JP2003168845A - 半導体レーザ素子及びこれを用いた光モジュール、及び光システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高速動作が可能で且つ安価な面発光レーザ素
子及び該素子を搭載した光モジュールを提供する。 【解決手段】 半導体基板上に、光を発生する活性層と
該活性層の上下を挟み共振器を形成する上部、下部の多
層膜反射鏡層を有する面発光レーザにおいて、上部多層
膜反射鏡層内、あるいは下部多層膜反射鏡層内、または
その両方に未酸化領域からなる開口部を有する複数の選
択酸化層を設け、該開口部を活性層から遠くなるに連れ
て段階的に広くし、大幅な素子容量の低減を図る。高性
能で、長寿命、かつ、低コストな高速光モジュールを提
供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は半導体レーザとそ
れを用いた光モジュール、及び、システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年のインターネット人口の爆発的増大
により、オフィス等のローカルエリアネットワーク（Ｌ
ＡＮ）においては情報伝送の急速な高速化が求められて
いる。２００５年には、末端ユーザにおいてはＧｂ／ｓ
レベル、ＨＵＢ間を結ぶ骨格（backbone）においては５
０Ｇｂ／ｓレベルを超える伝送速度が必要になると予測
されている。さらにその５年後には、末端ユーザでも伝
送速度が１０Ｇｂ／ｓを超え、さらなる高速化が求めら
れる。そのため近い将来には、末端ユーザーまで光ファ
イバーを用いた光通信の全面的導入が必須であると考え
られる。通常、光通信には、半導体レーザ、受光素子、
及び、それらの駆動回路等を組み込んだ光モジュールが
用いられる。将来のＬＡＮで用いられる光モジュールに
おいては、高速伝送が可能であるという性能面での要求
に加えて、莫大な数の一般ユーザが使用することを念頭
におき、低コストで提供することも必須の用件となる。

【０００３】図１に、従来の１０Ｇｂ／ｓを超える高速
光モジュールの概略図を示す。ここで、１０１は半導体
レーザ、１０２はレーザ駆動回路、１０３は外部変調
器、１０４は素子の温度安定化のためのぺルチェ素子、
１０５は受光素子、１０６は受光素子駆動回路、１０７
は光モジュールパッケージ全体、１０８は光モジュール
を動作させる外部回路、１０９は光ファイバーである。
光モジュールは、外部回路１０８に従って、半導体レー
ザ１０１からレーザ光を発生する。ここで、１０Ｇｂ／
ｓ超える高速変調光は、外部変調器１０３を通して送信
される。また、相手の光モジュールから送信された光信
号を、受光素子１０５によって受信する。全ての光信号
は、光ファイバー１０９を通して高速でやり取りされ
る。ここで、半導体レーザとしては、インジウム燐（Ｉ
ｎＰ）基板上に形成されたガリウムインジウム燐砒素
（ＧａＩｎＰＡｓ）系の半導体材料を活性層に用いた端
面発光型のレーザが主として用いられている。発振波長
は、長距離、高速伝送が可能なシングルモードファイバ
ーへ適用できる１.３μｍ、あるいは、１.５５μｍであ
る。一般に、ＧａＩｎＰＡｓ系レーザは、素子温度が上
昇した時に、しきい値電流が大きく増大するという欠点
を有している。そのため、温度安定用のぺルチェ素子１
０４を組み込む必要があった。こうした構成では、光モ
ジュールを構成する部品数が多く、そのためモジュール
サイズも大型であり、光モジュール自体のコストが高か
った。これは、従来１０Ｇｂ／ｓという伝送速度のレベ
ルが、主としてコストよりも性能が重視される幹線系伝
送網に用いられていたことと大きく関連している。こう
した観点から、従来の構造に基づく高速光モジュール
は、低コスト化が必須の将来のＬＡＮへの適用において
本質的に不向きである。尚、図中の点線は、半導体レー
ザ設置の光送信側と、受光素子設置の光受信側との区切
りを示すが、それぞれの部分が独立して、光送信モジュ
ール、及び、光受信モジュールとして構成される場合も
ある。また、図では、光出力モニター用の受光素子等は
省略して示してある。

【０００４】それに対して、将来的にＬＡＮで使用され
る高速光モジュールに適した光源として、面発光レーザ
ーが注目を集めている。面発光レーザーは、その共振器
長が僅か数μｍであり、端面発光型レーザの共振器長
（数１００μｍ）に比べてはるかに短く、基本的に高速
特性に優れる。さらに、ビーム形状が円形に近く光ファ
イバとの結合が容易、へき開工程が不要でウエハ単位の
素子検査が可能、低しきい値電流でレーザ発振し低消費
電力といった低コスト化においても優れた特徴を有す
る。

【０００５】図２に、現在実用化されている一般的な面
発光レーザの構造図を示す。ここで、２０１は下部電
極、２０２は半導体基板、２０３は下部多層膜反射鏡、
２０４は光を発生する活性層、２０５は電流狭窄層にお
ける絶縁部、２０６は電流狭窄層における開口部、２０
７は上部多層膜反射鏡、２０８はコンタクト層、２０９
は上部電極、２１０は活性層における上部障壁層、２１
１は活性層における井戸層、２１２は活性層における下
部障壁層である。

【０００６】面発光レーザーの基本構成は、光を発生す
る活性層２０４と、活性層の微少領域に電流を注入する
ための電流狭窄層における開口部２０６、及び、当該活
性層を上下に挟むように配置された上部多層膜反射鏡２
０７と下部多層膜反射鏡２０３の組からなる光共振器を
もって構成されている。また、活性層への電流注入のた
め、上部電極２０９と下部電極２０１が形成され、上部
電極側には良好な電気的接触のため、高濃度にドーピン
グされたコンタクト層２０８が形成される。ここで、活
性層は通常、量子井戸層２１１とそれより禁制帯幅の大
きい上部障壁層２１０、及び、下部障壁層２１２から構
成され、その合計膜厚は光学的な設計により決定され
る。よって、面発光レーザの光共振器の長さは活性層厚
さの数μｍ程度と著しく短い。一方で、レーザー発振を
起こすためには上下の多層膜反射鏡の反射率を極めて高
い値（９９.５％以上）に設定することが必須となるた
め、多層膜反射鏡は屈折率の異なる２種類の半導体を１
／４波長厚（λ／４ｎ：λは波長、ｎは半導体材料の屈
折率）で交互に積み重ねることにより形成される。ここ
で用いられる２種類の半導体材料には、少ない積層数で
高反射率を得るため、両者の屈折率差ができるだけ大き
いことが望まれる。又、材料が半導体結晶の場合、格子
不整合転位の抑制のため、基板材料と格子整合している
ことが好まれる。これらの観点から、ＧａＡｓ基板上に
形成されるＧａＡｓ／アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）系
半導体材料から構成された多層膜反射鏡が主として用い
られている。また、電流狭窄層における開口部２０６
は、素子の低しきい値電流化、単一モード化のために必
須であり、活性層と電流を注入する電極の間の任意の位
置に配置され、活性層に注入される電流を数μｍ〜数１
０μｍの微少領域（以下アパーチャーと記述する。）に
限定する役割を果たす。具体的には、素子構造内に導入
したＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層を横方向から選択的に酸化し、
酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）に変化させ、電流狭窄
層における絶縁部２０５を形成することで、中央に残っ
た微小なＡｌ（Ｇａ）Ａｓ領域のみで電流を狭窄する方
法が現在主流である。一方、従来の面発光レーザ構造
は、素子の容量が大きいので別構造の面発光レーザも検
討されている。例として、日本国特許公開公報、特開平
１１-４０４０号、および日本国特許公開公報、特開２
０００-２６１０９４号などに見られる。図３にその素
子構造図を示す。ここで、３０１は下部電極、３０２は
半導体基板、３０３は下部多層膜反射鏡、３０４は光を
発生する活性層、３０５は電流狭窄層における絶縁部、
３０６は電流狭窄層における開口部、３０７は容量低減
層における絶縁部、３０８は容量低減層における開口
部、３０９は上部多層膜反射鏡、３１０はコンタクト
層、３１１は上部電極、３１２は活性層における上部障
壁層、３１３は活性層における井戸層、３１４は活性層
における下部障壁層である。本構造では、電流狭窄層３
０５、３０６と上部多層膜反射鏡３０９の間の一部に、
電流狭窄層における開口部３０５よりも広い開口部を有
する容量低減層３０７、３０８を設け、絶縁部の厚さを
増大させることで、容量の低減を図るものである。尚、
容量低減層３０７、３０８の形成方法は、電流狭窄層３
０５、３０６と同様にＡｌＡｓの選択酸化手法を用い
る。実際には電流狭窄層における開口部３０５とは異な
る１種類の開口部を有する容量低減層を、電流狭窄層に
隣接して数層設ける構造を用いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、高速動作
が可能な面発光レーザを提供せんとするものである。本
願発明は、１０Ｇｂ／ｓ以上の、例えば５０Ｇｂ／ｓの
高速動作を達成せんとする。

【０００８】本願発明の別の目的は、高速動作が可能で
且つ安価な面発光レーザを提供せんとするものである。

【０００９】本願発明の更に別の目的は、より高速動作
が可能な面発光レーザ搭載の光モジュールを提供せんと
するものである。

【００１０】こうした課題に対応するために為に技術的
には面発光レーザにおける以下の課題を解決することを
要する。即ち、高速動作に不可欠な素子容量（Ｃ）と素
子抵抗（Ｒ）の積（ＣＲ積）のうち、Ｃの低減を果たす
ための新たな面発光レーザ素子構造を採用することであ
る。このためには、素子内の絶縁部の厚みを増大できる
新たな手法を提供しなくてはならない。一方で、これは
電流の注入経路を狭め、Ｒの増大をもたらす。即ち、Ｃ
とＲはトレードオフの関係にある。よって、Ｃを低減し
つつＲの増大を適度に抑制し、ＣＲ積の大幅な低減を達
成することが必要となる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願発明の基本的な例
は、次の通りである。即ち、それは、半導体基板上部
に、活性層領域と、この活性層領域をその主面に平行な
面で上下に挟み光共振器を形成する第１及び第２の分布
反射鏡と、前記第１及び第２の分布反射鏡の少なくとも
一方の分布反射鏡の上部に第１の電極と、前記第１の電
極と前記共振器を挟んで反対側に第２の電極とを有し、
前記第１及び第２の分布反射鏡の少なくとも一方の分布
反射鏡の内部において、前記活性層領域の主面に平行で
且つ前記活性層領域に近い面に、その周辺部に絶縁領域
を有する第１の層状領域と、前記活性層領域から見て前
記第１の層状領域より遠い面に、その周辺部に絶縁領域
を有する第２の層状領域の複数層とを有し、前記複数層
の第２の層状領域が有する周辺部の絶縁領域の幅が、前
記第１の層状領域が有する周辺部の絶縁領域の幅より小
さいことを特徴とする面発光レーザ素子である。

【００１２】更に、より実際的な形態の例は、前記分布
反射鏡は半導体層を有する多層膜反射鏡であり、且つ前
記分布反射鏡の内部に設けられる第１及び第２の層状領
域が有する周辺部の絶縁領域は、前記多層膜反射鏡の有
する半導体層を選択酸化した層であるものである。

【００１３】更に、別な形態は、前記分布反射鏡の内部
に設けられる第１及び第２の層状領域が有する周辺部の
絶縁領域は、前記多層膜反射鏡の有する半導体層を選択
酸化した層であり、且つ前記複数の第２の層状領域が有
する周辺部の絶縁領域の幅が、前記活性層領域から遠く
なるに従って狭くなる形態である。

【００１４】又、別な表現を取れば、本願発明の代表的
な形態は、半導体基板上に、光を発生する活性層とこの
活性層の上下を挟み共振器を形成する上部、下部の多層
膜反射鏡層を有する面発光レーザにおいて、上部多層膜
反射鏡層内、あるいは下部多層膜反射鏡層内、またはそ
の両方に未酸化領域からなる開口部を有する複数の選択
酸化層を設けてあって、前記開口部が活性層から遠くな
るに連れて段階的に広くなっていることを特徴とする面
発光レーザ素子である。特に、上記選択酸化層が、活性
層付近から活性層と逆側の端部近傍あるいは端部まで形
成されていることが望ましい。前記開口部の大きさの変
化は、直線的あるいは曲線的な変化をも取り得る。これ
らの実際的な形態は、実施の形態の欄で例示される。
又、上記選択酸化層形成には、ＩＩＩ族原子組成比でＡ
ｌ原子を９０％以上含む半導体膜が少なくとも１層以上
用いられていることが好ましい。

【００１５】尚、上述の説明では、面発光レーザ素子の
みについて説明したが、同じ発明思想は端面発光レーザ
素子についても適用することが出来る。この場合、前記
の分布反射鏡での発明思想を、活性層領域を上下に挟
む、いわゆるクラッド層に適用すれば良い。そして、こ
の上部及び下部のクラッド層の少なくとも一者の内部に
前記の層状の絶縁領域を、同じ構成で形成すれば良い。
この場合の層状の絶縁領域に、前記の選択酸化層を用い
るのが有用なことも同様である。

【００１６】

【発明の実施の形態】先ず、具体的な実施の形態を説明
するに先だって、本願発明の基本思想の詳細を説明す
る。

【００１７】将来のＬＡＮに適応する高速光モジュール
実現に対しては、その光源として用いる半導体レーザに
おいて高速特性を達成する必要がある。そのためには、
半導体レーザ素子のＣ、および、Ｒの低減が不可欠であ
る。

【００１８】一般に、半導体レーザ素子の基礎的な高速
変調特性は、素子の光出力が３ｄＢ低下する変調周波数
（ｆ３ｄＢ）で評価される。ｆ３ｄＢは、ＣとＲを用い
て以下の式（１）で表される。 ｆ３ｄＢ＝１／（２πＣＲ） （１） こうした事実は、例えば、先端光エレクトロニクスシリ
ーズ 面発光レーザの基礎と応用 共立出版、伊賀健
一、小山二三夫共著、１８４頁に説明されている。

【００１９】上記式（１）から、素子のｆ３ｄＢとして
５０Ｇｂ／ｓを達成するには、ＣＲ積において、約３ｅ
^-12ＦΩを達成する必要があることが理解される。

【００２０】本願発明は、以下に詳述するように、こう
した特性を満足する半導体レーザ装置を実現する新規な
構造を提供するものである。 ＜本願発明の代表形態＞次に従来技術に見られる難点を
回避した本願発明の形態を詳細に説明する。

【００２１】図５に、本願発明による素子構造の断面図
を示す。

【００２２】図５において、５０１は下部電極、５０２
は半導体基板、５０３は下部多層膜反射鏡、５０４は光
を発生する活性層、５０５は電流狭窄層における絶縁
部、５０６は電流狭窄層における開口部、５０７は選択
酸化層における絶縁部、５０８は選択酸化層における開
口部、５０９はコンタクト層、５１０は上部電極、５１
１は活性層における上部障壁層、５１２は活性層におけ
る井戸層、５１３は活性層における下部障壁層である。
本構造では、電流狭窄層５０５、５０６の上部に、活性
層から遠くなるに連れて段階的に広くなっている開口部
を有する選択酸化層５０７、５０８を設け、Ｃを低減し
つつ、Ｒの増大を抑制し、CR積の低減を図るものであ
る。尚、選択酸化層５０７、５０８の形成方法は、電流
狭窄層５０５、５０６と同様である。また、ここでは選
択酸化層における開口部５０８を、電流狭窄層における
開口部外端からコンタクト層５０９のメサ外端部に向か
って直線的に変化させた。尚、層状の絶縁領域、代表的
には選択酸化層を含む領域以外の活性層領域など、半導
体レーザ素子の他の部材についてはこれまでの技術を用
いて十分である。

【００２３】本願素子においては、電流狭窄層から活性
層から遠くなるに連れて選択酸化層の開口部が段階的に
広くなっている。

【００２４】よく知られているようにＣ、及び、Ｒは以
下の式で表される。 Ｃ＝ε・Ｓ１／ｄ （２） Ｒ＝ρ・１／Ｓ２ （３） ここで、εは誘電率、Ｓ１は絶縁部の面積、ｄは絶縁部
の厚さ、ρは抵抗率（ここではヘテロ接合の影響も含ん
だものとする。）、１は導電部の厚さ、Ｓ２は導電部の
面積である。

【００２５】式（２）で示すように、Ｃは絶縁部の面積
Ｓ１に比例し、絶縁部の厚さｄに反比例する。本構造
は、最もＣを増大させるｄが薄い部分を電流狭窄層付近
の領域のみとし、それ以外の領域は絶縁部の厚さを徐々
に増大させてＣを低減することで、素子全体のＣの低減
を図るものである。一方、式（３）で示すように、Ｒは
導電部の面積Ｓ２に反比例し、導電部の厚さｌに比例す
る。本構造では、上部電極５１０から、選択酸化層の伝
導部５０８、および、電流狭窄層の導電部５０６を通っ
て活性層５０４に至るキャリアの伝導経路の面積を徐々
に狭めているため、Ｒを急激に増大させることが無い。

【００２６】更に、素子の動作時には上下の電極間に電
圧が印加され、上部電極５１０と電流狭窄層の開口部５
０６間には電界が生じる。注入されたキャリアの殆ど
は、この電界に従って上部電極外端からそれぞれの電流
狭窄層の導電部外端を直線的に結んだ領域の中を、ある
程度の広がりを持って伝導する。よって、この伝導領域
外の部分はキャリアにとっては伝導には寄与しない無効
領域となる。本願発明では、キャリアの伝導に寄与しな
い無効領域を選択酸化により絶縁化し、容量の低減層と
して有効に活用するものであるといえる。

【００２７】本願発明の効果を検証するため、図５に示
すように電流狭窄層を基準とした選択酸化層の厚さをｈ
とした場合の素子のＣＲ積、及び、ｆ３ｄＢの変化を求
めた。ここでは、面発光レーザ素子のメサは円形であ
り、その直径は２０μｍ、電流狭窄層の直径は５μｍで
ある。また、上部ｐ型多層膜反射鏡の厚さは５μｍ、活
性層の厚さは０.５μｍである。又、求めた値も、同様
に図２に示した一般的な面発光レーザ構造での値を１と
して、相対比較の形で示している。

【００２８】図６にその結果を示す。ｈを増大させるこ
とによって、ＣＲ積を低減できると同時にｆ３ｄＢを改
善できることわかる。ｈ＝２.５μｍ程度の選択酸化層
の導入により、ｆ３ｄＢにおいて２倍程度の改善が可能
であることが判明した。ｈを増大させることによりさら
なるＣＲ積の低減が得られ、上部多層膜反射鏡の上端ま
で導入したｈ＝５μｍのときに、ｆ３ｄＢにおいて図２
の素子の４倍以上の改善が可能であることが判明した。
よって、本願発明構造の効果を十分に得るためには、上
部反射鏡の端部近傍あるいは端部まで選択酸化層が形成
されていることがより望ましい。

【００２９】図７に本願発明構造のCおよびＲの変化を
示した。本願発明の効果を従来技術と比較して明確にす
るため、図中には図３の従来素子のＣおよびＲの変化も
同時に示している。従来素子では、最適値である厚さ
１.５μｍ付近において、Ｃは約５０％程度しか低減で
きていないのに対して、本構造の素子では厚さ５μｍ付
近において、Ｃを１０分の１以下に低減できていること
がわかる。一方で、先に述べたＣＲのトレードオフの関
係から、本願発明のＲは、約３倍程度は増大している。
しかしながら、この程度で有れば、素子の駆動回路等に
は特に問題は生じない。

【００３０】更に、本願発明の選択酸化層における絶縁
部５０７は、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓが選択酸化工程を経て、
Ａｓが脱離しＡｌｘＯｙとなることで形成される。Ａｌ
ｘＯｙの屈折率は約１.５であり、選択酸化層における
開口部５０８を形成するＧａＡｓ（屈折率３．４）、及
び、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ（屈折率２．９）との間に大きな
屈折率差が生じる。発生したレーザ光は、選択酸化層に
おける開口部５０８内をある拡がりをもって往復（共
振）するが、この大きな屈折率差によって横方向のレー
ザ光の拡がりが有効に閉じ込められることになり、素子
特性の改善をもたらす。又、本願発明では、選択酸化層
における開口部５０８が徐々に広がっているため、前述
のように拡がりをもって伝播するレーザ光が、選択酸化
層における絶縁部５０７と開口部５０８との界面で散乱
されることによる損失も抑制できる。

【００３１】図８には、本願発明構造の別の例を示す。
図８において、８０１は下部電極、８０２は半導体基
板、８０３は下部多層膜反射鏡、８０４は光を発生する
活性層、８０５は電流狭窄層における絶縁部、８０６は
電流狭窄層における開口部、８０７は選択酸化層におけ
る絶縁部、８０８は選択酸化層における開口部、８０９
はコンタクト層、８１０は上部電極、８１１は活性層に
おける上部障壁層、８１２は活性層における井戸層、８
１３は活性層における下部障壁層である。本構造では、
選択酸化層における開口部８０８の形状を、電流狭窄層
における開口部外端からコンタクト層５０９のメサ外端
部に向かって、曲線状に変化させた。この構造では、図
５の構造より選択酸化層における絶縁部の領域を大きく
でき、さらなる容量の低減が図れる。

【００３２】図９には、本構造の別の例を示す。図９に
おいて、９０１は下部電極、９０２は半導体基板、９０
３は下部選択酸化層における絶縁部、９０４は下部選択
酸化層における開口部、９０５は下部電流狭窄層におけ
る開口部、９０６は下部電流狭窄層における絶縁部、９
０７は活性層、９０８は上部電流狭窄層における絶縁
部、９０９は上部電流狭窄層における開口部、９１０は
上部選択酸化層における絶縁部、９１１は上部選択酸化
層における絶縁部、９１２はコンタクト層、９１３は上
部電極、９１４は活性層における上部障壁層、９１５は
活性層における井戸層、９１６は活性層における下部障
壁層である。本構造では、開口部が段階的に広がる選択
酸化層を、活性層を挟んで上下に配置した。このような
構造にすることで、絶縁部の厚さをさらに増大させるこ
とができ、さらなる容量の低減が図れる。

【００３３】以上の効果により、本願発明構造を用いる
ことで、面発光レーザ素子の素子特性を従来素子と比較
して大幅に改善でき、目標値である５０Ｇｂ／ｓを超え
る高速特性を達成できる。

【００３４】次に、本願発明素子を実装した光モジュー
ルについて記述する。図１０に、光モジュールの斜視図
を示す。又、図１１に、本願発明による面発光レーザを
用いた光送信モジュールの概略図を示す。ここで、１０
０１は本願発明による面発光レーザ素子、１００２はレ
ーザ駆動回路、１００３は受光素子、１００４は受光素
子駆動回路、１００５は素子固定部、１００６は光モジ
ュールパッケージ全体、１１０７は光ファイバー、１１
０８は光モジュールを動作させる外部回路である。図１
２は、本願発明による面発光レーザ素子１００１を素子
固定部１００５に固定する際の概略図を示す。素子固定
部１００５には駆動回路等への電気的接続のため、電極
部が形成されている。レーザ動作時の活性層からの放熱
が大きいと言う点で、レーザ素子の実装に際しては基板
を上側にした、所謂ジャンクションダウンという実装方
式が好まれる。その際、面発光レーザ素子においては裏
面側からレーザ光が出射する構造にする必要がある。素
子の上部電極と素子固定部の電極は半田などによって接
着されるが、直接観察できないため両者の合わせが難し
い。そのため、素子固定部の電極面積Ｓ３は、素子の上
部電極面積Ｓ４よりも大きくしている（Ｓ３＞Ｓ４）。
このとき、素子固定部の電極のうち、素子の上部電極と
接触している以外の部分は、素子との間に新たな容量を
付加し光モジュール自体の容量の増大を引き起こす。そ
こで、素子容量の大きい面発光レーザを光源として用い
る従来の光モジュールでは、これを避けるためＳ３を極
力小さくする必要があった。一方で、Ｓ３を小さくする
ことは、ジャンクションダウン実装の合わせの行程での
歩留まりが低下を引き起こし、問題であった。

【００３５】一方、本願発明による面発光レーザは素子
容量が各段に低いため、Ｓ３を従来モジュールより大き
くしてもよい。その効果で、ジャンクションダウン実装
における合わせが容易になり、本工程での歩留まりを大
幅に改善することができる。既に述べたように、ジャン
クションダウン実装は、素子の放熱特性に優れる。その
ため、素子の温度変動が小さい。それに加えて、面発光
レーザ自体のしきい値電流値が小さいことも相まって、
使用時のしきい値電流値の変化が非常に小さくなる。そ
れにより、小型かつ単純な回路で素子を駆動することが
可能となる。よって、図１０および図１１に既に示して
いるように、光モジュールにおいては、従来必要であっ
たペルチェ素子や、ＡＰＣ回路が不要となる。それによ
り、部品点数が大幅に少なくでき、また、駆動回路のサ
イズが小さくできる。よって、光モジュール自体のサイ
ズも小型化し、大幅な低コスト化を実現できる。また、
モジュール作製時の歩留まりが高いことも低コスト化に
有効である。さらに、本光モジュールは、面発光レーザ
の放熱特性に優れることから、活性層の劣下が生じにく
いので、従来の光モジュールと比較してより長時間に渡
って安定な特性を提供することができる。以上の効果
は、既に述べたように、活性層における深いポテンシャ
ル井戸で電子を閉じ込めることができる温度特性に優れ
た活性層材料、一例としてＧａＩｎＮＡｓ等を用いた面
発光レーザにおいては、さらに顕著となる。

【００３６】次に、本願発明構造の作製方法に関して以
下に記述する。本願発明では選択酸化層の開口部を、精
度良く段階的に広くしていくことが必要となる。既に述
べたように、通常、電流狭窄層にはＡｌＧａＡｓが用い
られる。図１３にＡｌＧａＡｓ中のＧａ組成と酸化速度
との関係を示す。Ｇａ組成を増大させることによって、
酸化速度が大幅に低下していくことが判る。よって、多
層膜反射鏡に用いられるＡｌＧａＡｓのＧａ組成を電流
狭窄層側から、活性層から遠くなるに連れて徐々に増大
させて結晶成長し、得られた多層ウエハをメサエッチン
グした後、従来素子と同じ一回の酸化工程を行えば、本
願発明の構造を容易に得ることができる。また、その他
のプロセス工程も従来素子と同様で良く、本願発明構造
を作製するのに工程数の増大等は生じず、作製コストを
増大させることは無い。

【００３７】図１３より、選択酸化層に使用するＡｌＧ
ａＡｓ層中のＧａ組成は１０％以下、すなわち、Ａｌ組
成にして９０％以上の条件を用いれば、本願発明構造が
精度よく作製できることが理解される。尚、ＡｌＧａＡ
ｓ以外の他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を用いて
も、Ａｌ組成が９０％以上であれば、同様の選択酸化条
件が得られる。それにより、本願発明構造を作製するこ
とが可能となる。前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料の
例を掲げれば、ＩＩＩ族原子がＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｖ族
原子がＡｓ、Ｐ、Ｓｂ、Ｎの組み合わせから選ばれる混
晶半導体である。

【００３８】酸素のイオン注入や拡散を用いて、上部多
層膜反射鏡内に開口部を作製した例が、日本国特許公開
公報特開平１１-１１２０８６号に示されている。しか
しながら、このような技術を用いては、本願発明のよう
な開口部の精密制御は技術的に困難であり、また再現性
にも乏しい。また、イオン注入や拡散で絶縁化されたＡ
ｌ（Ｇａ）Ａｓ膜中にはＡｓが抜けずに残っており、本
願発明で用いる選択酸化法でのＡｌｘＯｙが形成される
場合とは材料的に全く異なる。さらに、Ａｓが抜けずに
絶縁化されたＡｌＧａＡｓの屈折率は３前後であり、選
択酸化層における開口部を形成するＧａＡｓ（屈折率
３.６）やＡｌ（Ｇａ）Ａｓとの間に大きな屈折差が生
じない。よって、光閉じ込めが不十分となり、本願発明
と比較して素子特性が大きく劣化する。

【００３９】尚、本願発明は端面発光型レーザにも適用
可能である。図１４にその一例を示す。

【００４０】図１４において、１４０１は下部電極、１
４０２は半導体基板、１４０３は下部クラッド層、１４
０４は光を発生する活性層、１４０５は上部クラッド層
内の選択酸化層における絶縁部、１４０６は上部クラッ
ド層内の選択酸化層における開口部、１４０７はコンタ
クト層、１４０８は上部電極、１４０９はＳｉＯ₂、１
４１０は活性層における上部障壁層、１４１１は活性層
における井戸層、１４１２は活性層における下部障壁層
である。本構造では、上部クラッド層内に活性層から遠
くなるに連れて段階的に広くなっている開口部を有する
選択酸化層１４０５、１４０６を設ける。選択酸化層に
おける開口部１４０６は、電流狭窄層における開口部外
端からコンタクト層１４０７のメサ外端部に向かって直
線的に変化させた。基板と垂直な方向に対する開口部形
成の角度をθとすると、θが大きい程、電極面積を大き
くとれるので、素子のコンタクト抵抗を低減できる。さ
らに、それによる放熱特性の改善が実現できる。従来の
ウエットエッチングを用いた逆メサ型レーザの形成方法
では、θ＝４５°前後が限界であった。それに対し、本
願発明では、設計によりθを４５°以上にすることが可
能であり、制御性も高いので作製時の歩留まりも向上す
る。よって、本願発明構造は、端面発光型レーザに適用
しても素子特性改善に有効である。

【００４１】尚、選択酸化層１４０５、１４０６は５層
程度にして、ヘテロ界面よる素子抵抗増大を極力抑制し
ている。 ＜発明の実施の形態１＞ここでは発明の実施の形態例１
として、本願発明による素子容量の低減が可能な面発光
レーザ構造の作製について具体的に記述する。その素子
構造は、既に図５に示した通りである。面発光レーザ構
造の作製においては、精密な膜厚制御や急峻なヘテロ界
面作製の必要性から、材料の瞬時の切り替えが可能な分
子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属化学気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法、化学ビームエピタキシー（ＣＢＥ）
法等が適している。また、活性層にＧａＩｎＮＡｓを用
いる場合には、Ｎの導入において、非平衡状態での成長
法が有利であり、その点でも、先に述べたＭＢＥ法やＭ
ＯＣＶＤ法、ＣＢＥ法等が成長方法として適している。
但し、同様の構造が形成できれば、本願発明の効果を得
ることが可能であるので、上記成長手法のみに限定され
るものではない。ここでは成長方法を固体ソースＭＢＥ
（ＳＳ−ＭＢＥ）法とした。ＳＳ−ＭＢＥ法では、ＩＩ
Ｉ族元素の供給源として、ガリウム（Ｇａ）、インジウ
ム（Ｉｎ）を用い、Ｖ族元素の供給源として、砒素（Ａ
ｓ）に関しては金属Ａｓを用いた。また、ｎ型不純物と
してシリコン（Ｓｉ）、高濃度にｐ型ドーピングできる
不純物原料として四臭化炭素（ＣＢｒ₄）用いた。な
お、同様のドーピング濃度が達成できれば、ｐ型不純物
としてベリリウム（Ｂｅ）や亜鉛（Ｚｎ）を用いても良
い。窒素（Ｎ）についてはＮ₂ガスをＲＦプラズマ励起
したＮラジカルを使用した。なお、窒素プラズマの励起
は、その他にＥＣＲ（Electron Cycrotron Resonance：
電子サイクロトロン共鳴）プラズマを用いても行うこと
ができる。

【００４２】作製する半導体基板はｎ型ＧａＡｓ（１０
０）基板５０２（ｎ型ドーピング濃度＝２×１０¹⁸ｃｍ
^-3）を用いる。Ａｓ雰囲気において、基板を昇温した
後、基板上にｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ＧａＡｓ（ｎ型
不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）による下部半導体多層
膜反射鏡５０３を３０周期積層する。その膜厚は、それ
ぞれ半導体中で１／４波長厚になるようにした。その
後、１／２波長厚のノンドープＧａＡｓ下部障壁層 ５
１３、さらに、厚さ１０ｎｍのノンドープＧａ_0.7Ｉｎ
_0.3Ｎ_0.01Ａｓ_0.99と厚さ１０ｎｍのノンドープＧａＡ
ｓバリア層からなる３重量子井戸構造からなる量子井戸
層５１２、１／２波長厚のノンドープＧａＡｓ上部障壁
層５１１、１／４波長厚のｐ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層
５０５、５０６（ｐ型不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）
の順に形成した。続いて、本願発明構造である２４周期
のｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ（ｐ型不純物濃度＝１×
１０¹⁸ｃｍ^-3）からなる選択酸化層５０７、５０８を積
層した。電流狭窄層、及び、選択酸化層の２５層のＡｌ
ＧａＡｓ中のＧａ組成は、図１３の条件に従い、活性層
から離れるにつれて酸化距離が７.５μｍから０.３μｍ
まで０.３μｍ刻みで変化するように選択した。尚、最
上部のＧａＡｓ層はｐ型コンタクト層５０９となるた
め、１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型ドーピングを施した。以上
により、結晶成長工程は完了した。続いて、完成した多
層成長ウエハに対し、素子構造作製のためのプロセス工
程を施した。最初にＳｉＯ₂を全面に蒸着し、ホト工程
にてメサ直径２０μｍの円形状にパターニングした後、
これをマスクにして、電流狭窄層５０５、５０６の直下
までメサエッチングを行う。ここで、エッチング液とし
ては、臭化水素（ＨＢｒ）：過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）：
水（Ｈ₂Ｏ）を混合した液を用いる。続いて、形成され
たメサ構造に、電流狭窄を行うための選択酸化を施す。
水蒸気雰囲気中にて、ウエハを４００℃に加熱すること
で、電流狭窄層５０５、５０６、及び、選択酸化層５０
７、５０８の側面部分がＡｌｘＯｙ絶縁層に変化した。
これにより、図５に示すような段階的に広くなる開口部
を有する選択酸化層が形成された。その後、ＳｉＯ₂を
除去し、ホト工程を経て、ｐ側上部電極５１０、ｎ側下
部電極５０１を形成し、素子として完成した。このよう
にして作製された面発光レーザ素子は、発振波長１.３
μｍ、閾値電流０.１ｍＡで室温において連続発振し、
素子容量は３０ｆＦであった。本素子は優れた変調特性
を示した。

【００４３】続いて、本素子を用いて、図１０、図１１
に示す光モジュールを作製した。本願発明による光モジ
ュールは部品点数が少なくでき、また、素子の駆動回路
が単純で良いためサイズが小型である。特に、活性層材
料として温度特性の良いＧａＩｎＮＡｓを用いているこ
とも、その一因である。また、素子作製時の歩留まりも
高く、大幅な低コスト化を達成できた。さらに、本光モ
ジュールは、面発光レーザの容量が低く、ジャンクショ
ンンダウンで素子が実装されているので、発熱が少なく
活性層の劣下が生じにくい。よって、従来の光モジュー
ルと比較してより長時間に渡って安定な特性を提供する
ことができた。

【００４４】尚、選択酸化層５０７、５０８におけるＡ
ｌＧａＡｓ中のＧａ組成を、図１３の条件に従って所望
の値を選ぶことにより、図８に示すような、開口部が曲
線状に変化する素子を作製することができた。 ＜発明の実施の形態２＞ここでは、発明の実施の形態例
２として、本願発明による素子容量の低減が可能な面発
光レーザ構造の作製について具体的に記述する。その素
子構造は、既に図９に示した通りである。

【００４５】本素子構造の作製にはＭＯＣＶＤ法を用い
る。ここで、ＩＩＩ族元素であるＧａ、Ｉｎの供給源と
して、それぞれ有機金属のトリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族元
素であるＡｓの供給源として、ＡｓＨ₃を用いた。ま
た、ｎ型不純物としてシラン（ＳｉＨ₄）、ｐ型不純物
としてＣＢｒ₄を用いた。Ｎの供給源としては、ジメチ
ルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を使用した。

【００４６】作製する半導体基板はｎ型ＧａＡｓ（１０
０）基板（ｎ型不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）９０２
を用いる。ＡｓＨ₃供給下のＡｓ雰囲気において基板を
昇温し、基板を昇温した後、基板上にｎ型ＡｌＧａＡｓ
／ＧａＡｓ（n型不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）から
なる下部選択酸化層９０３、９０４を２５周期積層す
る。その膜厚は、それぞれ半導体中で１／４波長厚にな
るようにした。その後、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下側電流狭窄
層（ｎ型不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）９０５、９０
６、１／２波長厚のノンドープＧａＡｓ下側障壁層９１
６、さらに、厚さ１０ｎｍのノンドープＧａ_0.7Ｉｎ_0.3
Ｎ_0.04Ａｓ_0.96井戸層、厚さ１０ｎｍのノンドープＧａ
Ａｓ層からなる２重量井戸活性層９１５を形成した。続
いて、１／２波長厚のノンドープＧａＡｓ上側障壁９１
４、１／４波長厚のｐ型ＡｌＧａＡｓ上側電流狭窄層
（ｐ型不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）９０８、９０９
の順に形成した。さらに、ｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
（ｐ型不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）からなる上部選
択酸化層９１０、９１１を積層した。図９に示すような
活性層を挟んで上下の方向に段階的に広がっていく開口
部を形成するため、活性層上下の電流狭窄層、２５層の
選択酸化層のＡｌＧａＡｓにおけるＧａ組成は、酸化距
離が７.５μｍから０.３μｍまで０.３μｍ刻みで変化
するように選択した。尚、上部選択酸化層最上部のＧａ
Ａｓ層はｐ型コンタクト層９１２となるため、１×１０
¹⁹ｃｍ^-3ｃｍ^-3のｐ型ドーピングを施した。以上によ
り、結晶成長工程は完了した。完成した多層成長ウエハ
に対し、素子構造作製のためのプロセス工程を施した。
最初にＳｉＯ₂を全面に蒸着し、ホト工程にて直径２０
μｍの円形状にパターニングした後、これをマスクにし
て、下部選択酸化層下９０３、９０４までエッチングに
て除去した。続いて、形成されたメサ構造に、電流狭窄
を行うための選択酸化を施す。水蒸気雰囲気中にて、ウ
エハを４００℃に加熱することで、上下の電流狭窄層、
及び、選択酸化層の側面部分がＡｌｘＯｙ絶縁層に変化
した。これにより、図９に示す活性層を挟んで上下に段
階的に広くなる開口部を有する選択酸化層が形成され
た。その後、ＳｉＯ₂を除去し、ホト工程を経て、リン
グ状ｐ側上部電極９１３、ｎ側下部電極９０１を形成
し、素子として完成した。このようにして作製された面
発光レーザ素子は、発振波長１.３μｍ、閾値電流０.１
ｍＡで室温において連続発振し、素子容量は２０ｆＦで
あった。本素子は、優れた変調特性を示した。

【００４７】続いて、本素子を用いて、図１０、１１に
示す光モジュールを作製した。本素子は上面側に光を出
射ので、ジャンクションダウンの実装は出来ないが、素
子自体の低容量化の効果で、高性能、かつ、低コストな
モジュールを実現できた。

【００４８】本実施例では、活性層としてＧａＩｎＮＡ
ｓを用いた面発光レーザ素子を２例記述したが、それの
みに限定されものではなく、ＧａＡｓＳｂなどの材料を
用いても１.３μｍ帯の面発光レーザ素子を作製するこ
とが可能である。また、ＧａＡｓやＧａＩｎＡｓ材料を
活性層に用いることで波長１μｍ以下の面発光レーザ素
子に応用することも可能である。それによって、高性能
で、かつ、低コストな光モジュールを提供することがで
きる。 ＜発明の実施の形態３＞ここでは、発明の実施の形態例
３として、本願発明による端面発光レーザの作製につい
て具体的に記述する。その素子構造は、既に図１４に示
した通りである。

【００４９】本素子構造の作製には、実施の形態２で記
述したと同様にＭＯＣＶＤ法を用いる。使用する原料も
同じである。作製する半導体基板はｎ型ＧａＡｓの（１
００）面基板（ｎ型不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）１
４０２を用いる。ＡｓＨ₃供給下のＡｓ雰囲気において
基板を昇温し、基板を昇温した後、基板上にｎ型Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ（ｎ型不純物濃度＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）
からなる下部クラッド層１４０３を形成する。ノンドー
プＧａＡｓ下部障壁層１４１２、さらに、厚さ１０ｎｍ
のノンドープＧａ_0.7Ｉｎ_0.3Ｎ_0.04Ａｓ_0.96井戸層、厚
さ１０ｎｍのノンドープＧａＡｓ層からなる２重量井戸
活性層１４１１を形成した。続いて、ノンドープＧａＡ
ｓ上部障壁層１４１０の順に形成した。さらに、５周期
のｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ（ｐ型不純物濃度＝１×
１０¹⁸ｃｍ^-3）からなる上部選択酸化層１４０５、１４
０６を積層した。本選択酸化層において、基板と垂直な
方向に対する開口部形成の角度θを６０°とするため
に、５層のＡｌＧａＡｓ層におけるＧａ組成は、酸化距
離が２４μｍから４.８μｍまで４.８μｍ刻みで変化す
るように選択した。最後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
（ｐ型不純物濃度＝１×１０¹⁹ｃｍ^-3）１４０７を形成
して、結晶成長工程を完了した。続いて、完成した多層
成長ウエハに対し、素子構造作製のためのプロセス工程
を施した。最初にホト工程にて幅５０μｍのストライプ
にパターニングした後、これをマスクにして、活性層１
４０４付近までメサエッチングを行った。ここで、エッ
チング液としては、エチレングリコール：過酸化水素水
（Ｈ₂Ｏ₂）：燐酸（Ｈ₃ＰＯ₄）を混合した液を用いた。
続いて、形成されたメサ構造に、開口部形成のための選
択酸化を施す。水蒸気雰囲気中にて、ウエハを４００℃
に加熱することで、選択酸化層の側面部分がＡｌｘＯｙ
絶縁層に変化した。これにより、上部クラッド層内に、
図１４に示すような段階的に広くなる開口部を有する選
択酸化層が形成された。その後、ＳｉＯ₂１４０９を全
面に蒸着し、ホト工程を経て、ＳｉＯ₂を一部エッチン
グにより除去し、ｐ側上部電極１４０８、ｎ側下部電極
１４０１を形成し、素子として完成した。このようにし
て作製された端面レーザ素子は、発振波長１.３μｍ、
閾値電流１０ｍＡで室温において連続発振した。本素子
は優れた変調特性を示した。 ＜従来技術との比較考察＞面発光レーザには、上下の反
射鏡にＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系の半導体多層膜が主として
用いられていることは、既に述べた。通常、上部電極か
らｐ型の上部多層膜反射鏡を通して活性層に電流が注入
されている。その際、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系半導体のヘ
テロ界面におけるエネルギー差は、有効質量の重い正孔
にとって大きな抵抗成分になり、Ｒを増大させてしまう
ことが問題である。すなわち、主としてｐ型の多層膜反
射鏡により、素子の抵抗成分が支配されているといえ
る。その対策として、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓヘテロ界面に
組成を徐々に変化させたＡｌＧａＡｓ半導体層を導入
し、かつ、そのＡｌＡｓ側のみにｐ型ドーピングを施し
てヘテロ界面の抵抗成分を低減する等の試みがなされて
いる。しかしながら、本質的にｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
系半導体多層膜反射鏡のＲは高いので、５０Ω程度がＲ
低減の限界値であると考えられている。よって、５０Ｇ
ｂ／ｓを超える優れた高速特性を有する面発光レーザを
実現するには、Ｃの低減が必須であり、５０ｆＦ程度ま
で低減する必要がある。

【００５０】最初に、図２に示す一般的な面発光レーザ
構造におけるＣ、および、Ｒを考察する。Ｃは、通常ド
ーピングされていない活性層２０４とＡｌｘＯｙ絶縁層
２０５の部分で決定されるが、先述のようにこの部分の
厚さは僅か０.５μｍ〜１μｍ程度であるため、Ｃは非
常に大きくなる。一方、Ｒは、先述のように上部ｐ型半
導体多層膜反射鏡のみで支配されると仮定できるので、
上部多層膜反射鏡２０７と電流狭窄層の開口部２０６で
決定される。ここで、上部多層膜反射鏡２０７は、厚さ
ｌは大きいが、面積Ｓ２が広い。また、電流狭窄層にお
ける開口部２０６は、面積S２が小さいが、厚さｌが薄
いので、電流狭窄層導入によるR増大の影響は、それほ
ど大きくない。結果として、Ｃが非常に大きいことによ
り、ＣＲ積の逆数に比例するｆ３ｄＢは３０Ｇｂ／ｓ程
度と計算され、目標値５０Ｇｂ／ｓには不足する。（本
計算では現状の面発光レーザにおけるトップレベルの数
値として、Ｒを５０Ω、Cを１００ｆＦとした。）よっ
て、素子のｆ３ｄＢとして５０Ｇｂ／ｓを達成するに
は、現状の約１.５倍以上の改善を果たす必要がある。
ＣＲ積の観点においては、現状の６５％以下の低減を達
成する必要がある。

【００５１】次に、図３に示す構造について検討してみ
る。図３に示すように、電流狭窄層からの厚さをｄと
し、その部分を容量低減層の絶縁部３０７とした素子構
造のＣＲ積、及び、ｆ３ｄＢの変化を求めた。ここで
は、面発光レーザ素子のメサは円形であり、その直径は
２０μｍ、電流狭窄層の直径は５μｍである。また、上
部ｐ型多層膜反射鏡の厚さは５μｍ、活性層の厚さは
０.５μｍである。図４にその結果を示す。尚、容量低
減層の開口部３０６の広さは、電流狭窄層と同じ５μｍ
からメサ直径２０μｍの範囲で変化させたが、その中で
最も優れた価を図４にプロットした。また、図２の一般
的な面発光レーザ構造での値を１として、相対比較の形
で示した。図４から理解されるように、ｄが約１.５μ
ｍ前後で最も低い値が得られるが、ｆ３ｄＢは１.３倍
程度の改善に留まっており、目標達成には不十分である
ことが判明した。図３の構造では、Ｃの値が現状の半分
程度しか低減できていない。一方で、トレードオフの関
係からRは１.５〜２倍に増大するため、結局、ＣＲ積に
おいては、それほど大きな効果が得らない。よって、従
来の技術の適用のみでは、目標値の達成は困難である。

【００５２】

【発明の効果】本願発明によれば、高速動作が可能な半
導体レーザ装置を提供することができる。本願発明は、
例えば、５０Ｇｂ／ｓを超える高速動作の達成が可能で
ある。本願発明によれば、より高速動作が可能な面発光
レーザ装置搭載の光モジュールを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の高速光モジュールの構成図であ
る。

【図２】図２は従来の面発光レーザの構造図である。

【図３】図３は、素子容量の低減を図った従来の面発光
レーザの構造図である。

【図４】図４は、従来素子におけるＣＲ時定数とｆ３ｄ
Ｂの変化を示す図である。

【図５】図５は、本願発明による面発光レーザの構造図
である。

【図６】図６は、本願発明素子によるＣＲ時定数とｆ３
ｄＢの変化を示す図である。

【図７】図７は、本願発明と従来素子におけるＣとＲの
変化を示す図である。

【図８】図８は、本願発明の別の例１を示す図である。

【図９】図９は、本願発明の別の例２を示す図である。

【図１０】図１０は、本願発明による光モジュールの斜
視図である。

【図１１】図１１は、本願発明による光モジュールの構
成図である。

【図１２】図１２は、本願発明素子を光モジュールに実
装する際の図である。

【図１３】図１３は、ＡｌＧａＡｓ膜中のＧａ組成と酸
化速度の関係図である。

【図１４】図１４は、本願発明の端面発光レーザの構造
図である。

【符号の説明】

１０１：半導体レーザ、１０２：レーザ駆動回路、１０
３：外部変調器、１０４：素子の温度安定化のためのぺ
ルチェ素子、１０５：受光素子、１０６：受光素子駆動
回路、１０７：光モジュールパッケージ全体、１０８：
光モジュールを動作させる外部回路、１０９：光ファイ
バー、２０１：下部電極、２０２：半導体基板、２０
３：下部多層膜反射鏡、２０４：光を発生する活性層、
２０５：電流狭窄層における絶縁部、２０６：電流狭窄
層における開口部、２０７：上部多層膜反射鏡、２０
８：コンタクト層、２０９：上部電極、２１０：活性層
における上部障壁層、２１１：活性層における井戸層、
２１２：活性層における下部障壁層、３０１：下部電
極、３０２：半導体基板、３０３：下部多層膜反射鏡、
３０４：光を発生する活性層、３０５：電流狭窄層にお
ける絶縁部、３０６：電流狭窄層における開口部、３０
７：容量低減層における絶縁部、３０８：容量低減層に
おける開口部、３０９：上部多層膜反射鏡、３１０：コ
ンタクト層、３１１：上部電極、３１２：活性層におけ
る上部障壁層、３１３：活性層における井戸層、３１
４：活性層における下部障壁層、５０１：下部電極、５
０２：半導体基板、５０３：下部多層膜反射鏡、５０
４：光を発生する活性層、５０５：電流狭窄層における
絶縁部、５０６：電流狭窄層における開口部、５０７：
選択酸化層における絶縁部、５０８：選択酸化層におけ
る開口部、５０９：コンタクト層、５１０：上部電極、
５１１：活性層における上部障壁層、５１２：活性層に
おける井戸層、５１３：活性層における下部障壁層、８
０１：下部電極、８０２：半導体基板、８０３：下部多
層膜反射鏡、８０４：光を発生する活性層、８０５：電
流狭窄層における絶縁部、８０６：電流狭窄層における
開口部、８０７：選択酸化層における絶縁部、８０８：
選択酸化層における開口部、８０９：コンタクト層、８
１０：上部電極、８１１：活性層における上部障壁層、
８１２：活性層における井戸層、８１３：活性層におけ
る下部障壁層、９０１：下部電極、９０２：半導体基
板、９０３：下部選択酸化層における絶縁部、９０４：
下部選択酸化層における開口部、９０５：下部電流狭窄
層における開口部、９０６：下部電流狭窄層における絶
縁部、９０７：活性層、９０８：上部電流狭窄層におけ
る絶縁部、９０９：上部電流狭窄層における開口部、９
１０：上部選択酸化層における絶縁部、９１１：上部選
択酸化層における絶縁部、９１２：コンタクト層、９１
３：上部電極、９１４：活性層における上部障壁層、９
１５は活性層における井戸層、９１６：活性層における
下部障壁層、１００１：本願発明による面発光レーザ素
子、１００２：レーザ駆動回路、１００３：受光素子、
１００４：受光素子駆動回路、１００５：素子固定部、
１００６：光モジュールパッケージ全体、１１０７：光
ファイバー、１１０８：光モジュールを動作させる外部
回路、１４０１：下部電極、１４０２：半導体基板、１
４０３：下部クラッド層、１４０４：光を発生する活性
層、１４０５：上部クラッド層内の選択酸化層における
絶縁部、１４０６：上部クラッド層内の選択酸化層にお
ける開口部、１４０７：コンタクト層、１４０８：上部
電極、１４０９：ＳｉＯ₂、１４１０：活性層における
上部障壁層、１４１１：活性層における井戸層、１４１
２：活性層における下部障壁層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 真 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 中塚 慎一 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 青木 雅博 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 DA03 DA04 DA06 5F073 AA07 AA74 AB17 AB21 AB28 BA02 CA17 CB02 DA05 DA06 DA23 DA27 EA14 EA28 FA21 GA38

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上部に、活性層領域と、この
   活性層領域をその主面に平行な面で上下に挟み光共振器
   を形成する第１及び第２の分布反射鏡と、前記第１及び
   第２の分布反射鏡の少なくとも一方の分布反射鏡の上部
   に第１の電極と、前記第１の電極と前記共振器を挟んで
   反対側に第２の電極とを有し、 前記第１及び第２の分布反射鏡の少なくとも一方の分布
   反射鏡の内部において、前記活性層領域の主面に平行で
   且つ前記活性層領域に近い面に、その周辺部に絶縁領域
   を有する第１の層状領域と、前記活性層領域から見て前
   記第１の層状領域より遠い面に、その周辺部に絶縁領域
   を有する第２の層状領域の複数層とを有し、 前記複数層の第２の層状領域が有する周辺部の絶縁領域
   の幅が、前記第１の層状領域が有する周辺部の絶縁領域
   の幅より小さいことを特徴とする面発光レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記分布反射鏡は半導体層を有する多層
   膜反射鏡であり、且つ前記分布反射鏡の内部に設けられ
   る第１及び第２の層状領域が有する周辺部の絶縁領域
   は、前記多層膜反射鏡の有する半導体層を選択酸化した
   層であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レー
   ザ素子。
3. 【請求項３】 前記分布反射鏡の内部に設けられる第１
   及び第２の層状領域が有する周辺部の絶縁領域は、前記
   多層膜反射鏡の有する半導体層を選択酸化した層であ
   り、且つ前記複数の第２の層状領域が有する周辺部の絶
   縁領域の幅が、前記活性層領域から遠くなるに従って狭
   くなることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ
   素子。
4. 【請求項４】 半導体基板上部に、活性層領域と、前記
   活性層領域の上下を挟み共振器を形成する上部及び下部
   の多層膜反射鏡層と、前記上部及び下部の多層膜反射鏡
   の少なくとも一方の上部に第１の電極と、前記第１の電
   極と前記共振器を挟んで反対側に第２の電極とを有し前
   記上部多層膜反射鏡層内、又は下部多層膜反射鏡層内、
   又はその両者に未酸化領域を有する複数の選択酸化層を
   設けてあって、前記未酸化領域が前記活性層領域から遠
   くなるに連れて段階的に広くなっていることを特徴とす
   る面発光レーザ素子。
5. 【請求項５】 前記選択酸化層が、前記活性層領域近傍
   から前記活性層領域と逆側の端部近傍あるいは端部まで
   形成されていることを特徴とする請求項４に記載の面発
   光レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記選択酸化層が、ＩＩＩ族原子組成比
   でＡｌ原子を９０％以上含む化合物半導体膜を少なくと
   も１層以上有することを特徴とする請求項４に記載の面
   発光レーザ素子。
7. 【請求項７】 前記選択酸化層が、ＩＩＩ族原子組成比
   でＡｌ原子を９０％以上含む化合物半導体膜を少なくと
   も１層以上有することを特徴とする請求項５に記載の面
   発光レーザ素子。
8. 【請求項８】 半導体基板上部に、活性層領域と、この
   活性層領域をその主面に平行な面で上下に挟み光共振器
   を形成する第１及び第２のクラッド層領域と、前記第１
   及び第２のクラッド層領域の少なくとも一方のクラッド
   層領域の上部に第１の電極と、前記第１の電極と前記共
   振器を挟んで反対側に第２の電極とを有し、 前記第１及び第２のクラッド層領域の少なくとも一方の
   クラッド層領域の内部において、前記活性層領域の主面
   に平行で且つ前記活性層領域に近い面に、その周辺部に
   絶縁領域を有する第１の層状領域と、前記活性層領域か
   ら見て前記第１の層状領域より遠い面に、その周辺部に
   絶縁領域を有する第２の層状領域の複数層とを有し、 前記複数層の第２の層状領域が有する周辺部の絶縁領域
   の幅が、前記第１の層状領域が有する周辺部の絶縁領域
   の幅より小さいことを特徴とする端面発光レーザ素子。
9. 【請求項９】 前記クラッド層領域は半導体多層膜を有
   し、且つ前記クラッド層領域の内部に設けられる第１及
   び第２の層状領域が有する周辺部の絶縁領域は、前記半
   導体多層膜の有する半導体層を選択酸化した層であるこ
   とを特徴とする請求項８に記載の端面発光レーザ素子。
10. 【請求項１０】 前記クラッド層領域の内部に設けられ
    る第１及び第２の層状領域が有する周辺部の絶縁領域
    は、前記半導体多層膜の有する半導体層を選択酸化した
    層であり、且つ前記複数の第２の層状領域が有する周辺
    部の絶縁領域の幅が、前記活性層領域から遠くなるに従
    って狭くなることを特徴とする請求項９に記載の端面発
    光レーザ素子。
11. 【請求項１１】 半導体基板上部に、活性層領域と、前
    記活性層領域の上下を挟み共振器を形成する上部及び下
    部のクラッド層領域と、前記上部及び下部のクラッド層
    領域の少なくとも一方の上部に第１の電極と、前記第１
    の電極と前記共振器を挟んで反対側に第２の電極とを有
    し前記上部クラッド層領域内、又は下部クラッド層領域
    内、又はその両者に未酸化領域を有する複数の選択酸化
    層を設けてあって、前記未酸化領域が前記活性層領域か
    ら遠くなるに連れて段階的に広くなっていることを特徴
    とする端面発光レーザ素子。
12. 【請求項１２】 前記選択酸化層が、前記活性層領域近
    傍から前記活性層領域と逆側の端部近傍あるいは端部ま
    で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の
    端面発光レーザ素子。
13. 【請求項１３】 前記選択酸化層が、ＩＩＩ族原子組成
    比でＡｌ原子を９０％以上含む化合物半導体膜を少なく
    とも１層以上有することを特徴とする請求項１２に記載
    の端面発光レーザ素子。
14. 【請求項１４】 素子固定部と、当該素子固定部に装着
    された面発光レーザ素子とを有し、前記面発光レーザ素
    子は請求項１より請求項７のいずれかに記載の面発光レ
    ーザ素子であることを特徴とする光モジュール。
15. 【請求項１５】 素子固定部と、当該素子固定部に装着
    された端面発光レーザ素子とを有し、前記端面発光レー
    ザ素子は請求項８より請求項１３のいずれかに記載の端
    面発光レーザ素子であることを特徴とする光モジュー
    ル。
16. 【請求項１６】 前記面発光レーザ素子の前記素子固定
    部への装着が、前記面発光レーザ素子の半導体基板上部
    に形成された半導体積層体を前記素子固定部側にして装
    着されたことを特徴とする請求項１４に記載の光モジュ
    ール。
17. 【請求項１７】 前記端面発光レーザ素子の前記素子固
    定部への装着が、前記端面発光レーザ素子の半導体基板
    上部に形成された半導体積層体を前記素子固定部側にし
    て装着されたことを特徴とする請求項１５に記載の光モ
    ジュール。
18. 【請求項１８】 光ファイバーと、光源部とを少なくと
    も有し、前記光源部が、請求項１より請求項７のいずれ
    かに記載の面発光レーザ素子、請求項８より請求項１３
    のいずれかに記載の端面発光レーザ素子、及び請求項１
    ４より請求項１９いずれかに記載の光モジュールの群か
    ら選ばれた少なくとも一者を有することを特徴とする光
    システム。