凹部と凸部との間の斜面上方に、量子ドット３８の密度が密な領域４０を容易に形成することができる。
【００４３】
図７は、実施例１の変形例に係る量子ドットレーザ１１０のレーザ光出射方向の水平方向における断面模式図である。図７のように、実施例１の変形例に係る量子ドットレーザ１１０は、回折格子層１４が、量子ドット活性層１６の上側に形成されていて、回折格子３０の凹凸の周期と量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２との周期とは同じ周期（１倍周期）である。このように、回折格子層１４が、量子ドット活性層１６の上側に形成されている場合でも、回折格子３０による屈折率の周期的変化と、利得の周期的変化と、の両方により動的単一モードを実現できるため、高いシングルモード歩留まりを得ることができる。
【００４４】
実施例１では、量子ドット３８はＩｎＡｓからなる場合を例に説明した。図３（ｃ）や図５で説明したように、ＭＢＥ法での成長温度やＡｓ圧を高くして量子ドット３８を成長することで、Ａｓが特定の場所に吸着し難く又は吸着し易くなる性質を利用し、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返された構造を形成している。したがって、かかる観点から、量子ドット３８は、ＩｎＡｓやＩｎＧａＡｓのように、Ａｓを含む半導体層（例えば、Ａｓを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層）である場合が好ましい。
【００４５】
実施例１では、第１の層２６がｎ型ＧａＡｓ層で第２の層２８がｎ型ＡｌＧａＡｓ層である場合を例に示したが、第１の層２６がｎ型ＡｌＧａＡｓ層やＩｎＧａＰ層で、第２の層２８がｎ型ＧａＡｓ層である場合でもよい。即ち、第１の層２６と第２の層２８との間で屈折率に差が生じる場合であればよく、第１の層２６の屈折率が第２の層２８の屈折率より低い場合でも、高い場合でもよい。しかしながら、図３（ａ）及び図３（ｂ）で説明したように、第１の層２６をエッチングして回折格子３０を形成した後、第２の層２８を堆積するため、第１の層２６がＡｌＧａＡｓ層である場合は、表面が酸化されてしまう場合がある。したがって、第１の層２６がＧａＡｓ層で第２の層２８がＡｌＧａＡｓ層である場合が、製造の観点から好ましい。
【００４６】
実施例１では、図１のように、量子ドット活性層１６は、ドット層３４が２層積層されていて、積層された２層のドット層３４は共に、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返されている場合を説明した。このように、複数積層された全てのドット層３４について、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返された構造の場合、より高いシングルモード発振歩留まりを実現することができる。複数積層された全てのドット層３４について、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返すように形成するには、図４（ａ）で述べたように、下層のドット層３４の上面に凹凸を形成する場合が好ましい。
【００４７】
また、複数積層されたドット層３４のうち少なくとも１層のドット層３４について、量子ドット３８の密度が密な領域４０と疎な領域４２とが周期的に繰り返された構造をしていれば、シングルモード発振歩留まりを改善することができる。
【００４８】
実施例１では、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。
【実施例２】
【００４９】
実施例２は、実施例１に係る量子ドットレーザ１００を備える光モジュールの例である。図８は、実施例２に係る光モジュール２００のブロック図である。図８のように、光モジュール２００は、実施例１に係る量子ドットレーザ１００、筐体１２０、レンズ１２２を有している。筐体１２０には、量子ドットレーザ１００、レンズ１２２、及びシングルモードファイバ１２４が固定されている。量子ドットレーザ１００から出射されたレーザ光１２６は、レンズ１２２によりシングルモードファイバ１２４の先端に光結合されている。これにより、量子ドットレーザ１００から出射されたレーザ光１２６は、シングルモードファイバ１２４に入射され、シングルモードファイバ１２４内を伝送する。
【００５０】
実施例２に係る光モジュール２００によれば、実施例１に係る量子ドットレーザ１００を用いているため、屈折率の周期的変化と利得の周期的変化との両方により動的単一モードを実現でき、高いシングルモード歩留まりを得ることが可能な光モジュールを得ることができる。
【００５１】
なお、実施例２に係る光モジュール２００は、実施例１に係る量子ドットレーザ１００を備えている場合を例に示したが、実施例１の変形例１に係る量子ドットレーザ１１０を備えている場合でもよい。この場合でも、高いシングルモード歩留まりを得ることが可能な光モジュールを得ることができる。
【実施例３】
【００５２】
実施例３は、実施例２に係る光モジュール２００を備えた光伝送システムの例である。図９は、実施例３に係る光伝送システム３００のブロック図である。図９のように、実施例３に係る光伝送システム３００は、第１の装置２１０及び第２の装置２２０を有する。第１の装置２１０及び第２の装置２２０はそれぞれ、送信部として機能する実施例２に係る光モジュール２００、受信部２１２及び２２２、並びに制御部２１４及び２２４を有する。光モジュール２００は、制御部２１４及び２２４からの送信データ信号を光に変換してレーザ光を出射する。出射されたレーザ光はシングルモードファイバ２３０に入射される。受信部２１２及び２２２は、シングルモードファイバ２３０内を伝送してきたレーザ光を受光し、受信データ信号として制御部２１４及び２２４に出力する。これにより、第１の装置２１０と第２の装置２２０との間でデータ通信を行うことができる。
【００５３】
実施例３に係る光伝送システム３００によれば、実施例２に係る光モジュール２００を用いている（つまり、実施例１に係る量子ドットレーザ１００を用いている）ことで、高いシングルモード歩留まりを実現することが可能な光伝送システムを得ることができる。
【００５４】
図９のように、第１の装置２１０と第２の装置２２０との間でシングルモードファイバ２３０を用いてデータ通信を行う光伝送システム３００は、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）や光通信基幹網に用いられる場合が好ましい。また、シングルモードファイバ２３０を用いずに、第１の装置２１０と第２の装置２２０とが、空間に出射したレーザ光を受光することでデータ通信を行う場合でもよい。この場合、第１の装置２１０と第２の装置２２０とは、例えばパーソナルコンピュータとすることができ、また、第１の装置２１０及び第２の装置２２０の一方はパーソナルコンピュータとし、他方は携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器やプロジェクタとしてもよい。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１０  基板
１２  下部クラッド層
１４  回折格子層
１６  量子ドット活性層
１８  上部クラッド層
１９  リッジ部
２０  コンタクト層
２２  ｐ電極
２４  ｎ電極
２６  第１の層
２８  第２の層
３０  回折格子
３２  凹凸
３４  ドット層
３６  ベース層
３８  量子ドット
４０  密な領域
４２  疎な領域
１００  量子ドットレーザ
１１０  量子ドットレーザ
１２０  筐体
１２２  レンズ
１２４  シングルモードファイバ
１２６  レーザ光
２００  光モジュール
２１２  受信部
２１４  制御部
２２２  受信部
２２４  制御部
２３０  シングルモードファイバ
３００  光伝送システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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