JP2005259951A - 面発光レーザとその製造方法、および、光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 高次横モードの抑制効果を高め、基本横モード光を高出力で出射することを可能とする面発光レーザとその製造方法、および、光通信システムを提供する。
【解決手段】 基板上に、第１のDBR層、活性層、第２のDBR層、モード調整部が順次積層され、前記第１のDBR層または第２のDBR層と前記活性層の間に電流狭窄部を有する面発光レーザであって、前記第２のDBR層に接した第１の電極を有し、前記調整部と前記電流狭窄部の各々は、酸化領域と非酸化領域とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光レーザとその製造方法、および、光通信システムに関し、特に、基本横モード光を高出力に出射する面発光レーザとその製造方法、および、光通信システムに関する。

垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser ：VCSEL）は、端面型レーザに比べて、製造コストが低い、製造の歩留りが高い、二次アレイ化が容易であるなど、多くの利点を有しており近年活発に、開発が進められている。

面発光レーザにおいては、高出力の基本横モードレーザが求められている。しかし、酸化電流狭窄型の面発光レーザにおいて、基本横モードを得る為には、電流狭窄領域を〜5μｍφ以下に小さくしなければならない。電流狭窄領域を小さくすると、素子抵抗、熱抵抗ともに大きくなってしまい、発熱の影響で十分な出力が得られないという問題がある。そこで、必要とされる基本横モード光出力を得るための一つの方法として、図１０、図１１に示すように、電流狭窄領域をある程度大きめにしても、高次モードが発振しにくいような構造が設けられた面発光レーザが開示されている。

図１０は、特許文献１に開示された面発光レーザの構造図である。この面発光レーザは、下部電極１１１１、基板１０１１、下部反射鏡構造１０２１、下部クラッド層１０３１、発光層１０４１、上部クラッド層１０５１、AlAs層１０６１、上部反射鏡構造１０７１および上部電極１１０１が順次積層された構造となっている。先述の電流狭窄構造はAlAs層１０６１が一部酸化されることにより形成される。この酸化された領域は絶縁体となるため、AlAs層１０６１のうち酸化されていない領域とほぼ同程度の幅の活性層領域に集中的に電流を流すことができる。図１０の構造では、電流狭窄領域の幅は高次モードが発振しうる大きさとなっているが、上部電極の内側が開口部になっており、開口部の一部表面を被覆した誘電体膜１０８１の平面視形状を変化させて高次モードの発振を抑制することにより、レーザ光の発振横モード制御を行っている。

図１１は、特許文献２に開示された面発光レーザの構造図である。この面発光レーザは、電極１１１２、基板１０１２、多層膜ミラー１０２２、活性層１０４２、酸化層１０６２、多層膜ミラー１０７２、スペーサ層１０８２、多層膜ミラー１０９２および電極１１０２が順次積層された構造となっている。先述の電流狭窄構造は酸化層１０６２が一部酸化されることにより形成される。また、スペーサ層１０８２も酸化層１０６２と同時に酸化されている。このスペーサ層が高次横モードの光に共振器損失を与えるため、出射中心領域の周辺部における高次横モードを抑制できる。つまり図１１でも、図１０と同様、電流狭窄構造を大きめに形成しておき、スペーサ層１０８２により横モード制御を実現する構造となっている。

特開2001-156395号公報 特開2002-353562号公報

図１０に示された特許文献１の面発光レーザでは、開口部の一部表面を被覆した誘電体膜１０８１の出射窓中心と、酸化狭窄構造の非酸化領域の中心とを精密に制御しなければならない。しかしながら、特許文献１の構造では、図１２に示すように中心部のエッチング除去の工程において、誘電体膜１０８１の出射窓中心と、酸化狭窄構造の非酸化領域の中心にずれが生じる場合がある。ずれが生じると、基本横モードに損失を与えてしまい、レーザ出力特性が劣化するため問題となる。

一方、図１１に示された特許文献２の面発光レーザでは、電極間の電流経路に、電流狭窄層である酸化層１０６２のみならず、高次横モードを抑制するために酸化されたスペーサ層１０８２が存在する。特許文献２の面発光レーザにおいて、より効率的に基本横モード光を選択させるためには、図１３に示すようにスペーサ層１０８２の非酸化領域の幅を酸化層１０６２の非酸化領域の幅より狭く設定する必要がある。しかしながら、非酸化領域の幅が狭くなると電流経路（図１３の実線矢印部分）が狭くなり、素子抵抗の増大の影響が大きくなり、動作電圧が増大すると共に発熱の影響で十分な出力が得られなくなる。このように、高次横モード光を抑制し基本横モードを選択的に出力ことと、素子抵抗の上昇を抑え高出力を達成することはトレードオフの関係にあった。

このような課題を解決するため、本発明の目的は、高次モードの抑制効果を高め、基本横モード光を高出力で出射することを可能とする面発光レーザとその製造方法、および、面発光レーザを用いたシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の面発光レーザは、基板上に、第１のDBR層、活性層、第２のDBR層、モード調整部が順次積層され、前記第１のDBR層または第２のDBR層と前記活性層の間に電流狭窄部を有する面発光レーザであって、前記第２のDBR層に接した第１の電極を有し、前記モード調整部および前記電流狭窄部の各々は、酸化領域と非酸化領域とを有することを特徴とする。

本発明の面発光レーザでは、酸化領域を有するモード調整部の上方ではなく第２のDBR層上に第１の電極を設けている。酸化されたモード調整部による素子抵抗上昇の影響がないため、モード調整部の酸化領域の面積を大きく（非酸化領域の面積を小さく）でき、高次モードの発振をより抑制して高出力の基本横モード光を出射することができる。

また、前記モード調整部の非酸化領域の幅は、前記電流狭窄部の非酸化領域の幅より狭いことが好ましい。また、モード調整部の非酸化領域の幅は、モード調整部の酸化領域が、基本モード光に与える損失を最小限に、かつ高次モード光に与える損失を最大にする幅であることが好ましい。また、前記モード調整部の非酸化領域の幅は、２〜６μｍでもよい。

更に、電流狭窄部とモード調整部の酸化領域は酸化形成を同時に行ったものでもよい。また、前記電流狭窄層が複数箇所形成されていてもよい。更に、前記モード調整部の上部に第３のDBR層が積層されていてもよい。また、前記第１の電極は、凸型に形成された前記第２のDBR層の肩部分に設置されていてもよい。また、前記モード調整部の上に保護層があってもよい。第２の電極は、基板裏面あるいは第１のDBR層上に形成されていてもよい。

本発明の面発光レーザの製造方法は、基板上に、第１のDBR層、活性層、電流狭窄部形成層、第２のDBR層、モード調整部形成層を順次積層する工程と、エッチングにより前記電流狭窄部形成層と前記モード調整部形成層の側面を露出させる工程と、前記電流狭窄部形成層と前記モード調整部形成層を前記側面から酸化して、前記電流狭窄部形成層と前記モード調整部形成層のそれぞれに酸化領域と非酸化領域とを形成する工程と、前記第２のDBR層上に電極を形成する工程とを有することを特徴とする。また、前記電流狭窄部形成層は、活性層と第2のDBR層の間に設けたが、第１のDBR層と活性層の間でもよい。

また、前記電流狭窄部形成層のAl含有量は、前記モード調整部形成層のAl含有量より小さくし、前記電流狭窄部形成層と前記モード調整部形成層の側面の酸化を同時に行うことを特徴とする。あるいは、前記モード調整部形成層の膜厚を電流狭窄部形成層の膜厚よりも厚くすることにより同様に側面酸化を動じに行うことができる。

また、本発明の光通信モジュールは、上記面発光レーザを搭載していることを特徴とする。更に、本発明の光通信システムは、信号送信装置と、前記信号送信装置から出力された第１の電気信号を受信し、前記第１の電気信号を光信号に変換して出力する第１の信号変換装置と、前記第１の信号変換装置が出力する前記光信号を伝送する光導波路と、前記光導波路により導波された前記光信号を受信し、前記光信号を第２の電気信号へ変換して出力する第２の信号変換装置と、前記第２の信号変換装置が出力する前記第２の電気信号を受信する信号受信装置とを有し、前記第１の信号変換装置に前記面発光レーザを用いることを特徴とする。

本発明の面発光レーザでは、酸化領域を有するモード調整部の上方ではなく第２のDBR層上に電極を設けている。したがって酸化されたモード調整部による素子抵抗上昇の影響がないため、モード調整部の酸化領域を大きくとることで高次モードの発振を抑制して基本横モード光を高出力で出射できる。また、面発光レーザを光通信システムに適用することで高出力の光通信システムを提供できる。

本発明の面発光レーザの製造方法では、簡単なプロセスで酸化狭窄部と調整部における非酸化領域の中心を精度良く合うように作成することができる。したがって、基本横モード特性に優れた面発光レーザおよびそのアレイを歩留まりよく製造することが可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１を用いて本発明による面発光レーザの第１の実施の形態を説明する。この面発光レーザは基板１上に第一のDistributed Bragg Reflector(DBR;以下DBRと示す)層２、第一クラッド層３、活性層４、第二クラッド層５、酸化電流狭窄部形成層６、第二のDBR層７、選択的にモード損失を与えるためのモード調整部形成層８及び第三のDBR層９が順次積層された構造を有している。上部電極１０は第二のDBR層７に電気的に接触して形成されている。

図１に示した面発光レーザの製造方法について図２から図５を用いて説明する。なお、以下の説明は、短波長レーザの例であり、発振波長約0.85μｍとなる材質を選択している。

まず、図２(a)に示すように、ｎ型GaAs基板１上に、ｎ型Al_0.2Ga_0.8As層とn型Al_0.9Ga_0.1As層の一対を基本単位とするDBR（n型半導体ミラー層）を複数積層した第１のDBR層２、n型Al_0.3Ga_0.7Asの第一クラッド層３、ノンドープAl_0.2Ga_0.8As量子井戸層とノンドープGaAs障壁層を交互に積層してなる活性層４、ｐ型Al_0.3Ga_0.7Asの第二クラッド層５、ｐ型Al_ｘGa_1-ｘAs（ただし0.9＜ｘ＜１）の酸化電流狭窄部形成層６、ｐ型Al_0.2Ga_0.8As層とｐ型Al_0.9Ga_0.1As層の一対を基本単位とするDBR（p型半導体ミラー層）を複数積層した第二のDBR層７、ｐ型Al_ｙGa_1-ｙAs（ただし0.9＜ｘ＜ｙ＜１）の調整部形成層８及びｐ型GaAs層とｐ型Al_0.9Ga_0.1As層の一対を基本単位とするDBR（p型半導体ミラー層）を複数積層した第三のDBR層９を、有機金属気相成長（MOCVD）法にて順次積層する（工程１）。

各々のDBR層では、高屈折率のAl_0.2Ga_0.8Asと低屈折率のAl_0.9Ga_0.1Asとのそれぞれの膜厚は、これら媒質内の各々の光路長が発振波長のほぼ１/４となるように設定する。また、Al_0.2Ga_0.8Asの厚みとAl_0.9Ga_0.1Asの厚みの合計の膜厚（DBR単位の膜厚）を、光路長が発振波長の１/２となるように設定してもよい。DBRの周期数としては、例えば活性層下方のDBRを３８周期、活性層上方のDBRを総計２７周期形成すればよい。第二のDBR層7及び第三のDBR層9の周期数は、全体のDBR反射率を一定にする範囲で、自由に選択することができる。第二のDBR層7の周期数を少なくした方が、モード光に与える損失は大きくなる。

次に、図２(ｂ)に示すように、フォトレジストを第三のDBR層９上へ塗布し、円形のレジストマスクを形成する。ついで、ドライエッチングにより、直径約３０μｍの円柱状構造を形成し、第二のクラッド層５の表面を露出させる。この工程により、調整部形成層８および電流狭窄部形成層６の側面が露出する。その後、フォトレジスト１１−１を除去する（工程２）。

そして、水蒸気雰囲気中の炉内において温度約400℃で約10分間加熱を行う（工程３）。これにより、図３（ａ）に示すように、電流狭窄部形成層６とモード調整部形成層８の外側周縁部が円環状に選択的に同時に酸化される。この酸化により、電流狭窄部形成層６の中心部には直径が約8μｍの非酸化領域が形成され、モード調整部形成層８の中心部には直径が約4μｍ〜5μｍの非酸化領域が形成される。

電流狭窄部形成層６に形成された、酸化領域と非酸化領域からなる構成を電流狭窄部という。電流狭窄部は、電流を非酸化領域とほぼ同じ幅の活性層領域に集中して流すために設けている。

一方、モード調整部形成層８に形成された、酸化領域と非酸化領域からなる構成をモード調整部という。このモード調整部における酸化領域は高次横モード光の発振を抑制するため、基本横モード光の高出力が可能となる。本実施の形態では、モード調整部形成層８では、電流狭窄部形成層６よりAl濃度が高い組成にし（0.9＜ｘ＜y＜１）
、より酸化を同時に進めて非酸化領域幅を電流狭窄部に比べ狭めている。なお、X、Yを0.9より大きい値としたのは、0.9以下では酸化が進まなくなるためである。酸化領域を形成する際のAl濃度は、酸化の速度を考慮すると0.95以上１以下の方が好ましい。モード調整部の膜厚は、非酸化領域において、DBRの位相整合を妨げないような値に設定する必要がある。モード調整部は複数の層から成っていても良く、モード調整層の全ての層を酸化させなくても良い。またモード調整部形成層８は、酸化されない領域の厚さがλ/4のほぼ奇数倍であることが必要である。また、酸化される領域の厚さがλ/4の偶数倍となるように設定することが、モード制御の観点からは好ましいが、Alを含む酸化部の体積縮小による歪応力の影響が大きいと、デバイスの長期信頼性等を損なうため、モード調整部内の酸化層の膜厚は、両者の兼ね合いから慎重に選ぶ必要がある。

次に各々の円柱状構造の端から円柱状構造の中心に向かって約１０μm長の領域のエッチングを行うようために、図３（ｂ）に示すようにフォトレジストマスク１１−２を形成する。なお、以下、基板１の円柱状構造を形成した面を基板表面、円柱状構造を形成しない面を基板裏面という。

次に、第二のDBR層７が露出するまで、第三のDBR半導体層、調整層の酸化領域の絶縁層を順次ドライエッチングする。この工程により、図３（ａ）における円柱状構造のうち、フォトレジスト直下の内径約10μｍの円柱状構造（小円柱状構造）を残し、それ以外の部分がエッチングされる。その後、フォトレジスト１１−２を除去する（工程４）。これにより、図３（ｃ）に示す構造が得られる。

さらに図４（ａ）に示すように、基板表面に、上部電極１０形成のため、所定位置のフォトレジストマスク１１−３を形成する。そして、図４（ｂ）に示すように、基板の円柱状構造を形成した面全面に電極としてチタン(Ti)及び金（Ａu）を蒸着する。フォトレジスト１１−３を除去してリフトオフすることにより、図５（ａ）に示すように上部電極１０が形成される（工程１４）。最後に図５（ｂ）に示すように、基板裏面全面にAuGe（ゲルマニウム）合金を蒸着し、加熱してアロイ化させ、下部電極１４を形成する（工程５）。

図２から図５では、２つの面発光レーザが同一基板上で形成されていく様子が示されているが、数インチ径（例えば２〜５インチ）の基板を使用することができるため、多数の面発光レーザをマトリックス状に同時に形成することができる。従って、１つの装置ごとに切り出して使用することのみならず、所望のアレイ状（例えば１個×１０個、１００個×１００個など）に基板から切り出して使用することができる。

上記、図１に記載された面発光レーザは、上部電極１０が第二のDBR層に接触して形成されていることで、上部電極１０から下部電極１４までの電流経路はモード調整部を介することなく形成された構造となっている。これにより調整部の抵抗値を電流経路から除外することができるため、動作電圧を約３V以下に抑えることができる。従って、基本横モードを維持したまま高出力化が可能となる。

また、工程３の同時酸化によって、電流狭窄部形成層６とモード調整部形成層８が同時に円環状に酸化され、電流狭窄部とモード調整部が形成される。この酸化によって、電流狭窄部の非酸化領域中心部とモード調整部の非酸化領域中心部はセルフアラインされるため、基本モードへの影響を最小限に抑えることができ、特性劣化のないレーザ光の出射が可能となる。

さらに、電流狭窄部の非酸化領域（領域B）の幅は、効率的な電流注入に支障をきたさない程度に広く保ったままでも、高次横モードの抑制効果が最大になる幅、すなわち基本横モード光の幅（約5μｍ）まで、モード調整部の非酸化領域（領域A）の幅を狭めることもできるため、例えば約５mW以上の高出力で、単一基本横モード発振を実現することができる。

モード調整部の非酸化領域の幅を小さくし酸化領域を大きくすることで高次モードをより抑制できるが、非酸化領域の幅を小さくしすぎると基本横モードの損失が生じることになる。このためモード調整部の非酸化領域の幅の下限は、光出力分布の半値幅あるいは1/e強度の幅を考慮して設定することが好ましい。

なお、モード調整部形成層８はAlAsSbとしてもよい。モード調整部形成層８の酸化後、酸化領域に金属であるSbが析出し、これによりモード調整部８の酸化領域の光吸収効果が増大し、よって高次横モードの光を選択的に抑制することができる。AlAsSbは、InP基板上の長波面発光レーザに酸化層として用いる場合に、特に効果的である。また、モード調整層に加える金属組成はSbに限られるものではなく、Sbと同族の金属を使用することができる。また、上記実施の形態では、電流狭窄部とモード調整部の酸化領域の酸化形成を同時に行う例を示したが、一方だけを先に酸化して他方を後から酸化しても同様の構造を形成できることはいうまでもない。

（第２の実施の形態）
図６を用いて本発明による面発光レーザの第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態で示した図１と異なる点は、次のとおりである。すなわち、第２の実施の形態では、図２から図５で示された第１の実施の形態と同じ製法を採用するが、第二のDBR層７の表面を露出させる過程で、第二のDBR層７のエッチングを第一の実施の形態よりさらに深く行っていることにより、電流狭窄部形成層６により近い位置で上部電極１０が第二のDBR層７と電気的に接続している点が異なっている。

このように構成することで、第１の実施の形態に比べ、上部電極１０から下部電極１４までの電流経路を短くすることができ、よって電流経路の抵抗値をさらに低下させることができる。従って、本実施の形態においては第一の実施の形態の効果を有するのみならず、電流経路の抵抗値が低いためさらに高出力の基本横モード光を出力することができる。

（第３の実施の形態）
図７を用いて本発明による面発光レーザの第３の実施の形態を説明する。図７に示された第３の実施の形態と図１に示された第１の実施の形態との構成の相違点は、第３の実施の形態は、第１の実施の形態で形成した第三のDBR層を形成せず、モード調整層を最上層に設けた点にある。第３の実施の形態においても第１の実施の形態と同じ効果を奏する。なお、第３の実施の形態においては、モード調整部が露出する構成となるため、モード調整部のAl濃度によっては露出した非酸化領域が酸化する可能性もある。これを防止するため、この露出した非酸化領域に基本横モード光の波長に対して透明な酸化防止用保護膜を形成してもよい。保護層の材料としては、例えばAlGaAsを用いることができる。保護層は一層あるいは複数層でもよい。保護層の厚さは、位相整合条件を満たしていることが好ましい。

第３の実施の形態の製造方法は、第一の実施の形態の製造方法において第三のDBR層９を積層せずに後の工程を行えばよい。また、第３の実施の形態において保護層を形成する構成の製造方法は、第１の実施の形態における第三のDBR層９を保護層に置き換えて製造すればよい。
（第４の実施の形態）

図８を用いて本発明による面発光レーザの第４の実施の形態を説明する。図８に示す第４の実施の形態は、第１の実施の形態で基板の裏面に設けた下部電極１４を第一のDBR層２と接して形成し電気的に接続している。このようにｐ型電極、ｎ型電極のそれぞれを表面電極とすることで高抵抗な基板上に面発光レーザを作成する場合にも本発明を適用できる。

第４の実施の形態の製造方法と第１の実施の形態の相違点は、第１の実施の形態における工程２のドライエッチングの際に第１のDBR層２の表面が露出するまでエッチングを行い、露出した第１のDBR層の上面にAuGe（ゲルマニウム）合金を蒸着し、加熱してアロイ化させ、下部電極１４を形成する点である。

下部電極を基板裏面ではなく第一のDBR層２に接して形成する構成は、第１の実施の形態だけでなく、第２、第３の実施の形態にも適用できることは言うまでもない。

（第５の実施の形態）
図９に本発明の面発光レーザを用いた光通信システムを第５の実施の形態として示す。

信号送信装置または信号受信装置としてのパーソナルコンピュータ３０１−１、３０１−２は、CPUを含む制御回路３１０、制御回路３１０から受ける信号を出力する信号出力回路３０８、およびパーソナルコンピュータ外部からの信号を受け制御回路３１０へ出力する信号入力回路３０９を備えている。光通信モジュール３０３-１は出力専用であり、パーソナルコンピュータの信号出力回路３０８の出力信号を受信し、その受信した信号をVCSEL駆動用電圧に変換する出力信号電圧変換回路３０６と、この駆動用電圧を上部電極１０に受け、下部電極１４は接地された複数の面発光レーザ３１１を備えている。面発光レーザ３１１は上記第１〜第４の実施の形態のいずれのVCSELを用いてもよい。各々の面発光レーザが駆動されて発する光信号はそれぞれ対応する光ファイバーなどの光導波路３０５を介して並列に伝送される。

光通信モジュール３０３-２は入力専用であり、光導波路３０５を介して並列に伝送された複数の光信号の各々に対応して受信するPINフォトダイオードなどの複数の受光素子３０４と、受光素子３０４からの電気信号をパーソナルコンピュータの信号入力回路３０９へ出力するために電圧変換する入力信号電圧変換回路３０７を備えている。さらに、光通信モジュール３０２は、先述の光通信モジュール３０３-１および３０３−２の両機能を備えている。

図９に示す光通信システムにおいては、先述のとおり第１〜第４の実施の形態の面発光レーザを使用する。本発明の面発光レーザは、同一波長の従来の面発光レーザに比べ、基本横モード光を高強度で出力できるので光ファイバーによる伝送距離を大きくでき、より通信に適したシステムを構築することができる。

なお、図９では、信号送信装置、信号受信装置をパーソナルコンピュータとしたが、これに限定されるものではなく、サーバ、PDA（Personal Digital Assistants）などに置き換えてもよい。

以上、第１〜第５の実施の形態の説明を行った。しかし、本発明は、これら実施形態に具体的に示した構成、方法に限定されるものではなく、発明の趣旨に沿うものであれば種々のバリエーションが考えられる。

例えば、前述の実施の形態おいては、活性層の材料としてノンドープGaAsやノンドープAl_0.3Ga_0.7Asを用いたが、本発明は、これらに限られず、GaAsまたはInGaAsを用いて近赤外用のVCSELを構成することもできるし、また、InGaP、AlGaInPなどの可視VCSELにも適用できる。更に、InP基板上のInGaAsPや、GaAs基板上のGaInNAs、GaAsSb等を用いて長波帯の単一モードVCSELを構成することもでき、単一モードファイバを用いた比較的長距離の通信に非常に有効である。さらには、GaN系やZnSe系等を用いて青色または紫外線用のVCSELを構成することができる。本実施の形態では基板上の各成長層を有機金属気相成長（MOCVD）法にて順次積層したが、これに限られるものではない。例えば、分子線エピタキシー成長（MBE）法を用いてもよい。

また、これらの活性層の材料に伴い、DBR層含めたその他の層の材料・組成や、DBR層の周期数を含めたそれぞれの層の厚みも、適宜選択を行い、適応することができることはいうまでもない。

第１〜第４の実施の形態における本発明の面発光レーザでは、電流狭窄部、調整部の酸化領域はアルミニウム（Al）を酸化する構成となっているが、Alに限るものではない。電流狭窄部は、酸化した場合に非酸化領域に比べ電気抵抗が増大する材料ならばよく、特に、絶縁体となることが好ましい。モード調整部に用いる材料については、酸化等の作用を用いて選択的に光路長（膜厚あるいは屈折率）を変えられればよい。この点でAl系材料は、選択的に酸化されて屈折率が大きく変化するために好ましい。

第１〜第４の実施の形態における本発明の面発光レーザでは、活性層と調整部との間に電流狭窄部を形成していたが、第一と第二の導電性が逆の場合には、第１のDBR層と活性層との間に電流狭窄部を形成してもよいし、或いは両方に形成してもよい。

第１〜第４の実施の形態における本発明の面発光レーザでは、調整部の非酸化領域の形状が、円環状となっているため出力光の断面も円環状となるが、必要に応じて楕円型の断面形状をもつ出力光を出射するようにしてもよい。このためには、例えば、第１の実施の形態における製法で、小円柱状構造、円柱状構造としていた柱状構造を、楕円型の柱状構造としてエッチングにより形成すればよい。

第１〜第４の実施の形態で、n型半導体層を成長した後にｐ型半導体層を成長しているが、これに限られるものではなく、ｐ型半導体層を成長した後にn型半導体層を成長しても同様な効果が得られる。第２電極を接地、第１電極に負電位とするとしてもよい。

本発明の第１の実施の形態である面発光レーザの断面図である。 本発明の第１の実施の形態における面発光レーザの製造工程を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態における面発光レーザの製造工程を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態における面発光レーザの製造工程を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態における面発光レーザの製造工程を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態である面発光レーザの断面図である。 本発明の第３の実施の形態である面発光レーザの断面図である。 本発明の第４の実施の形態である面発光レーザの断面図である。 本発明の面発光レーザを用いた光通信システムの回路図である。 特許文献１に記載された従来の面発光レーザの断面図である。 特許文献２に記載された従来の面発光レーザの断面図である。 特許文献１の面発光レーザの課題を示す模式図である。 特許文献２の面発光レーザの課題を示す模式図である。

符号の説明

１、１０１１、１０１２ 基板
２ 第一のDBR層
１０２１ 下部反射鏡構造
１０２２、１０７２、１０９２ 多層膜ミラー
３ 第一クラッド層
１０３１ 下部クラッド層
４、１０４２ 活性層
１０４１ 発光層
５ 第二クラッド層
１０５１ 上部クラッド層
６ 酸化電流狭窄部形成層（電流狭窄層）
１０６１ AlAs層
１０６２ 酸化層
７ 第二のDBR層
１０７１ 上部反射鏡構造
８ 調整部形成層（酸化膜形成層）
１０８１ 誘電体膜
１０８２ スペーサ層
９ 第三のDBR層
１０、１１０１ 上部電極
１１０２、１１１２ 電極
１１−１、１１−２、１１−３、１１−４ フォトレジスト
１２ 窒化シリコン絶縁膜
１３ 配線部
１４、１１１１ 下部電極
３０１ パーソナルコンピュータ
３０２ 光通信モジュール（入力、出力一体型）
３０３−１光通信モジュール（出力専用）
３０３−２光通信モジュール（入力専用）
３０４ 受光素子（PINフォトダイオード）
３０５ 光ファイバケーブル
３０６ 出力信号電圧変換回路
３０７ 入力信号電圧変換回路
３０８ 信号出力回路
３０９ 信号入力回路
３１０ 制御回路（CPU含む）
３１１ 面発光レーザ及びアレイ

Claims (17)

1. 基板上に、第１のDBR層、活性層、第２のDBR層、モード調整部が順次積層され、前記第１のDBR層または前記第２のDBR層と前記活性層の間に電流狭窄部を有する面発光レーザであって、前記第２のDBR層に接した第１の電極を有し、前記モード調整部と前記電流狭窄部の各々は、酸化領域と非酸化領域とを有することを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記モード調整部の非酸化領域の幅は、前記電流狭窄部の非酸化領域の幅より狭いことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
3. 前記モード調整部の非酸化領域の幅は、モード調整部の酸化領域が高次モード光と基本モードに与える損失比を最大にする幅であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の面発光レーザ。
4. 前記モード調整部の非酸化領域の幅は、２〜６μｍであることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
5. 前記電流狭窄部とモード調整部の酸化領域は酸化形成を同時に行うことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
6. 前記モード調整部がAlを含むことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
7. 前記モード調整部がAlAsSbであることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
8. 前記電流狭窄層が複数箇所形成されていることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
9. 前記モード調整部の上部に第３のDBR層が積層されていることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
10. 前記第１の電極は、凸型に形成された前記第２のDBR層の肩部分に設置されていることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
11. 前記モード調整部の上に保護層を有することを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
12. 第２の電極は、基板裏面あるいは第１のDBR層上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
13. 基板上に、第１のDBR層、活性層、電流狭窄部形成層、第２のDBR層、モード調整部形成層を順次積層する第１の工程と、エッチングにより電流狭窄部形成層とモード調整部形成層の側面を露出する第２の工程と、電流狭窄部形成層とモード調整部形成層とを同時に酸化して、電流狭窄部形成層とモード調整部形成層のそれぞれの層に酸化領域と非酸化領域とを形成する第３の工程と、前記第１のDBR層に接して第１の電極を形成する第４の工程を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
14. 基板上に、第１のDBR層、電流狭窄部形成層、活性層、第２のDBR層、モード調整部形成層を順次積層する第１の工程と、エッチングにより電流狭窄部形成層とモード調整部形成層の側面を露出する第２の工程と、電流狭窄部形成層とモード調整部形成層とを同時に酸化して、電流狭窄部形成層とモード調整部形成層のそれぞれの層に酸化領域と非酸化領域とを形成する第３の工程と、前記第１のDBR層に接して第１の電極を形成する第４の工程を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
15. 前記電流狭窄部形成層のAl含有量は、前記モード調整部形成層のAl含有量より小さくし、前記電流狭窄部形成層と前記モード調整部形成層の側面の酸化を同時に行うことを特徴とする請求項１３あるいは請求項１４記載の面発光レーザの製造方法。
16. 前記請求項１乃至１２のいずれかに記載の面発光レーザを搭載することを特徴とする光通信モジュール。
17. 信号送信装置と、前記信号送信装置から出力された第１の電気信号を受信し、前記第１の電気信号を光信号に変換して出力する第１の信号変換装置と、前記第１の信号変換装置が出力する前記光信号を伝送する光導波路と、前記光導波路により導波された前記光信号を受信し、前記光信号を第２の電気信号へ変換して出力する第２の信号変換装置と、前記第２の信号変換装置が出力する前記第２の電気信号を受信する信号受信装置とを有する光通信システムであって、前記第１の信号変換装置に請求項１乃至１２のいずれかに記載の前記面発光レーザを用いることを特徴とする光通信システム。

Images