(57)【要約】【課題】多波長量子ドットレーザ素子の提供。【解決手段】異なる発光波長を有する量子ドット活性領域の垂直方向の積層体が使用され、各量子ドット活性領域の厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズが変調されて様々なレーザ発振状態が形成される。量子ドットレーザ素子に印加される電流が発振開始電流条件よりも大きい場合、異なる波長を有するレーザが各量子ドット活性領域で同時に得られ、それにより、多波長量子ドットレーザ素子の適用が達成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多波長量子ドットレーザ素子であって、
第１の半導体層と、
第２の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に配置され、複数の量子ドット活性領域を有する活性領域であって、前記量子ドット活性領域それぞれが対応する数の被覆層を有する複数の量子ドット層を備え、前記各被覆層が前記各量子ドット層を被覆する活性領域と、を備え、
印加電流が発振開始電流よりも大きい場合、前記量子ドット活性領域は異なる波長の複数のレーザ光を同時に生成する、多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項２】
前記量子ドット活性領域間で少なくとも一つの異なるパラメータ状態が存在する、請求項１記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項３】
前記パラメータ状態は、前記量子ドット層の厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズの一つ、および、その全ての組み合わせを含む、請求項２記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項４】
前記パラメータ状態は、前記被覆層の厚さ、前記被覆層の材料組成、および、その組み合わせを更に含む、請求項３記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項５】
前記各量子ドット層は複数の量子ドットを備える、請求項１記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項６】
前記各量子ドット層は、ＳＫ（ストランスキー・クラスタノフ）成長モードにより形成される、請求項１記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項７】
前記量子ドットは、原子層エピタキシー法によりＩｎＡｓおよびＧａＡｓ材料よりなる、請求項５記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項８】
前記量子ドットは、原子層エピタキシー法によりＩｎＮおよびＧａＮ材料よりなる、請求項５記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項９】
前記量子ドット層は、半導体材料よりなる、請求項１記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項１０】
前記半導体材料は、ＩｎＡｓ、ＩｎxＧａ1-xＡｓ、ＩｎxＧａ1-xＡｓＮ、ＩｎxＧａ1-xＡｓＳｂ、ＩｎxＧａ1-xＡｓＮＳｂ、ＩｎxＮ、ＩｎxＧａ1-xＮ、および、ＩｎxＧａzＡｌ1-x-zＮよりなる材料群から選択され、０＜ｘ＜１、０＜ｚ＜１である、請求項９記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項１１】
前記被覆層は半導体材料より形成される、請求項１記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項１２】
前記半導体材料は、ＩｎyＧａ1-yＡｓ、ＩｎyＧａ1-yＮ、および、ＩｎyＧａzＡｌ1-y-zＮよりなる材料群から選択され、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１である、請求項１１記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項１３】
前記各量子ドット活性領域は、更に、前記量子ドット層の数に対応する数の複数のスペーシング層を備え、前記各量子ドット層は前記各スペーシング層と前記各被覆層との間に挟み込まれて周期構造ユニットを構成する、請求項１記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項１４】
前記スペーシング層は、半導体材料よりなる、請求項１３記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項１５】
前記半導体材料は、ＧａＡｓおよびＧａＮ材料から選択される、請求項１４記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【請求項１６】
前記第１の半導体層に隣接する第１の電極と、前記第２の半導体層に隣接する第２の電極と更に備える、請求項１記載の多波長量子ドットレーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関する。より具体的には、本発明は、印加される電流が発振開始電流よりも大きいという条件下で様々な異なる波長のレーザを同時に放射することができる多波長量子ドットレーザ素子に関する。
【０００２】
近年、発光領域として量子ドット構造を用いるレーザ素子は、高量子効率性、低発振開始電流等を特徴とし、量子ドット半導体レーザがファイバ通信または光データ記憶等の産業上の利用において発展する可能性があることは多くの研究から見出されている。
【０００３】
量子ドットを製造する従来の方法は、主に、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）または有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を採用し、特定の基板表面に量子ドットを自己集合する自己集合方法を用いる。近年、自己集合量子ドットは、半導体増幅器、スーパールミネッセントダイオード、調節可能な波長半導体レーザ、多波長半導体レーザ等に適用可能である。
【０００４】
例えば、特許第２０００３４０８８３号公報に記載される従来の多波長半導体レーザの適用について、各量子ドット層における三つ以上の異なる量子ドットサイズにより提供される材料利得が利用され、波長選択性をもってレーザ利得を制御するために超構造格子構造が使用され、各量子ドットはＳＫ成長モードまたは原子層エピタキシー（ＡＬＥ）によって成長される。
【０００５】
更に、特許第１０１１２５６７号公報および第６３２１３３８４号公報では、多波長レーザ効果を発生させるために異なる量子ドットサイズが調節される。前者について、主に、異なるサイズの開口部が同じ層または異なる層の構造でエッチングされ、様々なサイズの量子ドット構造が開口部で成長される。後者について、様々なサイズの量子ドット構造がＩｎＰ基板上の異なる領域で成長され、電流が個々の電極によって印加されて多波長レーザの同時発光が得られる。
【０００６】
しかしながら、各量子ドット層の成長条件が同じであり、各量子ドット層が自己集合によって量子ドット構造を成長させるため、量子ドットサイズの差が制限されている。更に、上述のレーザ素子構造は、発振開始電流が高く、動作電流が高く、且つ、安定性が低い等の欠点を有するため、安定性が高く、発振開始電流が低く、且つ、動作電流が低い多波長半導体レーザ素子が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の問題を鑑みて、本発明は、多波長量子ドットレーザを提供する。異なる発光波長を有する量子ドット活性領域の垂直方向の積層体が使用され、各量子ドット活性領域の厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズが変調されて、様々なレーザ発振状態が実現され、それにより、本発明の多波長量子ドットレーザ素子は異なる波長で同時に量子ドット活性領域においてレーザ光を発することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による多波長量子ドットレーザ素子は、第１の半導体層と、第２の半導体層と、活性領域とを備える。活性領域は、第１の半導体層と第２の半導体層との間に配置されて、複数の量子ドット活性領域を含む挟持層構造を形成し、各量子ドット活性領域は対応する数の被覆層を有する複数の量子ドット層を有する。各量子ドット活性領域における量子ドット層および／または被覆層のパラメータ状態、例えば、厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズは、異なる波長のレーザ光を発するように各量子ドット活性領域を変調するために変更される。
【０００９】
本発明による多波長量子ドットレーザ素子では、異なる波長のレーザを放射することができる量子ドット活性領域の積層構造が、異なる波長帯域のレーザ発光条件を満たすよう利用される。更に、量子ドット活性領域における量子ドット層または被覆層の積層順序、厚さ、および、材料組成は、異なる発光波長と量子ドット活性領域を明確に区別するために変調される。従って、従来技術における多波長を区別する困難性を回避し、且つ、高発振開始電流および高動作電流を回避することを前提条件として、多波長量子ドットレーザ素子の適用が達成される。
【００１０】
本発明の好適な実施形態の特徴および実行は、添付の図面と共に以下に詳細に説明する。当業者は、本発明の内容を容易に理解して実行することができるであろう。更に、本発明の対応する目的および利点は、明細書、特許請求の範囲、および、図面に開示される内容を参照して当業者に明らかとなるであろう。
【００１１】
更に、本発明の適用範囲は、以下の詳細な説明から明らかであろう。しかしながら、詳細な説明から当業者には本発明の精神および範囲内で様々な変化および変更が明らかとなるため、詳細な説明および具体的な実施例は本発明の好適な実施形態を示す一方、例示的にのみ提供されることは理解されるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、同じ量子ドットレーザ素子において異なる波長領域を有するよう量子ドット層または被覆層の厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズを変化させると共に、異なる発光波長の量子ドット活性領域の積層構造が用いられる。特定の共振空洞長を有する異なる量子ドット活性領域においてレーザ発振によって必要な光利得閾値を生成するに印加電流が十分である場合、異なる波長のレーザ光が異なる量子ドット活性領域から放射される。更に、本発明の多波長量子ドットレーザ素子では、異なる発光波長帯域を有する量子ドット活性領域を明確に区別し、発振開始電流および動作電流を低下させるよう量子ドット層または被覆層の組成条件が変調される。従って、多波長量子ドットレーザ素子の安定した動作の要件が満たされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、本発明を制限的でなく、例示的に説明する以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。
【００１４】
本発明の目的、構造、特徴、および、機能は、実施形態と共に以下に詳細に説明する。本発明の内容に関する上記説明および以下の実施形態の説明は、本発明の原理を説明し、本発明の特許請求の範囲の更なる説明を提供するものである。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の多波長量子ドットレーザの断面図である。図１に示すように、多波長量子ドットレーザ素子１００は、例えば、第１の電極１１０と、基板１２０と、第１のクラッド層１３０と、活性領域１４０と、第２のクラッド層１５０と、接触層１６０と、絶縁層１７０と、第２の電極１８０と、を有する。
【００１６】
支持用に使用される基板１２０は、ＧａＡｓ基板またはＩｎＰ基板（電界の構造により特定の濃度のｎ型またはｐ型導電イオンがドーピングされる）等、半導体材料により一般的に形成される。
【００１７】
第１のクラッド層１３０、活性領域１４０、および、第２のクラッド層１５０は基板１２０上に順次積層される。第１のクラッド層１３０および第２のクラッド層１５０は、異なる導電型であり、即ち、一方はｐ型導電型であり、他方はｎ型導電型であり、活性領域１４０におけるＰＮ接合を形成するに必要な電子源および孔を提供するために主に使用される。第１のクラッド層１３０および第２のクラッド層１５０は、高いエネルギーギャップを有する材料により通常形成され、活性領域から電子または孔が逃げて量子効率を低下させることを防止するための電荷キャリアの障壁を形成する。一般的に選択される材料は、ＡｌＧａＡｓおよびＡｌＩｎＧａＰ等の半導体材料を含む。電界の構成により、異なる濃度のｎ型またはｐ型導電イオンがドーピングされて接触抵抗が低下する。更に、第１のクラッド層１３０および第２のクラッド層１５０は、ＭＢＥまたはＭＯＣＶＤによって成長される。また、第２のクラッド層１５０は、活性領域１４０の水平方向において活性領域１４０によって生成される光を制限する光制限効果を有するリッジストライプ導波構造を形成し、横方向（水平方向）の光学モードの安定性を維持する。しかしながら、本発明の多波長量子ドットレーザは、前述のリッジストライプ導波構造のレーザ適用に制限されず、利得ガイド型、弱インデックスガイド型レーザ、および、強インデックスガイド型構造等の従来の導波構造にも適用可能である。従来の導波構造は、一般的に採用される導波技術であるため、その詳細は本願では記載しない。
【００１８】
リッジストライプ導波の接触層１６０は、好ましいオーム接触を達成するよう第２の電極１８０と第２のクラッド層１５０との間の接触抵抗を減少させるために使用される。接触層１６０の一般的な材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、または、ＩｎＧａＮ等の半導体材料である。
【００１９】
絶縁層１７０は、活性領域１４０に注入される電流を集中させて単位体積の電荷密度を増加させるよう電極接触領域を画成するために、リッジストライプ導波の上部以外で第２のクラッド層１５０上に形成される。更に、レーザ発振を発生させる機会を増加させるよう、部分的に効果的な屈折率導波効果も同時に提供される。一般的に、絶縁層１７０の材料としてはＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4等の誘電体材料を含む。
【００２０】
第１の電極１１０および第２の電極１８０は、それぞれ基板１２０の底部および接触層１６０上に形成され、電子を注入するための陰極と孔を注入するための陽極としてそれぞれ使用され、それにより光子を放出するよう電子および孔が活性領域１４０において正孔対を形成する。一般的な陰極材料は、Ｎｉ、Ａｕのような金属材料、または、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕのような複合材料であり、陽極材料はＡｕ、Ｔｉのような金属材料、または、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕのような複合材料である。
【００２１】
活性領域１４０の構造組成は、図２に示す本発明による多波長量子ドットレーザの断面図を用いて以下に詳細に説明する。
【００２２】
図２に示すように、活性領域１４０は、ｍ個の垂直方向に積層された量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐmを含み、量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐmそれぞれによって生成されるレーザの波長は相互に異なる。更に、図３に示す量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐmの断面図では、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐmは、ＭＢＥまたはＭＯＣＶＤ等のエピタキシー方法により複数の周期構造ユニットが積層されることで形成される。周期構造ユニット３００は、スペーシング層３１０、スペーシング層３１０上に形成される量子ドット層３２０、および、量子ドット層３２０上に形成される被覆層３３０を順次含む。量子ドット層３２０は、多数の量子ドット構造を含む。量子ドットの擬似ゼロ次元ナノメートル構造により、電子および孔は量子ドット構造で容易に捕捉され、明確な蛍光現象を発揮するために光子を生成するよう再組成される。更に、量子ドット構造は、異なる材料により形成される量子ドット層３２０とその下のスペーシング層３１０の異質材料間の格子定数の不一致により形成され、応力の蓄積が結果として生じ、応力の放出、即ち、所謂Ｓ−Ｋ成長モードを通じて擬ゼロ次元の自己集合量子ドットが形成される。量子ドット層３２０に適する材料は、ＩｎＡｓ、ＩｎxＧａ1-xＡｓ、ＩｎxＧａ1-xＡｓＮ、ＩｎxＧａ1-xＡｓＳｂ、ＩｎxＧａ1-xＡｓＮＳｂ、ＩｎxＮ、ＩｎxＧａ1-xＮ、および、ＩｎxＧａzＡｌ1-x-zＮ等の半導体材料を含み、０＜ｘ＜１、０＜ｚ＜１である。更に、量子ドット層３２０は、原子層エピタキシー（ＡＬＥ）を通じてサブモノ層ＩｎＡｓおよびＧａＡｓ材料またはＩｎＮおよびＧａＮ材料を交互に堆積することで量子ドット構造を形成してもよい。被覆層３３０を形成するに適する材料は、ＩｎyＧａ1-yＡｓ、ＩｎyＧａ1-yＮ、および、ＩｎyＧａzＡｌ1-y-zＮ等の半導体材料を含み、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１である。更に、量子ドット層３２０の材料中のＩｎの含有比は、量子ドット被覆層３３０での含有比よりも大きい、即ち、ｘ＞ｙである。量子ドット層３２０の厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズを変え、且つ、被覆層３３０の厚さまたは材料組成を変えることにより、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐmによって放射されるレーザの波長が変調される。また、スペーシング層３１０を形成することにより、量子ドット層３２０からキャリアが逃げることを防止するキャリア制限効果が発生される。通常、スペーシング層３１０は、ＧａＡｓまたはＧａＮ等の二元化合物半導体材料よりなる。
【００２３】
更に、光を反射するために提供されたミラーが多波長量子ドットレーザ素子１００の前後の端面に配置され、該反射ミラーは結晶の自然分裂またはドライエッチングによって形成される。
【００２４】
多波長量子ドットレーザ素子１００の両端にある第１の電極１１０および第２の電極１８０に順方向バイアス電圧が印加されると、第２のクラッド層１５０および第１のクラッド層１３０における孔および電子が駆動されて活性領域１４０に注入される。その後、活性領域１４０中の孔および電子は、再組成反応により正孔対を形成し、光子によって放出される。印加電流値が特定の電流を超えるまでバイアス電圧が絶えず増加されると、反転分布現象が生じ、光子の誘発された放出が開始され、多波長量子ドットレーザ素子１００の二つのミラー間で発振が行われてレーザが発せられる。多波長量子ドットレーザ素子１００に印加されるバイアス電圧からの結果として生ずる光モード利得（ｇth）が、多波長量子ドットレーザ素子１００中を光が進行することで生ずる内部損失（αi）および光がミラーによって反射されて多波長量子ドットレーザ素子１００から出射されることで生ずるミラー損失（αm）を補償するに十分である場合、レーザを生成するための共振条件が達成される、即ち、光利得（ｇth）は次の式を満たさなくてはならない。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
このとき、Ｌは多波長量子ドットレーザの長さであり、Ｒ１およびＲ２は前端ミラーおよび後端ミラーそれぞれの反射率である。従って、多波長量子ドットレーザ素子１００が異なる量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐmにおいて上述のレーザ生成条件を満たす場合、異なる波長のレーザが同時に生成されるよう多波長量子ドットレーザ素子１００の長さは調節され、異なる波長のレーザを同時に放射することができるレーザ素子が実現される。レーザ素子は、ファイバ通信または光ディスクドライブのピックアップヘッドに適用可能である。
【００２７】
図４乃至図６を参照すると、活性領域における各量子ドット活性領域の積層態様が示される。
【００２８】
図４は、波長が降下する量子ドット活性領域の積層態様を示す。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって放射されるレーザの波長は、第１のクラッド層１３０から離間する方向に降下し、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって発せられるレーザの波長の関係はＰ1＞Ｐ2＞Ｐ3である。更に、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3は、複数の周期構造ユニット３００を含む。例えば、量子ドット活性領域Ｐ1は、二つのグループの周期構造ユニット３００より形成され、量子ドット活性領域Ｐ2は、三つのグループの周期構造ユニット３００より形成され、量子ドット活性領域Ｐ3は、五つのグループの周期構造ユニット３００より形成される。しかしながら、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3における量子ドット層３２０および／または被覆層３３０が、厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズを含む異なるパラメータ状態を有するため、異なるレーザ波長が生成される。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって発せられるレーザの波長は、異なるパラメータ状態に応じて変調される。一実施形態では、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０は同じパラメータ状態を有し、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の被覆層３３０は異なるパラメータ状態で形成される。反対に、別の実施形態では、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０は異なるパラメータ状態を有し、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の被覆層３３０は同じパラメータ状態を有する。当然のことながら、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０および被覆層３３０は、同時に異なるパラメータ状態を有してもよい。
【００２９】
図５は、波長が上昇している量子ドット活性領域の積層態様を示す。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって放射されるレーザの波長は、第１のクラッド層１３０から離間する方向に上昇し、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって発せられるレーザの波長の関係はＰ1＞Ｐ2＞Ｐ3である。更に、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3は、複数の周期構造ユニット３００を含む。例えば、量子ドット活性領域Ｐ1は、四つのグループの周期構造ユニット３００より形成され、量子ドット活性領域Ｐ2は、三つのグループの周期構造ユニット３００より形成され、量子ドット活性領域Ｐ3は、三つのグループの周期構造ユニット３００より形成される。更に、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3における量子ドット層３２０および／または被覆層３３０が、厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズを含む異なるパラメータ状態を有するため、前述した異なるレーザ波長が生成される。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって発せられるレーザの波長は、異なるパラメータ状態に応じて変調される。一実施形態では、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０は同じパラメータ状態を有し、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の被覆層３３０は異なるパラメータ状態によって形成される。反対に、別の実施形態では、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０は異なるパラメータ状態を有し、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の被覆層３３０は同じパラメータ状態を有する。当然のことながら、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０および被覆層３３０は、同時に異なるパラメータ状態を有してもよい。
【００３０】
図６は、波長がインターレースしている量子ドット活性領域の積層態様を示す。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって放射されるレーザの波長の関係はＰ1＞Ｐ2＞Ｐ3であり、量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3はインターレース式に垂直方向に配置されている。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3は、周期構造ユニット３００を含み、例えば、量子ドット活性領域Ｐ1、Ｐ2、および、Ｐ3は第１のクラッド層１３０上に順次形成され、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって発せられるレーザの波長の関係はＰ1＞Ｐ2＞Ｐ3である。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3における量子ドット層３２０および／または被覆層３３０が、厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズを含む異なるパラメータ状態を有するため、前述した異なるレーザ波長が生成される。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3によって発せられるレーザの波長は、異なるパラメータ状態に応じて変調される。一実施形態では、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０は同じパラメータ状態を有し、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の被覆層３３０は異なるパラメータ状態によって形成される。反対に、別の実施形態では、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０は異なるパラメータ状態を有し、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の被覆層３３０は同じパラメータ状態を有する。当然のことながら、各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3の量子ドット層３２０および被覆層３３０は、同時に異なるパラメータ状態を有してもよい。
【００３１】
図４に示すような量子ドット活性領域の降下積層態様を有する多波長量子ドットレーザ素子が利用され、電子発光スペクトル試験を実行するために異なる空洞共振長が遮られている。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3に含まれる周期構造ユニットは、ＧａＡｓ材料より形成されるスペーシング層、ＩｎＡｓ材料より形成される量子ドット層、または、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓより形成される被覆層を含む。各量子ドット活性領域Ｐ1乃至Ｐ3に含まれるＩｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓの被覆層の厚さは相互に異なるため、波長λ1を生成することができる量子ドット活性領域Ｐ1、波長λ2を生成することができる量子ドット活性領域Ｐ2、波長λ3を生成することができる量子ドット活性領域Ｐ3が形成され、このとき、λ1＞λ2＞λ3である。
【００３２】
図７を参照すると、量子ドット活性領域の降下積層態様を有する多波長量子ドットレーザ素子の光度対波長の関係図が示される。図７では、動作電流が３０ｍＡ／ｃｍ2という条件下で、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．５ｍｍ、および、２．０ｍｍの異なる空洞共振長を有し、導波幅が５μｍの多波長量子ドットレーザ素子に関して、２．０ｍｍの共振空洞長を有する多波長量子ドットレーザ素子は異なる量子ドット活性領域により生ずる１２１５ｎｍおよび１２６３ｎｍといった異なる波長帯域でレーザ光を同時に放射する。
【００３３】
本発明では、同じ量子ドットレーザ素子において異なる波長領域を有するよう量子ドット層または被覆層の厚さ、材料組成、および、量子ドットサイズを変化させると共に、異なる発光波長の量子ドット活性領域の積層構造が用いられる。特定の共振空洞長を有する異なる量子ドット活性領域においてレーザ発振によって必要な光利得閾値を生成するに印加電流が十分である場合、異なる波長のレーザ光が異なる量子ドット活性領域から放射される。更に、本発明の多波長量子ドットレーザ素子では、異なる発光波長帯域を有する量子ドット活性領域を明確に区別し、発振開始電流および動作電流を低下させるよう量子ドット層または被覆層の組成条件が変調される。従って、多波長量子ドットレーザ素子の安定した動作の要件が満たされる。
【００３４】
本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、様々な形態で変更されてもよいことは明らかであろう。このような変更は、本発明の精神および範囲から逸脱するものと解釈されず、全ての変更が添付の特許請求の範囲内に網羅されることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による多波長量子ドットレーザ素子の断面図である。
【図２】本発明による多波長量子ドットレーザ素子の活性領域の断面図である。
【図３】本発明による多波長量子ドットレーザ素子の活性領域における周期構造ユニットの断面図である。
【図４】本発明による多波長量子ドットレーザ素子の降下波長を有する量子ドット活性領域の積層態様の断面図である。
【図５】本発明による多波長量子ドットレーザ素子の上昇波長を有する量子ドット活性領域の積層態様の断面図である。
【図６】本発明による多波長量子ドットレーザ素子のインターレース波長を有する量子ドット活性領域の積層態様の断面図である。
【図７】量子ドット活性領域の降下積層態様を有する多波長量子ドットレーザ素子の光度対波長の関係図である。
【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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