JP2005303113A - 垂直共振器型面発光半導体レーザ素子および発光装置および光伝送システム - Google Patents

垂直共振器型面発光半導体レーザ素子および発光装置および光伝送システム Download PDF

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Abstract

【課題】 緩和振動周波数が高く、チャンネル当たりの伝送容量が１０Ｇｂｐｓを超える大容量伝送に適したＶＣＳＥＬ発光装置を、簡易な構成で実現することの可能な垂直共振器型面発光半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】 基板１０１上に、多層膜反射鏡１０２，１０９で上下をはさまれた共振器構造を備えた垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、上記共振器構造内に、電流注入で発光する活性領域１０６と電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域１０４とを備えており、電流注入で発光する活性領域１０６と外部励起光によって発光する活性領域１０４とは、両者とも、上記共振器構造が有する同一の共振モード波長に対して、利得を有することを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、垂直共振器型面発光半導体レーザ素子および発光装置および光伝送システムに関する。
近年、光伝送技術は、幹線系伝送網だけでなく、ＬＡＮやアクセス系、ホームネットワークにも展開されてきている。例えば、イーサネットにおいては、１０Ｇｂｐｓの伝送容量が開発されてきている。将来的には更なる伝送容量の増加が求められており、１０Ｇｂｐｓを超えた光伝送システムが期待されている。
伝送容量が１０Ｇｂｐｓ以下の光伝送用光源においては、半導体レーザの注入電流を変調することで出力光強度を変調する直接変調方式が主に用いられている。しかしながら、半導体レーザを直接変調により１０ＧＨｚを超えた変調周波数で動作させることは困難である。そこで、１０Ｇｂｐｓを超えた光伝送用光源としては、半導体レーザから出力された光を外部変調器で変調する方式が開発されている。しかし、外部変調方式では、モジュールサイズが大きく、また部品点数が多いためコストが高いというデメリットがある。そのため、外部変調器を備えた光伝送技術は、幹線系のような高価なシステムには用いられても、ＬＡＮやホームネットワークのような一般ユーザが用いるシステムには不向きとなっている。
一方、ＬＡＮや光インターコネクション用の光源として、垂直共振器型面発光半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）の使用が検討されるようになってきている。ＶＣＳＥＬは、従来の端面発光型半導体レーザに比べて、低消費電力であり、また製造工程で劈開が不用でウエハ状態で素子の検査が可能であるため低コスト化に優れた特徴を有している。そのため、１０Ｇｂｐｓを超えた大容量の光ＬＡＮや光インターコネクション用の光源として、直接変調によるＶＣＳＥＬが期待されている。
ＶＣＳＥＬを高速に変調する方法としては、これまで以下のような技術が提案されている。
例えば特許文献１には、上部の多層膜反射鏡を介さずに電流を活性領域に注入させ、このとき、横方向抵抗を低減するために、２次元キャリアの生成が可能な変調ドープ積層構造を設け、これにより、ＶＣＳＥＬの抵抗を低減して、抵抗（Ｒ）と容量（Ｃ）で制限される電気的な変調帯域を増加させる技術が示されている。
また、特許文献２には、発光層の近傍にサブバンド間吸収する量子井戸層を設け、変調信号光を入力すると、量子井戸層のサブバンド間吸収によりキャリア分布が変調され、発光層のキャリア密度も変調されて、発光出力が変調され、従って、応答速度がＣＲ時定数やキャリア輸送効果に影響されることなく、高速化される技術が示されている。
また、特許文献３には、ＶＣＳＥＬに光注入励起を行う横方向共振器型半導体レーザが同一基板上に集積されて形成されており、ＶＣＳＥＬの活性層の禁制帯幅を横方向共振器型半導体レーザの禁制帯幅よりも小さく設定して、光励起効率を高めており、外部変調として、横方向共振器型半導体レーザの変調光信号を入力させることにより、ＶＣＳＥＬの変調周波数を増加させる技術が示されている。
また、非特許文献１には、ＶＣＳＥＬにＤＦＢレーザの光を注入させて、ＶＣＳＥＬの発振波長を同期させ（インジェクションロック）、これにより、ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数を２２．８ＧＨｚに増加させる技術が示されている。
特開２００２−１８５０７９号公報 特開２００２−２０４０３９号公報 特開平７−２４９８２４号公報 信学技報 ＯＰＥ２００３−２１８， ＬＱＥ３００３−１５５
上述したように、特許文献１においては、ドライバ回路から出力される電気的変調信号がＶＣＳＥＬの発光層のキャリア密度を変調させるときの応答速度を改善している。また、特許文献２，特許文献３においては、外部から変調光信号を入力することにより、素子に電流が流れるときの電気的な応答速度の遅れの影響をなくしている。
しかしながら、特許文献１，特許文献２，特許文献３のいずれの構造も、発光層におけるキャリア密度変化に対して誘導放出速度が追随できなくなる緩和振動周波数については増加させることができない。そのため、変調速度が緩和振動周波数で制限されることになる。
一方、非特許文献１においては、ＶＣＳＥＬの発振モードに同期した光を外部から注入することにより、ＶＣＳＥＬ内部の光子密度を高めている。内部光子密度は緩和振動周波数と関係しており、内部光子密度を高めることで、ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数を増加させることが可能となっている。しかしながら、上記方法においては、外部から注入するレーザ光の波長を、ＶＣＳＥＬの共振モード波長と厳密に一致させる必要がある。波長ずれが数ｎｍ程度でモード同期されなくなり、緩和振動周波数を増加させることができなくなってしまう。そのため、波長のチューニングや温度制御を行う必要があり、装置構成が複雑となってしまう。
本発明は、緩和振動周波数が高く、チャンネル当たりの伝送容量が１０Ｇｂｐｓを超える大容量伝送に適したＶＣＳＥＬ発光装置を、簡易な構成で実現することの可能な垂直共振器型面発光半導体レーザ素子および発光装置および光伝送システムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板上に、多層膜反射鏡で上下をはさまれた共振器構造を備えた垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、上記共振器構造内に、電流注入で発光する活性領域と電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域とを備えており、電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域とは、両者とも、上記共振器構造が有する同一の共振モード波長に対して、利得を有することを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、基板上に、多層膜反射鏡で上下をはさまれた共振器構造を複数備え、複数の共振器構造が光学的に結合して１つの共振モードを形成する垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、１つの共振器構造内に電流注入で発光する活性領域を備え、他の共振器構造内に電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域を備えており、電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域とは、両者とも、同一の共振モード波長に対して、利得を有することを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、外部励起光によって発光する活性領域が複数設けられていることを特徴としている。
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、活性領域に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体を含むことを特徴としている。
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、電流注入で発光する活性領域は、量子井戸層と障壁層を複数積層した多重量子井戸構造から構成されており、障壁層にｐ型不純物が１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲でドーピングされていることを特徴としている。
また、請求項６記載の発明は、垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と外部励起光源とを備えた発光装置において、垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子であって、外部励起光源の波長は、上記垂直共振器型面発光半導体レーザ素子中の外部励起光によって発光する活性領域のバンドギャップに対応する波長と同じかまたは短かい波長であることを特徴としている。
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載の発光装置において、外部励起光源は、半導体レーザであることを特徴としている。
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の発光装置において、外部励起光源は、垂直共振器型面発光半導体レーザであることを特徴としている。
また、請求項９記載の発明は、請求項７または請求項８記載の発光装置において、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と、外部励起光源とが、モノリシックに集積化されていることを特徴としている。
また、請求項１０記載の発明は、請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光装置が用いられていることを特徴としている。
請求項１記載の垂直共振器型半導体レーザ素子は、共振器内に設けられた電流注入で発光する活性領域に加えて、同じ共振器内に設けられた電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域を備えていることにより、電流注入によって発生する光子密度に、外部励起光で発生させた光子密度が同一モードで加えられるため、素子内部の光子密度を増加させることができる。これにより、ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数が増加し、高速変調が可能となる。
また、請求項２記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、光学的に結合した複数の共振器構造を備え、１つの共振器構造内には電流注入で発光する活性領域が設けられており、他の共振器構造内には電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域が設けられている。そのため、電流注入によって発生する光子密度に外部励起光で発生させた光子密度が同一モードで加えられるため、素子内部の光子密度を増加させることができる。従って、ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数が増加し、高速変調が可能となる。
また、電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域との距離を離すことができるため、外部励起光の光学的クロストークを抑制することができる。
また、請求項３記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、請求項１または請求項２の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、外部励起光によって発光する活性領域が複数設けられていることにより、より高い光子密度まで利得飽和が生じにくくなるため、更に緩和振動周波数を増加させることができる。
また、請求項４記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子においては、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、活性領域に窒素と他のＶ族元素との混晶半導体を含むことにより、石英光ファイバの分散がゼロである波長１．３１μｍのＶＣＳＥＬを形成できるため、１０Ｇｂｐｓ以上の大容量伝送に適した発光素子を形成できる。
また、請求項５記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、電流注入で発光する活性領域は量子井戸層と障壁層を複数積層した多重量子井戸構造から構成されており、障壁層にｐ型不純物が１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲でドーピングされたことにより、電流注入で発光する活性領域の微分利得を増加させることができる。従って、さらにＶＣＳＥＬの緩和振動周波数を増加させることができる。
また、請求項６記載の発光装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と外部励起光源とを備えていることにより、直接変調で１０Ｇｂｐｓを超える大容量伝送を実現することができる。
また、請求項７記載の発光装置は、請求項６記載の発光装置において、外部励起光源が半導体レーザであることにより、発光装置の小型化や、低消費電力化を実現することができる。
また、請求項８記載の発光装置は、請求項７記載の発光装置において、外部励起光源が垂直共振器型面発光半導体レーザであることにより、より一層の低消費電力化と、発光装置の低コスト化が可能となる。
また、請求項９記載の発光装置は、請求項７または請求項８記載の発光装置において、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と、外部励起光源とが、モノリシックに集積化されたことにより、発光装置をさらに小型化できる。また、発光装置の部品点数を減らすことができるため、低コスト化をはかることができる。
また、請求項１０記載の光伝送システムは、請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光装置が用いられていることにより、１０Ｇｂｐｓを超える大容量の光伝送システムを低コストで構築することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
（第１の形態）
本発明の第１の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、基板上に、多層膜反射鏡で上下をはさまれた共振器構造を備えた垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、上記共振器構造内に、電流注入で発光する活性領域と電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域とを備えており、電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域とは、両者とも、上記共振器構造が有する同一の共振モード波長に対して、利得を有することを特徴としている。
半導体レーザを直接変調する場合に、変調帯域を制限する原因として、ＣＲ時定数，キャリア輸送効果，緩和振動周波数などが挙げられる。特に、緩和振動周波数は、発光層におけるキャリア密度変化に対して誘導放出速度が追随できなくなる限界の周波数であり、直接変調する場合に本質的な制限となっている。
緩和振動周波数ｆｒは一般に次式（数１）で表される。
Figure 2005303113
ここで、Γは光閉じ込め係数、ｇは微分利得、Ｓは光子密度、τｐは光子寿命である。数１によれば、緩和振動周波数ｆｒは、光子密度Ｓを大きくするほど高くできることが示されている。しかしながら、発光層中にキャリアが高注入されると、キャリアオーバーフローや素子の発熱等により利得の飽和が生じ、光子密度を増加させることができなくなってしまう。そのため、緩和振動周波数は１０ＧＨｚ程度に抑制される。
本発明の第１の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、共振器内に設けられた電流注入で発光する第１の活性領域に加えて、電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する第２の活性領域を備えたことを特徴としている。第１の活性領域に注入する電流を変調することにより、第１の活性領域内のキャリア密度が変化して、光出力強度が変調される。一方、第２の活性領域では、外部から励起光を連続的に注入することで誘導放出が生じ、励起光強度を閾光出力以上に増加させると、レーザ発振が生じる。
電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域は、同一の共振器構造内に設けられており、また共振器の有する同一の共振モード波長に対して両者ともに利得を有している。従って、電流注入による発振光と外部励起光による発振光は同一波長で発振し、モード同期する。これにより、従来の電流注入によって発生する光子密度に、外部励起光で発生させた光子密度が同一モードで加えられるため、素子内部の光子密度Ｓを従来よりも増加させることができる。従って、ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数が増加し、高速変調が可能となる。
外部励起光は、ＶＣＳＥＬに対して横方向から注入したり、または基板と垂直方向に注入することが可能である。
前述の非特許文献１で報告されているＶＣＳＥＬは、発振モードに同期した光を外部から注入することにより、ＶＣＳＥＬ内部の光子密度を高めている。そのため、外部から注入するレーザ光の波長を、ＶＣＳＥＬの共振モード波長と厳密に一致させる必要がある。一方、本発明では外部から注入する光は第２の活性領域を光励起するためのものであり、第２の活性領域で吸収される波長帯であればよい。従って、励起光の発振波長を厳密に制御する必要がなく、簡易な装置となっている。
また、前述の特許文献３においては、ＶＣＳＥＬに光注入励起を行う点で、本発明と構造が類似している。しかしながら、特許文献３においては、電流注入する活性層と光注入励起する活性層を同一の層としている点で、本発明とは異なっている。電流注入する活性層と光注入励起する活性層を同一の層とした場合、光励起で発生したキャリアが電流注入されたキャリア密度に加わるため、活性層内のキャリアオーバーフローによる利得飽和は改善されない。一方、本発明では、電流注入で発光する第１の活性領域と電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する第２の活性領域とを分離しており、電流注入する第１の活性領域のキャリア蓄積を抑制して、素子内部の光子密度を高めることができる。従って、緩和振動周波数を従来構造よりも高めることができる。
また、文献「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．， ２００２， ２８，ｐｐ２７８−２８０」においては、共振器内に２つの活性領域を備えたＶＣＳＥＬ構造が報告されている。上記ＶＣＳＥＬは３端子構造となっており、２つの活性領域にそれぞれ独立に電流を注入する構造となっている。しかしながら、電流注入する活性領域が近接して２つあると、それぞれの活性領域のｐｎ接合にジャンクション電圧が印加されるため、素子の発熱が大きくなってしまう。本発明では、一方の活性領域は電流注入機構を有せず光励起により発光するため、素子の発熱を抑制できる。
また、外部励起光によって発光する第２の活性領域は、ｐｎ接合を設けないため、ｎ型半導体層中やｐ型半導体層中、またはノンドープ半導体層中のいずれの場所にも設けることが可能である。従って、ＶＣＳＥＬ構造の設計自由度が高くなっている。
なお、第１の活性領域及び第２の活性領域は、ＶＣＳＥＬ素子内の光定在波分布において、腹の位置に設けることが望ましい。これにより、光定在波と活性領域との結合効率が増加して、閾値を低減することができる。
なお、ＶＣＳＥＬの温度特性を向上させるために、共振モード波長に対して、室温における活性領域の利得ピーク波長を短波長側にシフトさせることができる。このとき、第１の活性領域における波長シフト量と第２の活性領域における波長シフト量は、必ずしも一致させる必要はない。それぞれの活性領域の利得スペクトル帯域内に共振モード波長がはいっていればよい。
（第２の形態）
また、本発明の第２の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、基板上に、多層膜反射鏡で上下をはさまれた共振器構造を複数備え、複数の共振器構造が光学的に結合して１つの共振モードを形成する垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、１つの共振器構造内に電流注入で発光する活性領域を備え、他の共振器構造内に電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域を備えており、電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域とは、両者とも、同一の共振モード波長に対して、利得を有することを特徴としている。
このように、第２の形態のＶＣＳＥＬは、光学的に結合した複数の共振器構造を有しており、１つの共振器構造内には電流注入で発光する第１の活性領域を備え、他の共振器構造内には電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する第２の活性領域を備えたことを特徴としている。
第１の活性領域に注入する電流を変調することにより、第１の活性領域内のキャリア密度が変化して、光出力強度が変調される。一方、第２の活性領域では、外部から励起光を連続的に注入することで誘導放出が生じ、励起光強度を閾光出力以上に増加させると、レーザ発振が生じる。
電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域は、異なる共振器構造内に設けられているが、複数の共振器構造は光学的に結合して１つの共振モードを形成している。また、同一の共振モード波長に対して、電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域は、ともに利得を有している。従って、電流注入による発振光と外部励起光による発振光は同一波長で発振し、モード同期する。これにより、従来の電流注入によって発生する光子密度に、外部励起光で発生させた光子密度が同一モードで加えられるため、素子内部の光子密度を従来よりも増加させることができる。従って、ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数が増加し、高速変調が可能となる。
また、電流注入で発光する第１の活性領域と外部励起光によって発光する第２の活性領域はそれぞれ別の共振器構造内に設けられているため、第１の活性領域と第２の活性領域との距離を離すことができる。第１の活性領域と第２の活性領域が近接して設けられている場合、外部から注入された励起光の一部が第１の活性領域にも注入されてしまい、第１の活性領域内のキャリア密度を増加させてしまう。一方、第２の形態においては、第１の活性領域と第２の活性領域との距離を離すことができるため、外部から注入する励起光を第２の活性領域にのみ選択的に注入し、第１の活性領域に光が注入されることを容易に抑制することができる。そのため、外部励起光の光学的クロストークを抑制することができる。
（第３の形態）
また、本発明の第３の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、第１または第２の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、外部励起光によって発光する活性領域が複数設けられていることを特徴としている。
第３の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子では、利得を発生する活性領域の数を増やすことで、それぞれの活性領域に蓄積されるキャリア密度を下げることができ、より高い光密度まで利得飽和が生じにくくなる。従って、更に緩和振動周波数を増加させることができる。
また、複数設けた活性領域は、電流注入機構を有しない光注入励起の活性領域である。電流注入する活性領域を増加させる場合、電極端子を増加させる必要があり、素子構造が複雑となってしまう。そのため、プロセス工程の増加や歩留まりの低下を招いてしまう。一方、光注入励起の活性領域は、ＶＣＳＥＬ中の光定在波分布の腹の位置に設けることで、容易に数を増やすことが可能である。従って、コストの増加を抑制することができる。
電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域は、一般に、ＤＢＲではさまれた共振器内に設けられる。しかしながら、電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域を、ＤＢＲ中に設けることも可能である。共振器からＤＢＲ側に光の染み出しが生じるため、ＤＢＲに染み出した光はＤＢＲ中に設けられた活性領域によって利得を得ることができるためである。しかしながら、共振器から離れるにつれてＶＣＳＥＬ素子内の光定在波分布における腹の位置の光強度は減衰するため、ＶＣＳＥＬ素子内の光と活性層との結合効率が低下してしまう。従って、ＤＢＲ中に電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域を設ける場合には、共振器に近接した３周期以内に設けることが望ましい。
（第４の形態）
また、本発明の第４の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、第１乃至第３のいずれかの形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、活性領域に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体を含むことを特徴としている。
窒素と他のＶ族元素との混晶半導体としては、例えばＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓＰ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＮＡｓＰＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＰＳｂ等がある。上記混晶半導体は、ＧａＡｓ基板上に結晶成長可能な長波長帯材料系である。以下、ＧａＩｎＮＡｓを例にして説明する。
ＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＡｓ等の障壁層との伝導帯電子の閉じ込め障壁高さを３００ｍｅＶ以上と高くすることができるため、電子のオーバーフローが抑制され、良好な温度特性を有している。また、ＡｌＧａＡｓ材料系を用いた高反射率，高熱伝導性の分布ブラッグ反射鏡を用いることができ、長波長帯で良好な性能の垂直共振器型面発光半導体レーザを形成可能である。
本発明は、変調周波数を向上させることで、１０Ｇｂｐｓを超える大容量伝送を可能とする直接変調ＶＣＳＥＬを提供することを目的としている。１０Ｇｂｐｓ以上の高い伝送帯域では、石英光ファイバの分散によって伝送距離が制限される。ＧａＩｎＮＡｓ等の窒素と他のＶ族元素との混晶半導体を活性領域に用いることで、石英光ファイバの分散がゼロである波長１．３１μｍのＶＣＳＥＬを形成できるため、本発明の高速変調特性を生かすことができる。
（第５の形態）
また、本発明の第５の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、第１乃至第４のいずれかの形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、電流注入で発光する活性領域は量子井戸層と障壁層を複数積層した多重量子井戸構造から構成されており、障壁層にｐ型不純物が１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲でドーピングされていることを特徴としている。
第５の形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子では、ＭＱＷ構造の障壁層に、ｐ型不純物を１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲でドーピングすることにより、レーザ発振に必要な注入電子密度が減少し、微分利得ｇを増加させることができる。数１より、微分利得ｇを増加させる効果は、ＶＣＳＥＬ素子内の光子密度Ｓを増加させる効果と併用することにより、さらにＶＣＳＥＬの緩和振動周波数を増加させることができる。
障壁層に対するｐ型不純物のドーピング濃度が１×１０１８ｃｍ−３より小さい場合には、微分利得を増加させる効果がほとんど見られない。また、障壁層に対するｐ型不純物のドーピング濃度が１×１０１９ｃｍ−３より大きくしてしまうと、障壁層の結晶品質が低下してしまう。従って、障壁層に対するｐ型不純物のドーピング濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲で行うことが望ましい。
ｐ型不純物としては、Ｃ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｍｇ等を用いることが可能である。特に、Ｃは高濃度にドーピングしても熱拡散しにくいため、急峻なドーピングプロファイルを形成することができるため、適している。
（第６の形態）
また、本発明の第６の形態の発光装置は、垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と外部励起光源とを備えた発光装置において、垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、第１乃至第５のいずれかの形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子であって、外部励起光源の波長は、上記垂直共振器型面発光半導体レーザ素子中の外部励起光によって発光する活性領域のバンドギャップに対応する波長と同じかまたは短かい波長であることを特徴としている。
このように、第６の形態の発光装置は、第１乃至第５のいずれかの形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と、外部励起光源を備えている。外部励起光源は、垂直共振器型面発光半導体レーザ素子中の活性領域の外部励起光によって発光する活性領域のバンドギャップに対応する波長と同じかまたは短かい波長の光を放出することにより、電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域を光励起する。変調信号を電流注入で発光する活性領域に印加する電気信号として印加することで、ＶＣＳＥＬの光出力が変調される。
ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数は、外部励起光源で発振した光により内部光子密度が高められることで増加する。緩和振動周波数の高いＶＣＳＥＬを備えたことで、本発明の発光装置は高速変調可能であり、１０Ｇｂｐｓを超える大容量伝送を実現することができる。
（第７の形態）
また、本発明の第７の形態の発光装置は、第６の形態の発光装置において、外部励起光源が半導体レーザであることを特徴としている。
このように、第７の形態の発光装置は、外部励起光源を半導体レーザにすることで、発光装置のサイズを小型化することができ、また発光装置の消費電力を低減することができる。
励起光源として用いる半導体レーザとしては、ファブリ＝ペロ共振器型半導体レーザや、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザ等を用いることができる。
（第８の形態）
また、本発明の第８の形態の発光装置は、第７の形態の発光装置において、外部励起光源が垂直共振器型面発光半導体レーザであることを特徴としている。
垂直共振器型面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、端面発光型半導体レーザに比べて、消費電力が低く、また低コストで製造することができる。従って、外部励起光源としてＶＣＳＥＬを用いることにより、より一層の低消費電力化と、発光装置の低コスト化が可能となる。
（第９の形態）
また、本発明の第９の形態の発光装置は、第７または第８の形態の発光装置において、第１乃至第５のいずれかの形態の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と、外部励起光源とが、モノリシックに集積化されていることを特徴としている。
変調光信号を出力するＶＣＳＥＬと外部励起光源とを同一基板上にモノリシック集積することにより、発光装置がさらに小型化される。また、発光装置の部品点数を減らすことができるため、低コスト化をはかることができる。
外部励起光源として端面発光型半導体レーザを用いる場合には、ＶＣＳＥＬの側面に集積し、横方向から光励起する構造を作製することができる。また、外部励起光源としてＶＣＳＥＬを用いる場合には、変調光信号を出力するＶＣＳＥＬと励起用ＶＣＳＥＬを、基板と垂直方向に積層して構成することができる。
なお、文献「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．， １９９８， ３４， ｐｐ１４０５−１４０７」には、励起用の０．８５μｍ帯ＶＣＳＥＬと１．３μｍ帯ＶＣＳＥＬとを集積した構造が報告されている。しかし、この報告例においては、１．３μｍ帯ＶＣＳＥＬに電流注入構造を有しておらず、１．３μｍ光の変調は０．８５μｍ帯ＶＣＳＥＬを直接変調することによって行っている。そのため、変調周波数は、励起用０．８５μｍ帯ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数に制限されてしまう。従って、本発明のようにＶＣＳＥＬ自身の緩和振動周波数を増加させる構造とはなっていない。従って、本発明とは構造及び動作原理が異なっている。
（第１０の形態）
また、本発明の第１０の形態の光伝送システムは、第６乃至第９のいずれかの形態の発光装置が用いられていることを特徴としている。
第６乃至第９のいずれかの形態の発光装置は、１０Ｇｂｐｓを超える高速変調をＶＣＳＥＬの直接変調で可能にしている。そのため、外部変調器や電子冷却素子を用いない安価な構成となっており、大容量の光伝送システムを低コストで構築することができる。
図１は、実施例１の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）を示す図である。
図１を参照すると、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１上に、ノンドープ分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）１０２が積層されている。
ここで、ノンドープＤＢＲ １０２は、ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層とノンドープＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚で交互に積層して形成されている。
ノンドープＤＢＲ １０２上には、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第１スペーサ層１０３、ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第２活性層１０４、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第２スペーサ層１０５、ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第１活性層１０６、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第３スペーサ層１０７、ｐ型ＡｌＡｓ層１０８、ｐ型ＤＢＲ １０９が順次積層されている。
ここで、ｐ型ＤＢＲ １０９は、ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚で交互に積層して形成されている。
そして、積層構造表面からｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第２スペーサ層１０５の途中まで円筒状にエッチングされて、第１のメサ構造が形成されている。さらに、第１のメサ構造よりも大きいサイズで、ノンドープＤＢＲ １０２に達するまで矩形状にエッチングされて第２のメサ構造が形成されている。
また、第１のメサ構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層１０８が選択的に酸化されて、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０が形成されている。
また、ｐ型ＤＢＲ １０９の表面には、光出射部を除いてリング状のｐ側電極１１２が形成されている。そして、第１のメサ構造の底面（第２のメサ構造の頂上部）には、ｎ側電極１１３が形成されている。１１１は、第１のメサ構造側面に形成された遮光層である。遮光層としては、例えば、絶縁層を介した金属層を用いることができる。
図１のＶＣＳＥＬにおいては、ｐ側電極１１２から注入された正孔と、ｎ側電極１１３から注入された電子が、ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第１活性層１０６で発光再結合することにより、０．８５μｍ帯の光を放出する。このとき、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０により電流がブロックされるため、選択酸化されていないｐ型ＡｌＡｓ層１０８の下に電流が集中して、電流が狭窄される。
第１活性層１０６で発光した光は、ノンドープＤＢＲ １０２とｐ型ＤＢＲ １０９との間の共振器内で共振して、基板と垂直上方にレーザ光が出射される。
実施例１のＶＣＳＥＬにおいては、電流注入で発光するＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第１活性層１０６に加えて、ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第２活性層１０４を備えたことを特徴としている。第２活性層１０４に対しては電流注入する電極を設けていない。その代わり、第２活性層１０４の側面から外部励起光を注入するための窓部が第２のメサ構造側面に設けられている。なお、第１のメサ構造側面に設けられた遮光層１１１は、外部励起光が第１活性層１０６に照射されることを抑制する働きをしている。
第２活性層１０４に外部から励起光を連続的に注入することにより、第２活性層１０４のバンドギャップ０．８５μｍ帯に対応した光が発生する。そして、励起光強度を閾値以上に増加させると、外部励起によりＶＣＳＥＬのレーザ発振が生じる。第１活性層１０６と第２活性層１０４のバンドギャップを等しくしており、またノンドープＤＢＲ １０２とｐ型ＤＢＲ １０９との間で構成された同一の共振器で発振するため、第１活性層１０６に電流注入したときの発振光と、第２活性層１０４を光励起させたときの発振光は、同一波長で発振する。
第２活性層１０４に励起光を連続的に注入して発振させた状態で、第１活性層１０６に注入する電流を変調させると、第１活性層１０６内のキャリア密度が変化して、出射されるレーザ光強度が変調される。このとき、第１活性層１０６に電流注入して発生する光に、外部励起光により第２活性層１０４で発生した光が同一モードで加えられるため、ＶＣＳＥＬ素子内部の光子密度を増加させることができる。
また、電流注入する第１活性層１０６と光注入励起する第２活性層１０４とを分離することにより、第１活性層１０６中のキャリア密度がより少ない状態で、ＶＣＳＥＬ素子内部の光子密度を高めることができる。従って、電流注入する第１活性層１０６のキャリアオーバーフローによる利得飽和が抑制される。これにより、ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数が増加して、高速変調が可能となる。
なお、外部から第２活性層１０４に注入する励起光の波長は、第２活性層１０４で吸収される波長帯であればよい。従って、励起光の発振波長を厳密に規定する必要がないため、励起光の波長をチューニングしたり、温度制御する必要がなく、制御が容易となっている。
図２は、実施例１のＶＣＳＥＬを備えた発光装置の構成例を示す図（実施例２の発光装置を示す図）である。図２を参照すると、Ｓｉ基板２０１上に、実施例１のＶＣＳＥＬ ２０２と、励起用半導体レーザ２０３とが実装されている。ここで、ＶＣＳＥＬ ２０２と励起用半導体レーザ２０３は、それぞれ、熱伝導性に優れた金属はんだでＳｉ基板２０１上に接着されている。励起用半導体レーザ２０３は、波長０．８５μｍのファブリ＝ペロー型半導体レーザとなっている。
Ｓｉ基板２０１には段差が設けられており、励起用半導体レーザ２０３の活性層とＶＣＳＥＬ ２０２のＧａＡｓ／ Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第２活性層１０４とが、ほぼ同じ高さとなるように構成されている。
励起用半導体レーザ２０３の発振波長０．８５μｍは、ＶＣＳＥＬ ２０２のＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第２活性層１０４のバンドギャップ波長０．８５μｍと同じであり、ＶＣＳＥＬ ２０２の第２活性層１０４を光励起してＶＣＳＥＬ ２０２を発振させることができる。そのため、ＶＣＳＥＬ ２０２の電流注入による発振光と同期して内部の光子密度を増加させることができ、ＶＣＳＥＬ ２０２の緩和振動周波数を増加させることができる。これにより、実施例２の発光装置は、ＶＣＳＥＬ ２０２の第１活性層１０６に対してバイアス電流と変調電気信号を入力することにより、直接変調で１０Ｇｂｐｓ以上の大容量伝送が可能となる。
また、外部励起光源として半導体レーザを用いＳｉ基板上に集積することにより、発光装置を小型化することができた。
図８は実施例３のＶＣＳＥＬを示す図である。図８を参照すると、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１上に、ノンドープ第１ＤＢＲ ８０１が積層されている。
ここで、ノンドープＤＢＲ ８０１は、ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層とノンドープＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚で交互に積層して形成されている。
ノンドープＤＢＲ ８０１上には、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第１スペーサ層８０２、ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第２活性層１０４、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第２スペーサ層８０３、ノンドープ第２ＤＢＲ ８０４が順次積層されている。
ここで、ノンドープ第２ＤＢＲ ８０４は、ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層とノンドープＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層を１／４波長厚で交互に積層して形成されているが、積層周期数は、ノンドープ第１ＤＢＲ ８０１よりも少なくなっている。
ノンドープ第２ＤＢＲ ８０４上には、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第３スペーサ層８０５、ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第１活性層１０６、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第４スペーサ層８０６、ｐ型ＡｌＡｓ層１０８、ｐ型ＤＢＲ ８０７が順次積層されている。
ここで、ｐ型ＤＢＲ ８０７は、ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚で交互に積層して形成されている。
そして、積層構造表面からｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ第３スペーサ層８０５の途中まで円筒状にエッチングされて、第１のメサ構造が形成されている。さらに、第１のメサ構造よりも大きいサイズで、ノンドープＤＢＲ ８０１に達するまで矩形状にエッチングされて第２のメサ構造が形成されている。
また、第１のメサ構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層１０８が選択的に酸化されて、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０が形成されている。
また、ｐ型ＤＢＲ ８０７表面には、光出射部を除いてリング状のｐ側電極１１２が形成されている。そして、第１のメサ構造の底面（第２のメサ構造の頂上部）には、ｎ側電極１１３が形成されている。
また、第２のメサ構造の一辺に隣接して、４５°反射鏡８０９が形成されている。８０８は４５°反射鏡８０９の表面に形成された高反射膜であり、絶縁層を介した金属膜や誘電体多層膜を用いることができる。
図８のＶＣＳＥＬにおいては、ノンドープ第１ＤＢＲ ８０１とノンドープ第２ＤＢＲ ８０４とにはさまれた第１の共振器と、ノンドープ第２ＤＢＲ ８０４とｐ型ＤＢＲ ８０７にはさまれた第２の共振器との２つの共振器を有している。ノンドープ第１ＤＢＲ ８０１、ノンドープ第２ＤＢＲ ８０４、ｐ型ＤＢＲ ８０７のブラッグ反射波長は、全て０．８５μｍとなっている。また、２つの共振器の共振器長は、共に０．８５μｍの光学的距離の自然数倍となるように設計されている。ノンドープ第２ＤＢＲ ８０４の積層周期数をノンドープ第１ＤＢＲ ８０１の積層周期数より少ない１０周期程度とすることで、２つの共振器は光学的に結合し、１つの共振モードが形成される。
図８のＶＣＳＥＬにおいては、ｐ側電極１１２から注入された正孔と、ｎ側電極１１３から注入された電子が、第２の共振器中に設けられたＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ多重量子井戸第１活性層１０６で発光再結合することにより、０．８５μｍ帯の光を放出する。このとき、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０により電流がブロックされるため、選択酸化されていないｐ型ＡｌＡｓ層１０８の下に電流が集中して、電流が狭窄される。
第１活性層１０６で発光した光は、ノンドープ第１ＤＢＲ ８０１とノンドープ第２ＤＢＲ ８０４とｐ型ＤＢＲ ８０７とが結合した複合共振器内で共振して、基板と垂直上方にレーザ光が出射される。
外部励起光は、４５°反射鏡８０９で反射されて、第２のメサ構造側面より、第１の共振器内に設けられた第２活性層１０４に入力される。第２活性層１０４に励起光を連続的に注入することにより、第２活性層のバンドギャップ０．８５μｍ帯に対応した光が発生する。そして、励起光強度を閾値以上に増加させると、光励起によりＶＣＳＥＬのレーザ発振が生じる。このとき、第１活性層１０６と第２活性層１０４のバンドギャップを等しくしており、また２つの共振器が結合した同一の共振モードで発振するため、第１活性層１０６に電流注入したときの発振光と、第２活性層１０４を光励起させたときの発振光は、同一波長で発振する。
第２活性層１０４に励起光を連続的に注入して発振させた状態で、第１活性層１０６に注入する電流を変調させると、第１活性層１０６内のキャリア密度が変化して、出射されるレーザ光強度が変調される。このとき、第１活性層１０６に電流注入して発生する光に、外部励起光により第２活性層１０４で発生した光が同一モードで加えられるため、ＶＣＳＥＬ素子内部の光子密度を増加させることができる。これにより、ＶＣＳＥＬの緩和振動周波数が増加して、高速変調が可能となる。
また、第１活性層１０６と第２活性層１０４は、ノンドープ第２ＤＢＲ ８０４をはさんで別々の共振器内に設けられている。そのため、４５°反射鏡８０９から入力された励起光は、第２活性層１０４のみを選択的に励起し、第１活性層１０６に励起光が漏れて結合することがない。そのため、外部励起光によって、第１活性層１０６のキャリア密度が増加することがなく、第１活性層の利得が飽和する電流値を大きくすることができる。従って、第１活性層に印加する変調電気信号によって発生する変調光信号のＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
図３は、実施例４のＶＣＳＥＬを示す図である。図３を参照すると、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型ＤＢＲ ３０２が積層されている。
ここで、ｎ型ＤＢＲ ３０２は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚で交互に積層して形成されている。
ｎ型ＤＢＲ ３０２上には、ＧａＡｓ第１スペーサ層３０３、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層３０４、ＧａＡｓ第２スペーサ層３０５、ｐ型ＡｌＡｓ層１０８、ｐ型ＧａＡｓ第３スペーサ層３０６、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層３０７、ＧａＡｓ第４スペーサ層３０８、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第３活性層３０９、ノンドープＤＢＲ ３１０が順次積層されている。
ノンドープＤＢＲ ３１０は、ノンドープＧａＡｓ層とノンドープＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚で交互に積層して形成されている。
そして、積層構造表面からｐ型ＧａＡｓ第３スペーサ層３０６の途中まで円筒状にエッチングされて、第１のメサ構造が形成されている。さらに、第１のメサ構造よりも大きい径で、ｎ型ＤＢＲ ３０２に達するまで円筒状にエッチングされて、第２のメサ構造が形成されている。
また、第２のメサ構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層１０８が選択的に酸化されて、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０が形成されている。
また、第１のメサ構造の底面（第２のメサ構造の頂上部）には、ｐ側電極１１２が形成されている。そして、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の裏面にはｎ側電極１１３が形成されている。
図３のＶＣＳＥＬにおいては、ｐ側電極１１２から注入された正孔と、ｎ側電極１１３から注入された電子が、ＧａＩｎＮＡｓ／ ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層３０４で発光再結合することにより、１．３μｍ帯の光を放出する。このとき、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０により電流がブロックされるため、選択酸化されていないｐ型ＡｌＡｓ層１０８の下に電流が集中して、電流が狭窄される。第１活性層３０４で発光した光は、ｎ型ＤＢＲ ３０２とノンドープＤＢＲ ３１０との間の共振器内で共振して、基板と垂直上方にレーザ光が出射される。
図３のＶＣＳＥＬにおいては、電流注入で発光する第１活性層３０４に加えて、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層３０７、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第３活性層３０９を備えたことを特徴としている。第２活性層３０７、第３活性層３０９に対しては電流注入する電極は設けられていない。
第２活性層３０７及び第３活性層３０９に、ＶＣＳＥＬの光出射部より励起光を連続的に注入することにより、外部光励起によりＶＣＳＥＬは１．３μｍでレーザ発振する。外部励起光を連続的に注入して発振させた状態で、第１活性層３０６に注入する電流を変調させると、第１活性層３０４内のキャリア密度が変化して、出射されるレーザ光強度が変調される。このとき、第１活性層３０４に電流注入して発生する光に、外部励起光により発振した光が同一モードで加えられるため、ＶＣＳＥＬ素子内部の光子密度を増加させることができる。
また、実施例４のＶＣＳＥＬにおいては、外部光励起によって利得を発生する活性層の数を２層に増やすことにより、それぞれの活性層に蓄積されるキャリア密度を下げることができる。従って、実施例１のＶＣＳＥＬと比較して、より高い光子密度まで利得飽和が生じなくなる。従って、更に緩和振動周波数を増加させることができる。
なお、外部励起光によって発光する第２活性層３０７、第３活性層３０９は、ｐｎ接合を形成する必要がない。従って、活性層を設ける位置について制限が少なくなっている。図３においては、共振器中に複数の活性層を設けているが、光励起する活性層を、ＤＢＲ中に設けることも可能である。あるいは、結合した複数の共振器を構成し、各共振器中に光励起する活性層を設けることも可能である。このとき、ＶＣＳＥＬ素子内の光と活性層との結合効率を増加させるために、光定在波分布における腹の位置に活性層を設けることが望ましい。また、活性層を増やしても電流注入するための電極端子を設ける必要がないため、作製工程が複雑化することがない。
また、図３のＶＣＳＥＬにおいては、活性層材料として窒素と他のＶ族元素（Ａｓ）との混晶半導体であるＧａＩｎＮＡｓを用いている。そのため、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯で発光する活性層をエピタキシャル成長させることができる。波長１．３１μｍは石英光ファイバの分散がゼロとなる波長である。従って、実施例４のＶＣＳＥＬを用いることにより、１０Ｇｂｐｓ以上の高い伝送帯域においても、分散による伝送制限を低減した光伝送システムを構築することができる。
図４は実施例４のＶＣＳＥＬを用いた発光装置の構成例を示す図（実施例５の発光装置を示す図）である。図４を参照すると、励起用ＶＣＳＥＬ ４０２から出射された連続光は、偏光ビームスプリッタ４０３に入力される。励起用ＶＣＳＥＬ ４０２から出力されるレーザ光の偏光方向を、偏光ビームスプリッタ４０３で反射される向きに設定しておくことにより、励起用ＶＣＳＥＬ ４０２の出力光は９０度曲げられて、実施例４のＶＣＳＥＬ ４０１の光出射面に入射される。励起用ＶＣＳＥＬの発振波長は０．９８μｍとした。
励起用ＶＣＳＥＬ ４０２の発振波長は、ＶＣＳＥＬ ４０１中のＧａＩｎＮＡｓ／ ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層３０７、ＧａＩｎＮＡｓ／ ＧａＡｓ多重量子井戸第３活性層３０９の発光波長１．３μｍよりも短波長となっているため、第２活性層３０７と第３活性層３０９を光励起して発振させることができる。これにより、ＶＣＳＥＬ ４０１の電流注入による発振光と同期して内部の光子密度を増加させ、ＶＣＳＥＬ ４０１の緩和振動周波数を増加させることができる。
ＶＣＳＥＬ ４０１から出力された変調光信号は、偏光ビームスプリッタ４０３に対して透過する向きに偏光方向を設定しておくことにより、偏光ビームスプリッタ４０３で反射されずに上方に出力される。
実施例５の発光装置は、緩和振動周波数を向上させたＶＣＳＥＬ ４０１を用いることにより、１０Ｇｂｐｓ以上の大容量伝送が可能となっている。
また、励起用光源にＶＣＳＥＬを用いることで、励起用光源の動作電流を低減することができ、発光装置を低消費電力化することができる。
図５（ａ）は実施例６の発光装置を示す図である。図５を参照すると、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型ＤＢＲ ３０２が積層されている。ｎ型ＤＢＲ ３０２は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚で交互に積層して形成されている。ｎ型ＤＢＲ ３０２上には、ＧａＡｓ第１スペーサ層５０１、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層５０２、ＧａＡｓ第２スペーサ層５０３、ｐ型ＡｌＡｓ層１０８、ｐ型ＧａＡｓ第３スペーサ層５０４、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層５０５、ＧａＡｓ第４スペーサ層５０６、ｎ型ＤＢＲ ５０７が順次積層されている。ｎ型ＤＢＲ ５０７は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚で交互に積層して形成されている。
実施例６の発光装置は、変調光信号を発生するＶＣＳＥＬ部５２０と、励起用半導体レーザ部５２１とが、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上にモノリシック集積されている。
ＶＣＳＥＬ部５２０においては、積層構造表面からｐ型ＧａＡｓ第３スペーサ層５０４の途中まで円筒状にエッチングされて、第１のメサ構造が形成されている。さらに、第１のメサ構造よりも大きいサイズで、ｎ型ＤＢＲ ３０２に達するまで矩形状にエッチングされて、第２のメサ構造が形成されている。
また、第２のメサ構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層１０８が選択的に酸化されて、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０が形成されている。
第１活性層５０５の近傍では、中央を除いてプロトンイオンが注入されて、高抵抗領域５０８が形成されている。
また、第１のメサ構造の頂上部には、光出射部を除いてリング状のｎ側電極１１３が形成されている。そして、第１のメサ構造の底部（第２のメサ構造の頂上部）にはｐ側電極１１２が形成されている。
また、第１のメサ構造の側面には、遮光層１１１が形成されている。
励起用半導体レーザ部５２１は、ＶＣＳＥＬ ５２０に近接して横に形成されており、ドライエッチングにより端面反射鏡が形成されたファブリ＝ペロー型半導体レーザとなっている。
図５（ｂ）は、図５（ａ）中の励起用半導体レーザ部５２１のＡ−Ｂ線における断面図である。図５（ｂ）において、積層構造は図５（ａ）のＶＣＳＥＬ部５２０と同一である。そして、積層構造表面からｐ型ＧａＡｓ第３スペーサ層５０４の途中までエッチングされて、第１のリッジストライプ構造が形成されている。さらに、第１のリッジストライプ構造よりも広い幅でｎ型ＤＢＲ ３０２に達するまでエッチングされて、第２のリッジストライプ構造が形成されている。また、第２のリッジストライプ構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層１０８が選択的に酸化されて、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０が形成されている。また、第１のリッジストライプ構造の底部（第２のリッジストライプ構造の頂上部）には、ｐ側電極５１１が形成されている。そして、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の裏面にはｎ側電極５１０が形成されている。
励起用半導体レーザ部５２１においては、ｐ側電極５１１から注入された電流がＡｌＯｘ絶縁領域１１０によりリッジストライプ構造中央に狭窄されて、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層５０２に注入されて、１．３μｍ帯で発光する。ｎ型ＤＢＲ ３０２とｎ型ＤＢＲ ５０７はクラッド層として機能し、垂直方向に光を閉じ込める。また、選択的に酸化されたＡｌＯｘ絶縁領域１１０は、酸化されていないｐ型ＡｌＡｓ層１０８よりも屈折率が低下するため、水平方向に屈折率差を生じさせる。ＡｌＯｘ絶縁領域１１０における横方向屈折率差と第１のリッジストライプ構造により、光は水平横方向に対しても閉じ込められる。
光はドライエッチングにより形成された１対の端面反射鏡間で共振し、水平方向にレーザ発振光が取り出される。
一方、ＶＣＳＥＬ部５２０においては、ｐ側電極１１２から注入された正孔とｎ側電極１１３から注入された電子とがＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層５０５で発光再結合することにより、１．３μｍ帯の光を放出する。このとき、高抵抗領域５０８により電流がメサ中央に狭窄される。また、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０とｐ型ＡｌＡｓ層１０８の屈折率差により、光が水平方向に閉じ込められて、回折損失が低減される。第１活性層５０５で発光した光は、ｎ型ＤＢＲ ３０２とｎ型ＤＢＲ ５０７の間の共振器内で共振して、基板と垂直上方にレーザ光が出射される。
ＶＣＳＥＬ部５２０では、電流注入で発光する第１活性層５０５に加えて、電流注入機構を有しないＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層５０２を備えている。ＶＣＳＥＬ部５２０の第２活性層５０２は、隣接した励起用半導体レーザ５２１の活性層と同じ高さとなっており、第２活性層５０２に対して第２のメサ構造側面から励起光を注入することができる。第２活性層５０２に対して、励起用半導体レーザ５２１で発生した励起光を連続的に注入することにより、第２活性層５０２のバンドギャップ１．３μｍ帯に対応した光が発生する。そして、励起光強度を閾値以上に増加させると、光励起によりＶＣＳＥＬ５２０のレーザ発振が生じる。
第２活性層５０２に励起光を連続的に注入して発振させた状態で、第１活性層５０５に注入する電流を変調させると、第１活性層５０５内のキャリア密度が変化して、出射されるレーザ光強度が変調される。このとき、第１活性層５０５に電流注入して発生する光に、光励起により第２活性層５０２で発生した光が同一モードで加えられるため、ＶＣＳＥＬ５２０内部の光子密度を増加させることができる。これにより、ＶＣＳＥＬ５２０の緩和振動周波数が増加して、高速変調が可能となる。
このように、実施例６の発光装置においては、変調光信号を出力するＶＣＳＥＬ部５２０と励起用半導体レーザ５２１とを同一基板上にモノリシック集積したことにより、発光装置をさらに小型化することができる。そして、発光装置の部品点数や実装組み立て工程を簡略化することができるため、低コスト化を図ることができる。
図６は実施例７の発光装置を示す図である。図６を参照すると、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型ＤＢＲ ６０１が積層されている。
ここで、ｎ型ＤＢＲ ６０１は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚（波長０．９８μｍ）で交互に積層して形成されている。
ｎ型ＤＢＲ ６０１上には、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ第１スペーサ層６０２、ＧａＩｎＡｓ／ ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０３、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ第２スペーサ層６０４、ｐ型ＤＢＲ ６０５が順次積層されている。
ここで、ｐ型ＤＢＲ ６０５は、ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層を１／４波長厚（波長０．９８μｍ）で交互に積層して形成されている。
ｐ型ＤＢＲ ６０５上には、ノンドープＤＢＲ ６０６が積層されている。
ここで、ノンドープＤＢＲ ６０６は、ノンドープＧａＡｓ層とノンドープＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚（波長１．３μｍ）で交互に積層して形成されている。
ノンドープＤＢＲ ６０６上には、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層６０７、ｐ型ＧａＡｓ第１スペーサ層６０８、ｐ型ＡｌＡｓ層１０８、ＧａＡｓ第２スペーサ層６０９、ＧａＩｎＮＡｓ／ ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層６１０、ＧａＡｓ第３スペーサ層６１１、ｎ型ＤＢＲ ６１２が順次積層されている。
ここで、ｎ型ＤＢＲ ６１２は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを１／４波長厚（波長１．３μｍ）で交互に積層して形成されている。
そして、積層構造表面からｐ型ＧａＡｓ第１スペーサ層６０８の途中まで円筒状にエッチングされて、第１のメサ構造が形成されている。さらに、第１のメサ構造よりも大きい径で、ｐ型ＤＢＲ ６０５に達するまで円筒状にエッチングされて、第２のメサ構造が形成されている。
また、第１のメサ構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層１０８が選択的に酸化されて、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０が形成されている。
また、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０３の近傍では、第２のメサ構造下を除いてプロトンイオンが注入されて、高抵抗領域５０８が形成されている。
第１のメサ構造の頂上部には、光出射部を除いてリング状のｎ側電極１１３が形成されている。そして、第１のメサ構造の底部（第２のメサ構造の頂上部）にはｐ側電極１１２が形成されている。さらに、第２のメサ構造の底部にはｐ側電極５１１が形成されており、また、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の裏面にはｎ側電極５１０が形成されている。
図６の発光装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、励起用ＶＣＳＥＬ ６２１と、変調光信号出力用ＶＣＳＥＬ ６２０とがモノリシックに積層されて構成されている。すなわち、ｎ型ＤＢＲ ６０１からｐ型ＤＢＲ ６０５までが励起用ＶＣＳＥＬ ６２１を構成し、ノンドープＤＢＲ ６０６ からｎ型ＤＢＲ ６１２までが変調光信号出力用ＶＣＳＥＬ ６２０を構成している。
励起用ＶＣＳＥＬ ６２１においては、ｐ側電極５１１から注入された正孔とｎ側電極５１０から注入された電子とがＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０３で発光再結合することにより、０．９８μｍ帯の光を放出する。このとき、高抵抗領域５０８により電流がメサ中央に狭窄される。ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０３で発光した光は、ｎ型ＤＢＲ ６０１とｐ型ＤＢＲ ６０５との間の共振器内で共振して、基板と垂直上方にレーザ光が放出される。
一方、変調光信号発生用ＶＣＳＥＬ ６２０においては、ｐ側電極１１２から注入された正孔とｎ側電極１１３から注入された電子とがＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層６１０で発光再結合することにより、１．３μｍ帯の光を放出する。このとき、ＡｌＯｘ絶縁領域１１０により電流がメサ中央に狭窄される。ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層６１０で発光した光は、ノンドープＤＢＲ ６０６とｎ型ＤＢＲ ６１２との間の共振器内で共振して、基板と垂直上方にレーザ光が放出される。
変調光信号発生用ＶＣＳＥＬ ６２０では、電流注入で発光する第１活性層６１０に加えて、電流注入機構を有しないＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層６０７を備えている。ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層６０７は、下側にある励起用ＶＣＳＥＬ ６２１から出力された０．９８μｍ帯の光により励起されて、第２活性層６０７のバンドギャップ１．３μｍ帯に対応した光を発生する。励起光強度を閾値以上に増加させると、光励起によりＶＣＳＥＬ ６２０のレーザ発振が生じる。
第２活性層６０７に励起用ＶＣＳＥＬ ６２１の光を連続的に注入して発振させた状態で、第１活性層６１０に注入する電流を変調させると、第１活性層６１０内のキャリア密度が変化して、出射されるレーザ光強度が変調される。このとき、第１活性層６１０に電流注入して発生する光に、光励起により第２活性層６０７で発生した光が同一モードで加えられるため、ＶＣＳＥＬ素子内部の光子密度が増加し、緩和振動周波数が増加する。
また、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層６１０のＧａＡｓ障壁層には、ｐ型不純物であるＣを８×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングしている。これにより、第１活性層６１０において、レーザ発振に必要な注入電子密度が減少し、微分利得が増加する。従って、緩和振動周波数をさらに１．５倍増加させることができる。以上の作用により、変調光信号発生用ＶＣＳＥＬ ６２０は、直接変調で４０Ｇｂｐｓの光信号を発生させることが可能となった。
また、実施例７の発光装置においては、変調光信号を出力するＶＣＳＥＬ ６２０と励起用ＶＣＳＥＬ ６２１とを同一基板上にモノリシック集積したことにより、発光装置を非常に小型化することができる。
また、外部変調器や光学的結像素子を有していないため、発光装置の部品点数が少なくでき、実装組み立て工程を簡略化することができる。従って、低コスト化を図ることができる。
さらに、環境温度が変化した場合でも、ＶＣＳＥＬ ６２０内において光励起されたレーザ光と電流励起されたレーザ光は常に同期して発振するため、緩和振動周波数を向上させるための精密な温度制御を必要としない。従って、電子冷却素子が不要な低コストの発光装置を形成することができる。
図７は実施例８の光伝送システムを示す図である。図７を参照すると、光送信部７０１において、電気信号が光信号に変換されて光ファイバケーブル７０４に導入される。光ファイバケーブル７０４を導波した光は、光受信部７０２で再び電気信号に変換されて出力される。
光送信部７０１と光受信部７０２は、１つのパッケージに集積されており、光送受信モジュール７０３を構成している。光ファイバケーブル７０４は、送り用と受け用の２本が１対となっており、双方向に通信可能となっている。
図７の光伝送システムの光送信部には、光源として実施例７の発光装置を用いている。実施例７の発光装置は緩和振動周波数を向上させており、外部変調器を用いることなく４０Ｇｂｐｓの信号伝送が可能となっている。また、電子冷却素子による温度制御が不要であり、低コストで製造することができる。従って、４０Ｇｂｐｓの大容量光伝送システムを、低コストで構築することができる。
実施例１の面発光半導体レーザ素子を示す図である。 実施例２の発光装置を示す図である。 実施例４の面発光半導体レーザ素子を示す図である。 実施例５の発光装置を示す図である。 実施例６の発光装置を示す図である。 実施例７の発光装置を示す図である。 実施例８の光伝送システムを示す図である。 実施例３の面発光半導体レーザ素子を示す図である。
符号の説明
１０１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１０２ ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
１０３ ＡｌＧａＡｓ第１スペーサ層
１０４ ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層
１０５ ｎ型ＡｌＧａＡｓ第２スペーサ層
１０６ ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層
１０７ ＡｌＧａＡｓ第３スペーサ層
１０８ ｐ型ＡｌＡｓ層
１０９ ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
１１０ ＡｌＯｘ絶縁領域
１１１ 遮光層
１１２ ｐ側電極
１１３ ｎ側電極
２０２ Ｓｉ基板
２０２ ＶＣＳＥＬ
２０３ 励起用端面型半導体レーザ素子
２０４ 金属はんだ
３０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
３０２ ｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
３０３ ＧａＡｓ第１スペーサ層
３０４ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層
３０５ ＧａＡｓ第２スペーサ層
３０６ ｐ型ＧａＡｓ第３スペーサ層
３０７ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層
３０８ ＧａＡｓ第４スペーサ層
３０９ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第３活性層
３１０ ノンドープＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
４０１ １．３μｍ帯ＶＣＳＥＬ
４０２ 励起用０．９８μｍ帯ＶＣＳＥＬ
４０３ 偏光ビームスプリッタ
５０１ ＧａＡｓ第１スペーサ層
５０２ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層
５０３ ＧａＡｓ第２スペーサ層
５０４ ｐ型ＧａＡｓ第３スペーサ層
５０５ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層
５０６ ＧａＡｓ第４スペーサ層
５０７ ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
５０８ プロトンイオン注入領域
５１０ ｎ型電極
５１１ ｐ型電極
５２０ ＶＣＳＥＬ部
５２１ 励起用ＬＤ部
６０１ ｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
６０２ ＡｌＧａＡｓ第１スペーサ層
６０３ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
６０４ ＡｌＧａＡｓ第２スペーサ層
６０５ ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
６０６ アンドープＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
６０７ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第２活性層
６０８ ｐ型ＧａＡｓ第１スペーサ層
６０９ ＧａＡｓ第２スペーサ層
６１０ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸第１活性層
６１１ ＧａＡｓ第３スペーサ層
６１２ ｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
６２０ １．３μｍ ＶＣＳＥＬ
６２１ 励起用０．９８μｍ ＶＣＳＥＬ
７０１ 光送信部
７０２ 光受信部
７０３ 光送受信モジュール
７０４ 光ファイバケーブル
８０１ ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ 第１ＤＢＲ
８０２ ＡｌＧａＡｓ第１スペーサ層
８０３ ＡｌＧａＡｓ第２スペーサ層
８０４ ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ 第２ＤＢＲ
８０５ ｎ型ＡｌＧａＡｓ第３スペーサ層
８０６ ＡｌＧａＡｓ第４スペーサ層
８０７ ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ ＤＢＲ
８０８ 高反射膜
８０９ ４５°反射鏡

Claims (10)

  1. 基板上に、多層膜反射鏡で上下をはさまれた共振器構造を備えた垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、上記共振器構造内に、電流注入で発光する活性領域と電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域とを備えており、電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域とは、両者とも、上記共振器構造が有する同一の共振モード波長に対して、利得を有することを特徴とする垂直共振器型面発光半導体レーザ素子。
  2. 基板上に、多層膜反射鏡で上下をはさまれた共振器構造を複数備え、複数の共振器構造が光学的に結合して１つの共振モードを形成する垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、１つの共振器構造内に電流注入で発光する活性領域を備え、他の共振器構造内に電流注入機構を有せず外部励起光によって発光する活性領域を備えており、電流注入で発光する活性領域と外部励起光によって発光する活性領域とは、両者とも、同一の共振モード波長に対して、利得を有することを特徴とする垂直共振器型面発光半導体レーザ素子。
  3. 請求項１または請求項２記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、外部励起光によって発光する活性領域が複数設けられていることを特徴とする垂直共振器型面発光半導体レーザ素子。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、活性領域に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体を含むことを特徴とする垂直共振器型面発光半導体レーザ素子。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子において、電流注入で発光する活性領域は、量子井戸層と障壁層を複数積層した多重量子井戸構造から構成されており、障壁層にｐ型不純物が１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲でドーピングされていることを特徴とする垂直共振器型面発光半導体レーザ素子。
  6. 垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と外部励起光源とを備えた発光装置において、垂直共振器型面発光半導体レーザ素子は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子であって、外部励起光源の波長は、上記垂直共振器型面発光半導体レーザ素子中の外部励起光によって発光する活性領域のバンドギャップに対応する波長と同じかまたは短かい波長であることを特徴とする発光装置。
  7. 請求項６記載の発光装置において、外部励起光源は、半導体レーザであることを特徴とする発光装置。
  8. 請求項７記載の発光装置において、外部励起光源は、垂直共振器型面発光半導体レーザであることを特徴とする発光装置。
  9. 請求項７または請求項８記載の発光装置において、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ素子と、外部励起光源とが、モノリシックに集積化されていることを特徴とする発光装置。
  10. 請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光装置が用いられていることを特徴とする光伝送システム。
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