JP2006278662A - Optical source for optical communication - Google Patents

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Masayoshi Tsuji
正芳 辻
Masaru Hatakeyama
大 畠山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical source which is highly reliable, even if the operating band is raised in a surface light-emitting laser optical source for optical communication. <P>SOLUTION: In the optical source for optical communication for transmitting one signal of a band of at least 5 Gbps, its light projection is constituted of a plurality of vertical resonance type surface light-emitting lasers, disposed within a range of a diameter of at least 100 μm. It has a means for monitoring optical output as the control mechanism of the optical source, a means for determining deterioration of a laser, and a means for switching a drive laser. It drives the surface light emitting laser by switching it one by one. A high-reliability optical source can be obtained by redundancy. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信用光源に関し、特に、いわゆるメトロ・アクセス系光通信や光インターコネクション用に用いられる面型発光レーザ光源に関するものである。   The present invention relates to a light source for optical communication, and more particularly to a surface-emitting laser light source used for so-called metro access system optical communication and optical interconnection.

垂直共振器型の面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)は、端面型レーザに比べて、活性層体積が小さいため、低閾値電流で発振することができ、低消費電力特性を有している。また、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製造面でも多くの利点を有しており、メトロ・アクセス系用や光インターコネクション用光源として、近年活発に開発が進められている(なお、面発光レーザの構造及び特徴については、例えば、「面発光レーザの基礎と応用、共立出版、伊賀及び小山編著、第1、2章」を参照のこと)。   A vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) has a smaller active layer volume than an end surface laser, and can oscillate at a low threshold current, and has low power consumption characteristics. ing. In addition, it has many advantages in terms of manufacturing such as low manufacturing cost, high manufacturing yield, and easy secondary array, and has recently been actively used as a light source for metro access systems and optical interconnections. Developments are underway (for the structure and features of surface-emitting lasers, see, for example, “Fundamentals and Applications of Surface-Emitting Lasers, Kyoritsu Shuppan, Iga and Koyama, Chapters 1 and 2”).

図1に、典型的な面発光レーザの構成図を示す。   FIG. 1 shows a configuration diagram of a typical surface emitting laser.

当該面発光レーザは、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、酸化層1062、上部反射鏡構造1071及び上部電極1101が順次積層された構造となっている。   The surface emitting laser includes a lower electrode 1111, a substrate 1011, a lower reflecting mirror structure 1021, a lower cladding layer 1031, a light emitting layer 1041, an upper cladding layer 1051, an AlAs layer 1061, an oxide layer 1062, an upper reflecting mirror structure 1071, and an upper electrode 1101. Are sequentially stacked.

この構造において、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。   In this structure, the current confinement structure is formed by partially oxidizing the AlAs layer 1061. Since this oxidized region becomes an insulator, a current can be intensively supplied to the active layer region having a width substantially the same as that of the non-oxidized region in the AlAs layer 1061.

図1の構造では、電流狭窄領域の幅により活性層体積が規定され、また横モードの制御がなされる。このとき、当該レーザの駆動(変調)帯域を上げるためには、素子の容量を低減する(すなわち、いわゆるCR制限律速を緩和する)必要があり、上記電流狭窄領域における開口幅を狭くする必要がある。一般的には、変調帯域5Gbpsを得るためには、15μm径程度以下の開口幅に狭小化する必要がある。   In the structure of FIG. 1, the active layer volume is defined by the width of the current confinement region, and the transverse mode is controlled. At this time, in order to increase the driving (modulation) band of the laser, it is necessary to reduce the capacitance of the element (that is, relax the so-called CR limiting rate), and to narrow the opening width in the current confinement region. is there. Generally, in order to obtain a modulation band of 5 Gbps, it is necessary to narrow the aperture width to about 15 μm or less.

上記酸化狭窄構造を有した面発光レーザは、その製作の簡便さから多くの商用素子に適用されている。現状の商用素子は、イーサネット(登録商標)用の1〜2Gbps(bit per second)用や、ファイバチャネル用の4Gbps用素子が主流を占めているが、ブロードバンド或いは超高速コンピューティングの需要から、10Gbpsを超える変調帯域を有する面発光レーザへの期待が大きい。   The surface emitting laser having the oxidized constriction structure has been applied to many commercial devices because of its simplicity of manufacture. The current commercial devices are mainly 1-2Gbps (bit per second) for Ethernet (registered trademark) and 4Gbps for fiber channel, but due to demand for broadband or ultra-high speed computing, 10Gbps There is a great expectation for a surface emitting laser having a modulation band exceeding.

上述のように、面発光レーザの変調帯域を拡張させるためには、酸化狭窄領域における開口径を狭小化する必要がある。   As described above, in order to expand the modulation band of the surface emitting laser, it is necessary to narrow the opening diameter in the oxidized constriction region.

しかしながら、上記酸化狭窄開口径を狭くした場合、面発光レーザの信頼性が大幅に劣化することが知られている(より具体的には、例えば、B. M. Hawkins, et al., “Reliability of Various Size Oxide Aperture VCSELs”, Proceedings of 52nd Electronic Components and Technology Conference, 2002, pp.540-550等を参照)。これは、酸化層と半導体界面の歪み応力により発生した結晶欠陥が活性層へ増殖し、非発光領域を生成するためである(例えば、D. T. Mathes, et al., “Nanoscale Materials Characterization of Degradation in VCSELs”, Proceedings of SPIE, vol. 4994, pp.67-82等を参照)。   However, it is known that the reliability of the surface emitting laser is greatly deteriorated when the diameter of the oxidized constriction aperture is reduced (more specifically, for example, BM Hawkins, et al., “Reliability of Various Size Oxide Aperture VCSELs ”, Proceedings of 52nd Electronic Components and Technology Conference, 2002, pp.540-550 etc.). This is because crystal defects generated by strain stress at the oxide layer and the semiconductor interface propagate to the active layer and generate a non-light emitting region (for example, DT Mathes, et al., “Nanoscale Materials Characterization of Degradation in VCSELs ”, Proceedings of SPIE, vol. 4994, pp. 67-82, etc.).

また、面発光レーザとして最も商用化がなされている、波長0.85μm帯のAlGaAs/GaAs系活性層を用いる素子においては、その材料系の特性から、特に結晶欠陥(転位)の増殖の速度が速いことが知られており、素子の変調帯域を上記5Gbpsより高く拡張させるために酸化狭窄径を狭小化した場合、通信用の仕様に見合う信頼性を維持できなくなるという課題が生じる。   In addition, in an element using an AlGaAs / GaAs active layer having a wavelength of 0.85 μm, which is most commercialized as a surface emitting laser, the rate of growth of crystal defects (dislocations) is particularly high due to the characteristics of the material system. It is known to be fast, and when the oxidized constriction diameter is narrowed in order to expand the modulation band of the element higher than the above 5 Gbps, there arises a problem that the reliability corresponding to the specification for communication cannot be maintained.

この点、上述のように、面発光レーザの信頼性は、その酸化狭窄構造に起因する結晶欠陥の増殖に大きく支配されており、デバイス単体での信頼性改善は、構造が最適化されたとしても限界がある。   In this regard, as described above, the reliability of a surface emitting laser is largely governed by the growth of crystal defects due to its oxidized constriction structure, and the improvement in reliability of a single device is because the structure is optimized. There is a limit.

そこで、面発光レーザ単体の信頼性改善が制限されるときに、複数のレーザを用いた冗長度を付加することにより、光源としての信頼性を数桁改善する方法がある。通常の端面レーザにおいて冗長度を付加した例は、例えば下記特許文献1に開示されている。
特開2000−196184号公報
Therefore, there is a method of improving the reliability as a light source by several orders of magnitude by adding redundancy using a plurality of lasers when the improvement in the reliability of a single surface emitting laser is limited. An example in which redundancy is added to a normal end face laser is disclosed in, for example, Patent Document 1 below.
JP 2000-196184 A

図2は、上記特許文献1に開示されたレーザダイオードモジュールの構成例である。当該レーザダイオードモジュール2201は、レーザダイオード(LD)2211,2212及びフォトダイオード(PD)2213,2214が対で構成され、一方のLD光出力をPDで常時モニタし、一方のLDの劣化を制御回路2215、切替回路2216及び電流加算回路2217を用いて検知し、その劣化が検出された時点で他方のLDへ切替を行う構成になっている。このとき、各LDの出力はプリズム等の光学部品2218を用いて光ファイバ2100のコア2101に結合できる形態となっている。   FIG. 2 is a configuration example of the laser diode module disclosed in Patent Document 1. The laser diode module 2201 includes a pair of laser diodes (LD) 2211 and 2212 and photodiodes (PD) 2213 and 2214. One LD light output is constantly monitored by the PD, and deterioration of one LD is controlled. 2215, the switching circuit 2216, and the current addition circuit 2217 are used for detection, and when the deterioration is detected, switching to the other LD is performed. At this time, the output of each LD can be coupled to the core 2101 of the optical fiber 2100 using an optical component 2218 such as a prism.

しかしながら、図2に示されるモジュール構成は、各単体部品をカンパッケージ内に実装した形態であり、実装の煩雑さ、部品点数の多さに課題がある。これらは、コストを上げる要因となり、低コストを要求されるメトロ・アクセス系光源には見合わない。また、信頼性に関しても、一冗長度付加の効果はあるが、LD2211及び2212が2個とも劣化した場合、寿命を迎えることになる。加えて、LD劣化時に過電流が流れた場合、制御回路2215、切替回路2216及び電流加算回路2217等に損傷を与え、モジュール全体が劣化する懸念がある。   However, the module configuration shown in FIG. 2 is a form in which each single component is mounted in a can package, and there are problems in the complexity of mounting and the number of components. These increase costs and are not suitable for metro access light sources that require low costs. In addition, with regard to reliability, there is an effect of adding one degree of redundancy, but when both the LDs 2211 and 2212 are deteriorated, the service life is reached. In addition, if an overcurrent flows when the LD is degraded, the control circuit 2215, the switching circuit 2216, the current addition circuit 2217, and the like may be damaged, and the entire module may be degraded.

そこで、本発明は上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、帯域5Gbps以上の広帯域の光通信において、信頼性が極めて高く且つ低コストの光源を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable and low-cost light source in broadband optical communication with a bandwidth of 5 Gbps or more.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、少なくとも帯域5Gbps以上の光通信に用いられるレーザ光を出射する光通信用光源において、少なくとも直径100μmの範囲内に集積化されて配置され、夫々に前記レーザ光を出射する垂直共振型の複数の面発光レーザと、各前記面発光レーザのいずれかから出射された前記レーザ光の出力をモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて各前記面発光レーザにおける劣化の状態を判定する判定手段と、前記判定された劣化状態に基づいて、各前記面発光レーザを一つずつ順次切り替えて駆動する切替駆動手段と、を備える。   In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is an optical communication light source that emits laser light used for optical communication of at least a bandwidth of 5 Gbps or more, and is integrated within a range of at least 100 μm in diameter. A plurality of vertical cavity surface emitting lasers that are arranged and each emit the laser beam, a monitor unit that monitors the output of the laser beam emitted from any one of the surface emitting lasers, and the monitor unit Determining means for determining the state of deterioration in each surface emitting laser based on a monitoring result; and switching drive means for sequentially switching and driving each of the surface emitting lasers one by one based on the determined deterioration state; Is provided.

上記の課題を解決するために、請求項2に記載の発明は、少なくとも帯域5Gbps以上の光通信に用いられるレーザ光を出射する光通信用光源において、少なくとも直径100μmの範囲内に集積化されて配置され、夫々に前記レーザ光を出射する垂直共振型の複数の面発光レーザと、各前記面発光レーザのいずれかから出射された前記レーザ光の出力をモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて各前記面発光レーザにおける劣化の状態を判定する判定手段と、前記判定された劣化状態に基づいて、各前記面発光レーザの少なくとも二つ以上を同時駆動させる切替駆動手段であって、当該駆動されている個々の面発光レーザの出力値を予め設定された値以下に抑制しながら且つ当該各出力値の総和を前記帯域の光通信が可能となる値以上に保持しつつ各前記面発光レーザを駆動する切替駆動手段と、を備える。   In order to solve the above problems, the invention described in claim 2 is an optical communication light source that emits laser light used for optical communication of at least a bandwidth of 5 Gbps or more, and is integrated within a range of at least 100 μm in diameter. A plurality of vertical cavity surface emitting lasers that are arranged and each emit the laser beam, a monitor unit that monitors the output of the laser beam emitted from any one of the surface emitting lasers, and the monitor unit Determining means for determining a deterioration state of each surface emitting laser based on a monitor result; and switching drive means for simultaneously driving at least two of the surface emitting lasers based on the determined deterioration state. Thus, while suppressing the output value of each driven surface emitting laser to be equal to or less than a preset value, the sum of the output values is optical communication in the band. While retaining become greater than or equal to allow for driving each said surface emitting laser includes a switching driving means.

上記の課題を解決するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の光通信用光源において、前記モニタ手段が、各前記面発光レーザ全ての出力値をモニタ可能な受光面積を有し、且つ、当該各面発光レーザの光出射側と反対側に配置されて構成されている。   In order to solve the above problems, the invention according to claim 3 is the optical communication light source according to claim 1 or 2, wherein the monitor means can monitor the output values of all the surface emitting lasers. It has a light receiving area and is arranged on the side opposite to the light emitting side of each surface emitting laser.

上記の課題を解決するために、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の光通信用光源において、複数の前記面発光レーザの駆動電極が各々独立して形成されており、各前記駆動電極に夫々対応する通電経路上にヒューズ手段が夫々形成されている。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 is the light source for optical communication according to any one of claims 1 to 3, wherein the drive electrodes of the plurality of surface emitting lasers are independent of each other. Fuse means are respectively formed on energization paths corresponding to the drive electrodes.

上記の課題を解決するために、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の光通信用光源において、前記ヒューズ手段が、金属の酸化還元作用を利用した電圧印加による可逆性スイッチにより形成されている。   In order to solve the above-mentioned problem, according to a fifth aspect of the present invention, in the light source for optical communication according to the fourth aspect, the fuse means is a reversible switch by voltage application utilizing a metal redox action. Is formed.

上記の課題を解決するために、請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の光通信用光源において、各前記面発光レーザが、第一導電型の基板上に、第一導電型のDBR(Distributed Bragg Reflector)層、活性層、第二導電型のDBR層が順次積層され、且つ電流狭窄部が前記第一導電型のDBR層又は前記第二導電型のDBR層のいずれか一方と前記活性層との間に配置されて構成されており、当該電流狭窄部が、隣接した前記面発光レーザの間に形成されたトレンチの端面から、前記レーザ光の出射方向に対して垂直な方向へ酸化された酸化層で形成されており、更に前記トレンチが、各前記面発光レーザ間の結晶欠陥増殖を遮断する素子分離構造を備える。   In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 6 is the optical communication light source according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the surface emitting lasers is a first conductivity type substrate. A first conductivity type DBR (Distributed Bragg Reflector) layer, an active layer, and a second conductivity type DBR layer are sequentially stacked on the first conductivity type DBR layer or the second conductivity type. Between the active layer and the current confinement portion from the end face of the trench formed between the adjacent surface emitting lasers. The trench is formed of an oxide layer that is oxidized in a direction perpendicular to the emission direction, and the trench further includes an element isolation structure that blocks crystal defect growth between the surface emitting lasers.

上記の課題を解決するために、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の光通信用光源において、前記酸化層が、前記トレンチの端面及び前記面発光レーザの表面からエッチングにより形成された穴の端面から前記垂直な方向へ酸化された当該酸化層で形成されている。   In order to solve the above-described problem, according to a seventh aspect of the present invention, in the optical communication light source according to the sixth aspect, the oxide layer is formed by etching from an end surface of the trench and a surface of the surface emitting laser. It is formed of the oxide layer oxidized in the perpendicular direction from the end face of the formed hole.

そして、上述した夫々の構成により、本発明では、複数の面発行レーザを集積化された状態で備え、更にそれらの劣化状態に応じて切り替えて駆動するので、帯域5Gbps以上の広帯域の光通信において、信頼性が極めて高く且つ低コストの光源を提供できる。   And by each structure mentioned above, in this invention, since it provides in the state which integrated several surface emitting laser, and also switches and drives according to those deterioration states, in the broadband optical communication of the band 5Gbps or more It is possible to provide a light source with extremely high reliability and low cost.

以上説明したように、本発明によれば、複数の面発光レーザを一つずつ切り替えて駆動する形式、或いは当該複数の面発光レーザのうち二つ以上を同時に駆動させ、各レーザ出力を抑制する形式を採ること、また、それを可能とする素子形態、制御形態を内包していることにより、少なくとも帯域5Gbps以上の特性を持つ複数の面発光レーザからなる光通信用光源において、極めて高い信頼性を得ることができる。   As described above, according to the present invention, a plurality of surface-emitting lasers are switched and driven one by one, or two or more of the plurality of surface-emitting lasers are simultaneously driven to suppress each laser output. In the light source for optical communication consisting of a plurality of surface emitting lasers having characteristics of at least a band of 5 Gbps or more by adopting the form, and including the element form and control form enabling it, extremely high reliability Can be obtained.

更に、高密度集積時において、個々の面発光レーザ自身の信頼性を向上させる構造を有している点もその効果を増大させる意味を持つ。   Furthermore, the fact that it has a structure for improving the reliability of each surface emitting laser itself at the time of high-density integration also has the meaning of increasing its effect.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(I)第1の実施形態
図3を用いて本発明による光通信用光源の第1の実施形態を説明する。
(I) First Embodiment A first embodiment of a light source for optical communication according to the present invention will be described with reference to FIG.

まず、面発光レーザ単体の構成について図3(a)を用いて説明する。   First, the configuration of a single surface emitting laser will be described with reference to FIG.

この面発光レーザ10は基板1上に第一DBR(Distributed Bragg Reflector)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DBR層7が順次積層された構造を有する。加えて、上部電極8が第二DBR層7に電気的に接触し、また下部電極が第一DBR層2に接触している。   The surface emitting laser 10 includes a first DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 2, a first cladding layer 3, an active layer 4, a second cladding layer 5, an oxidation current confinement layer forming layer 6, and a second DBR layer 7 on a substrate 1. Are sequentially stacked. In addition, the upper electrode 8 is in electrical contact with the second DBR layer 7 and the lower electrode is in contact with the first DBR layer 2.

次に、本発明の光通信光源に関し、面発光レーザ10の集積の形態を図3(b)の上面図を用いて説明する。この図3(b)では、四つの面発光レーザ10を直径50μmの範囲内に集積化した形態を採っているが、各面発光レーザ10の光出射部が直径100μmの範囲内に配置されるのであれば、面発光レーザ10の集積個数は制限がない。   Next, regarding the optical communication light source of the present invention, the form of integration of the surface emitting laser 10 will be described with reference to the top view of FIG. In FIG. 3B, the four surface emitting lasers 10 are integrated in a range of 50 μm in diameter, but the light emitting part of each surface emitting laser 10 is arranged in the range of 100 μm in diameter. In this case, the number of surface emitting lasers 10 integrated is not limited.

具体的な構成としては、四つの面発光レーザ10が中央部に配置され、上部電極8から引き出された上部電極パッド11と、下部電極9から引き出された下部電極パッド12と、が、四つの面発光レーザ10を取り囲む形で配置されている。   As a specific configuration, four surface emitting lasers 10 are arranged in the center, and an upper electrode pad 11 drawn from the upper electrode 8 and a lower electrode pad 12 drawn from the lower electrode 9 are divided into four parts. The surface emitting laser 10 is disposed so as to surround it.

更に、本発明の光通信用光源としてのレーザモジュール18は、面発光レーザ10を集積して配置した基板13を、フレキ基板15にフリップチップ実装して完成する。その実施例側面図を図4に示す。このとき、集積基板13は、各面発光レーザ10からのレーザ光がフレキ基板15側になるように、バンプ電極14を介して、フレキ基板15上の配線と電気的に接触して配置される。   Further, the laser module 18 as a light source for optical communication according to the present invention is completed by flip-chip mounting the substrate 13 on which the surface emitting laser 10 is integrated and arranged on the flexible substrate 15. A side view of the embodiment is shown in FIG. At this time, the integrated substrate 13 is disposed in electrical contact with the wiring on the flexible substrate 15 via the bump electrodes 14 so that the laser light from each surface emitting laser 10 is on the flexible substrate 15 side. .

ここで、集積基板13から出力されるレーザ光は、透明なフレキ基板15を通過し、全てファイバ16のコア17に直接結合される。これにより、レンズ等の付加的な光学部品無しに光源を形成することができ、低コスト光源を実現できる。また、フレキ基板15上には、制御回路19、切替回路20、及び電流加算回路21等が形成されており、各面発光レーザ10と電気的に結合される。   Here, the laser light output from the integrated substrate 13 passes through the transparent flexible substrate 15 and is directly coupled to the core 17 of the fiber 16. Thereby, a light source can be formed without additional optical components such as a lens, and a low-cost light source can be realized. A control circuit 19, a switching circuit 20, a current addition circuit 21, and the like are formed on the flexible substrate 15 and are electrically coupled to each surface emitting laser 10.

次に、図3(a)に示した面発光レーザ10二つ分の製法につき、図5及び図6を用いて説明する。なお、以下の説明は、短波長レーザ装置の例であり、発振波長約0.85μmとなる材質を選択している。   Next, a manufacturing method for two surface emitting lasers 10 shown in FIG. 3A will be described with reference to FIGS. The following description is an example of a short wavelength laser device, and a material having an oscillation wavelength of about 0.85 μm is selected.

まず、図5(a)に示すように、n型GaAs基板1上に、n型Al0.2Ga0.8As層とn型Al0.9Ga0.1As層の一対を基本単位とするDBR(n型半導体ミラー層)を複数積層した第一DBR層2、n型Al0.3Ga0.7Asの第一クラッド層3、ノンドープAl0.2Ga0.8As量子井戸とGaAs障壁層からなる活性層4、p型Al0.3Ga0.7Asの第二クラッド層5、p型AlGa1−xAs(ただし0<x<1)の酸化電流狭窄部形成層6、p型Al0.2Ga0.8As層とp型Al0.9Ga0.1As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DBR層7を、有機金属気相成長(MOCVD)法にて順次積層する(工程1)。もちろん、分子線エピタキシー成長(MBE)法等、他の結晶成長方法を用いてもよい。 First, as shown in FIG. 5A, a basic unit of a pair of an n-type Al 0.2 Ga 0.8 As layer and an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer is formed on an n-type GaAs substrate 1. A first DBR layer 2 in which a plurality of DBRs (n-type semiconductor mirror layers) are stacked, a first cladding layer 3 of n-type Al 0.3 Ga 0.7 As, and a non-doped Al 0.2 Ga 0.8 As quantum well And a GaAs barrier layer, a p-type Al 0.3 Ga 0.7 As second cladding layer 5, and a p-type Al x Ga 1-x As (where 0 <x <1) oxidation current confinement portion. The formation layer 6 is a second layer in which a plurality of DBRs (p-type semiconductor mirror layers) having a basic unit of a pair of a p-type Al 0.2 Ga 0.8 As layer and a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer are stacked. The DBR layer 7 is sequentially deposited by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) (step 1). Of course, other crystal growth methods such as molecular beam epitaxy (MBE) may be used.

各々のDBR層2及び7では、高屈折率のAl0.2Ga0.8Asと低屈折率のAl0.9Ga0.1As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となるように設定してある。又は、Al0.2Ga0.8Asの厚みとAl0.9Ga0.1Asの厚みの合計の膜厚(DBR層単位の膜厚)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。 In each of the DBR layers 2 and 7, the film thicknesses of Al 0.2 Ga 0.8 As having a high refractive index and Al 0.9 Ga 0.1 As having a low refractive index are different from each other in the medium. The optical path length is set to be approximately 1/4 of the oscillation wavelength. Alternatively, the total thickness of the Al 0.2 Ga 0.8 As thickness and the Al 0.9 Ga 0.1 As thickness (thickness in units of DBR layers) is set so that the optical path length is ½ of the oscillation wavelength. You may set so that.

次に、図5(b)に示すように、フォトレジスト22−1を第二DBR層7上へ塗布し、円形のレジストマスクを形成する(工程2)。ついで、ドライエッチングにより、第一のクラッド層3の表面が露出するまでエッチングを行い、直径約30μmの円柱状構造を形成する(工程3)。   Next, as shown in FIG. 5B, a photoresist 22-1 is applied onto the second DBR layer 7 to form a circular resist mask (step 2). Next, etching is performed by dry etching until the surface of the first cladding layer 3 is exposed, thereby forming a columnar structure having a diameter of about 30 μm (step 3).

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4)。これにより、図6(a)に示すように、電流狭窄部形成層6が円環状に選択的に酸化される。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10μmの非酸化領域6−1が形成される。   Then, heating is performed at a temperature of about 400 ° C. for about 10 minutes in a furnace in a steam atmosphere (step 4). As a result, as shown in FIG. 6A, the current confinement portion forming layer 6 is selectively oxidized in an annular shape. By this oxidation, a non-oxidized region 6-1 having a diameter of about 10 μm is formed in the central portion of the current confinement portion forming layer 6.

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6−1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6−1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。   A configuration formed of the oxidized region and the non-oxidized region 6-1 formed in the current confinement portion forming layer 6 is referred to as a current confinement portion. The current confinement part is provided in order to concentrate the current in the active layer region having substantially the same width as the non-oxidized region 6-1.

さらに図6(b)に示すように、基板表面に、上部電極7形成のため、所定位置のフォトレジスト22−2を形成する(工程5)。そして、図6(c)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8としてチタン(Ti)及び金(Au)を蒸着する(工程6)。その後、フォトレジスト22−2を除去してリフトオフすることにより、図7(a)に示すように上部電極8が形成される(工程7)。   Further, as shown in FIG. 6B, a photoresist 22-2 at a predetermined position is formed on the substrate surface to form the upper electrode 7 (step 5). Then, as shown in FIG. 6C, titanium (Ti) and gold (Au) are vapor-deposited as an electrode 8 on the entire surface of the substrate on which the columnar structure is formed (step 6). Thereafter, the photoresist 22-2 is removed and lifted off, whereby the upper electrode 8 is formed as shown in FIG. 7A (step 7).

最後に、同様の工程を経て、図7(b)に示すように、第一DBR層2上へ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9を形成する(工程8)。   Finally, through the same process, as shown in FIG. 7B, an AuGe (germanium) alloy is deposited on the first DBR layer 2 and heated to be alloyed to form the lower electrode 9 (process). 8).

図5乃至図7では、二つの面発光レーザ10が同一基板上で形成されていく様子を示したが、前述のように、集積する面発光レーザ10の個数は、光出射部が直径100μmの範囲内に配置されるのであれば、その集積個数に制限はない。また、集積される面発光レーザ10の個数によらず、図5乃至図7に示した構成で多数個の面発光レーザ10を同時に形成できる。   FIGS. 5 to 7 show how two surface emitting lasers 10 are formed on the same substrate. As described above, the number of surface emitting lasers 10 to be integrated is such that the light emitting portion has a diameter of 100 μm. There is no limitation on the number of stacked elements as long as they are arranged within the range. In addition, regardless of the number of surface emitting lasers 10 to be integrated, a large number of surface emitting lasers 10 can be formed simultaneously with the configuration shown in FIGS.

以上の製法により得られた図3のレーザモジュール18は、集積された複数の面発光レーザ10を一つずつ順次切り替えて駆動される。このとき、面発光レーザ10単体の信頼性は、前述のように結晶欠陥等の増殖によりある寿命を有するが、各面発光レーザ10からの出力光を常時モニタし、その出力低下が予め設定されている閾値を下回った時点を制御回路19において判断し、切替回路20の作動により別の面発光レーザ10を駆動する。この構成により、例えばn個の面発光レーザを集積した場合は、面発光レーザ10単体の寿命のn乗倍の信頼性を得ることができる。   The laser module 18 of FIG. 3 obtained by the above manufacturing method is driven by sequentially switching a plurality of integrated surface emitting lasers 10 one by one. At this time, the reliability of the surface emitting laser 10 alone has a certain lifetime due to proliferation of crystal defects and the like as described above, but the output light from each surface emitting laser 10 is constantly monitored and the output reduction is preset. The control circuit 19 determines when the threshold value falls below the threshold value, and the switching circuit 20 operates to drive another surface emitting laser 10. With this configuration, for example, when n surface emitting lasers are integrated, it is possible to obtain a reliability n times the life of the surface emitting laser 10 alone.

(II)第2の実施形態
本発明による光通信用光源の第2の実施形態を説明する。
(II) Second Embodiment A second embodiment of the light source for optical communication according to the present invention will be described.

該光源の構造及び製造方法は、図3乃至図7を用いて説明した内容と同一である。第1の実施形態との相違点は、各面発光レーザ10の駆動方法である。第2の実施形態では、集積された面発光レーザ10は、少なくとも二つ以上を同時に駆動させる。複数の面発光レーザ10からの出力光の総和は、一つのモニタで常時監視され、該出力光の総和が一定を保つように制御回路19からフィードバック信号を出し、各面発光レーザ10へ供給される駆動電流を制御する。   The structure and manufacturing method of the light source are the same as those described with reference to FIGS. The difference from the first embodiment is the driving method of each surface emitting laser 10. In the second embodiment, at least two integrated surface emitting lasers 10 are driven simultaneously. The total output light from the plurality of surface emitting lasers 10 is constantly monitored by one monitor, and a feedback signal is output from the control circuit 19 so that the total sum of the output lights is kept constant, and is supplied to each surface emitting laser 10. Control the drive current.

この第2の実施形態では、複数の面発光レーザ10の出力光の総和が、所定の光強度を有すれば良く、言い換えれば、各面発光レーザ10の出力は、面発光レーザ10単体の場合より、集積数だけ小さくすることができる。よって、構成する面発光レーザ10単体の寿命は大幅に改善できる。   In the second embodiment, the sum of the output lights of the plurality of surface emitting lasers 10 only needs to have a predetermined light intensity. In other words, the output of each surface emitting laser 10 is the case of the surface emitting laser 10 alone. Thus, the number of integration can be reduced. Therefore, the lifetime of the surface emitting laser 10 that constitutes it can be greatly improved.

また、構成する面発光レーザ10の一個が偶発劣化で発光不能になったとしても、残りの複数個の面発光レーザ10の出力を僅かに増加させれば補完可能であり、レーザモジュール全体の信頼性は極めて高くなる。   Further, even if one of the constituent surface emitting lasers 10 becomes unable to emit light due to accidental deterioration, it can be supplemented by slightly increasing the outputs of the remaining plurality of surface emitting lasers 10, and the reliability of the entire laser module can be compensated. The sex is extremely high.

更に、同時に駆動する複数個の面発光レーザ10をA群とすると、集積可能数によっては、B群、C群等他の面発光レーザ10の群を形成することが可能であり、各群を冗長度と捉えると、第1の実施形態で説明した効果が、該群間で同様に適用できる。   Furthermore, when a plurality of surface emitting lasers 10 that are driven simultaneously are set as group A, other groups of surface emitting lasers 10 such as group B and group C can be formed depending on the number that can be integrated. If considered as redundancy, the effect described in the first embodiment can be similarly applied between the groups.

(III)第3の実施形態
図8を用いて本発明によるレーザモジュールの第3の実施形態を説明する。図8は、当該レーザモジュール18の断面図である。配置された複数の面発光レーザ10全ての光出力(出射側反対側の漏れ光出力を検知)をモニタできるように、対応する受光面積径を持つフォトダイオード(PD)301が、各面発光レーザ10の裏面側に配置されている。
(III) Third Embodiment A third embodiment of the laser module according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the laser module 18. A photodiode (PD) 301 having a corresponding light receiving area diameter is provided for each surface emitting laser so that the light output of all of the plurality of surface emitting lasers 10 arranged (detecting leakage light output on the opposite side of the emission side) can be monitored. 10 on the back side.

このモニタ用のフォトダイオード301により、第1の実施形態では、駆動する一つの面発光レーザ10の出力を検知し、また第2の実施形態では、駆動する複数の面発光レーザ10の出力の総和を検知し、各光出力の低下を検知した場合、前者においては、切替回路20で駆動対象の面発光レーザ10を切替え、また、後者においては、光出力が一定となるように、制御回路19から各面発光レーザ10の駆動電流を制御する。   In the first embodiment, the monitor photodiode 301 detects the output of one surface-emitting laser 10 to be driven, and in the second embodiment, the sum of the outputs of the plurality of surface-emitting lasers 10 to be driven. In the former case, the surface emitting laser 10 to be driven is switched by the switching circuit 20, and in the latter case, the control circuit 19 is set so that the light output is constant. The driving current of each surface emitting laser 10 is controlled.

(IV)第4の実施形態
図9を用いて本発明によるレーザモジュールの第4の実施形態を説明する。図9は、当該レーザモジュールにおいて、各面発光レーザ10への電流経路にヒューズ部302を具備した四素子集積構成の上面図である。各面発光レーザ10の上部電極8への配線の一部がヒューズ機能を有する材料でヒューズ部302が形成されており、ある電流以上の値が流れると断線する構成になっている。
(IV) Fourth Embodiment A fourth embodiment of the laser module according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a top view of a four-element integrated configuration in which the fuse portion 302 is provided in the current path to each surface emitting laser 10 in the laser module. A part of the wiring to the upper electrode 8 of each surface emitting laser 10 is formed with a fuse portion 302 made of a material having a fuse function, and is disconnected when a value exceeding a certain current flows.

上述したように、面発光レーザ10の劣化は、上記結晶欠陥が活性層に増殖して発光効率が低下することに起因する。この結果、故障の形態として、素子が断線する場合と短絡する場合が存在する。第1の実施形態で説明したように、駆動される面発光レーザ10の発光効率の低下は、モニタで常時検知され、ある閾値で駆動対象の面発光レーザ10が切り替えられる。しかしながら、突発劣化で瞬時に上記短絡モードになった場合、或いは第2の実施形態のように複数の面発光レーザ10を同時に駆動させている場合、過電流通電により、他の素子の破壊、或いは電流値低下等により、全ての素子特性に影響を及ぼす可能性がある。   As described above, the deterioration of the surface emitting laser 10 is caused by the fact that the crystal defects grow in the active layer and the light emission efficiency is lowered. As a result, there are cases where the element is disconnected or short-circuited as a form of failure. As described in the first embodiment, a decrease in the light emission efficiency of the surface emitting laser 10 to be driven is always detected by the monitor, and the surface emitting laser 10 to be driven is switched at a certain threshold. However, when the short-circuit mode is instantaneously caused by sudden deterioration, or when a plurality of surface-emitting lasers 10 are driven simultaneously as in the second embodiment, destruction of other elements due to overcurrent conduction, or There is a possibility that all element characteristics may be affected by a decrease in current value.

上記図9の構成によれば、一つの面発光レーザ10が劣化、短絡した場合でも、その通電経路をヒューズ部302により断線させることができるので、他の素子への特性劣化の伝搬を遮断することができる。よって、個々の面発光レーザ10固有の信頼性を維持でき、加えて、第1及び第2の実施形態で説明した作用により、レーザモジュールの高信頼性を達成することができる。   According to the configuration of FIG. 9, even when one surface emitting laser 10 is deteriorated or short-circuited, the energization path can be disconnected by the fuse portion 302, so that propagation of characteristic deterioration to other elements is blocked. be able to. Therefore, the reliability unique to each surface emitting laser 10 can be maintained, and in addition, high reliability of the laser module can be achieved by the operation described in the first and second embodiments.

本実施の形態においては、図3を用いて説明した第1の実施形態と同様のプロセス工程により、図9の構成を得ることができる。ここで、その相違点は、図6(b)、図6(c)及び図7(a)における上部電極8の形成を二回繰り返し、該通電用電極とヒューズ部302とを分けて形成する点にある。このヒューズ部302の材料は、例えばAlで形成される(線幅により断線電流値を規定)が、ヒューズ機能を有する材料であれば、いずれも適用可能である。   In the present embodiment, the configuration of FIG. 9 can be obtained by the same process steps as those of the first embodiment described with reference to FIG. Here, the difference is that the formation of the upper electrode 8 in FIGS. 6B, 6C and 7A is repeated twice, and the energization electrode and the fuse portion 302 are formed separately. In the point. The material of the fuse portion 302 is formed of, for example, Al (the disconnection current value is defined by the line width), but any material is applicable as long as it has a fuse function.

(V)第5の実施形態
図10及び図11を用いて本発明によるレーザモジュールの第5の実施形態を説明する。図9で示した第4の実施形態との違いは、図10のように、ヒューズ部302が各面発光レーザ10−1の上部に一括して形成されている点、及び該構成が金属の酸化還元作用を利用した、電圧印加による可逆性スイッチである点である。
(V) Fifth Embodiment A fifth embodiment of the laser module according to the present invention will be described with reference to FIGS. The difference from the fourth embodiment shown in FIG. 9 is that, as shown in FIG. 10, the fuse portion 302 is collectively formed on the surface of each surface emitting laser 10-1, and the structure is made of metal. This is a reversible switch by applying a voltage utilizing an oxidation-reduction action.

この可逆性スイッチの構成、特性について、図11を用いて説明する。図11(a)はその構成図である。例えば、Cu、CuS及びTiの金属多層構造からなる。初期状態において、通電経路が形成された状態にしておく。この経路形成は、金属CuをCu+としてCuS内に溶け込ませ、金属Ti表面で還元反応を生じさせることにより、CuS内のCu+を金属Cuとして析出させることにより、金属架橋を形成し実現できる。この通電状態での使用において、面発光レーザ10の突発劣化が生じた場合、該スイッチに印加される電圧が急上昇し、スイッチはOFF状態となる。これは、上記と逆現象(酸化)により、金属架橋が消滅するために生じる。電圧印加時のスイッチの動作特性の例を図11(b)に示す。 The configuration and characteristics of this reversible switch will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a configuration diagram thereof. For example, it consists of a metal multilayer structure of Cu, Cu 2 S and Ti. In the initial state, the energization path is formed. This pathway is formed by dissolving metal Cu as Cu + in Cu 2 S and causing a reduction reaction on the surface of the metal Ti to precipitate Cu + in Cu 2 S as metal Cu, thereby forming a metal bridge. realizable. When the surface emitting laser 10 is suddenly deteriorated during use in this energized state, the voltage applied to the switch rapidly rises and the switch is turned off. This occurs because metal bridges disappear due to the reverse phenomenon (oxidation). An example of the operating characteristics of the switch when a voltage is applied is shown in FIG.

上記可逆性スイッチの構成材料は、Cu、CuS及びTiの金属多層構造を用いた説明したが、同様の効果を持つ材料であれば、いずれも適用可能である。 The constituent material of the reversible switch has been described using a metal multilayer structure of Cu, Cu 2 S and Ti, but any material can be applied as long as it has the same effect.

(VI)第6の実施形態
図12を用いて本発明によるレーザモジュールの第6及び第7の実施形態を説明する。当該光源が複数の面発光レーザ10から構成されることが基本構成であるが、その光出射部を少なくとも直径100μm以内の範囲に配置し、且つ、面発光レーザ10の集積数をできるだけ多く採ると、隣接する素子間が狭くなり、その構成上及び素子特性上で新たなる課題が生じる。それを回避する構成が、第6の実施形態である。
(VI) Sixth Embodiment The sixth and seventh embodiments of the laser module according to the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration is that the light source is composed of a plurality of surface-emitting lasers 10. However, if the light emitting portion is arranged in a range of at least a diameter of 100 μm and the number of surface-emitting lasers 10 integrated is as large as possible. The gap between adjacent elements becomes narrow, and a new problem arises in terms of its configuration and element characteristics. The configuration for avoiding this is the sixth embodiment.

すなわち、第5の実施形態までは、面発光レーザ10は円筒状に形成された構造であったが、この構造では、活性層で発生した熱が空気に伝わりにくく、円筒構造内に蓄えられる傾向がある。これにより、素子内部の温度が高くなり、結晶欠陥の増殖を促進するように働く。   That is, until the fifth embodiment, the surface emitting laser 10 has a cylindrical structure. However, in this structure, heat generated in the active layer is difficult to be transmitted to the air and tends to be stored in the cylindrical structure. There is. As a result, the temperature inside the device increases, and it works to promote the growth of crystal defects.

そこで、図12は、四つの面発光レーザ10を集積化した時の上面図である。上記円筒構造に代えていわゆるプレーナ構造とし、酸化狭窄層を形成するために、トレンチ(溝)304を形成して、その端面から水平方向(図12紙面方向)に酸化が可能な構造となっている。このトレンチ以外の部分は水平方向に半導体層が連続しているため、この部分を通じて熱が拡散され、面発光レーザ10の活性層温度を低減することができる。これにより、素子の信頼性を向上させることができる。また、隣接する素子間では、トレンチ304が共用されている。このことは以下の二点の効果がある。一つは、酸化層と半導体界面の面積低減である。この間の応力歪みが結晶欠陥導入の主因の一つであり、トレンチ304の数の低減は、上記面積低減の効果を持つ。もう一つは、省スペース化により、面発光レーザの集積数を多くできる点である。   FIG. 12 is a top view when the four surface emitting lasers 10 are integrated. Instead of the cylindrical structure, a so-called planar structure is used, and a trench (groove) 304 is formed in order to form an oxidized constriction layer, and the structure can be oxidized in the horizontal direction (the paper surface direction in FIG. 12). Yes. Since the semiconductor layer is continuous in the horizontal direction in the portion other than the trench, the heat is diffused through this portion, and the active layer temperature of the surface emitting laser 10 can be reduced. Thereby, the reliability of an element can be improved. Further, the trench 304 is shared between adjacent elements. This has the following two effects. One is to reduce the area of the oxide layer and the semiconductor interface. Stress strain during this period is one of the main causes of introducing crystal defects, and the reduction in the number of trenches 304 has the effect of reducing the area. Another is that the number of surface emitting lasers can be increased by saving space.

また、第6の実施形態では、各トレンチ304の長さが、面発光レーザの発光径より長く、素子分離構造として機能することを特長とする。この素子分離構造とは、一つの発光径303から発生する熱が隣接の発光径303と直線で結ばれることを遮断し、熱的クロストークの発生を抑える効果を持つ。これにより、第2の実施形態のように、複数の面発光レーザ10を同時に駆動し、且つ、高密度に各面発光レーザ10が配置された場合でも、熱干渉を遮断できるため、面発光レーザ10としての信頼性を高く保つことができる。   The sixth embodiment is characterized in that the length of each trench 304 is longer than the emission diameter of the surface emitting laser and functions as an element isolation structure. This element isolation structure has an effect of blocking the heat generated from one light emission diameter 303 from being connected to the adjacent light emission diameter 303 by a straight line and suppressing the occurrence of thermal crosstalk. Thus, as in the second embodiment, even when the plurality of surface emitting lasers 10 are simultaneously driven and the surface emitting lasers 10 are arranged at a high density, the thermal interference can be cut off. The reliability as 10 can be kept high.

(VII)第7の実施形態
図13を用いて本発明によるレーザモジュールの第7の実施形態を説明する。図12との相違点は、隣接する素子間のトレンチ304以外は、面発光レーザの発光部303の外周に配置された複数の穴305を酸化のために形成している点である。前述のように、面発光レーザ10の活性層で発生する熱は、隣接する面発光レーザ10からの熱と干渉しないこと、且つ、発生熱を速やかに拡散させることが、素子信頼性の点から重要である。隣接素子間を共用トレンチ304とする利点は前述したが、それ以外は、熱放散を促進する上で、できる限りプレーナ構造の方が望ましい。よって、上記穴305を配置することのより、その要請を可能としている。
(VII) Seventh Embodiment A seventh embodiment of the laser module according to the present invention will be described with reference to FIG. A difference from FIG. 12 is that a plurality of holes 305 arranged on the outer periphery of the light emitting portion 303 of the surface emitting laser are formed for oxidation except for the trench 304 between adjacent elements. As described above, the heat generated in the active layer of the surface emitting laser 10 does not interfere with the heat from the adjacent surface emitting laser 10 and the generated heat is diffused quickly from the viewpoint of device reliability. is important. The advantages of using the shared trench 304 between adjacent elements have been described above. Other than that, a planar structure is desirable as much as possible to promote heat dissipation. Therefore, the request is made possible by arranging the hole 305.

以上、第1乃至第7の実施形態の説明を行った。しかし、本発明は、これら各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、前述の実施例においては、活性層の材料としてノンドープGaAsやノンドープAl0.2Ga0.8As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光通信用光源を構成することもできるし、また、InGaP、AlGaInPなどの可視光源にも適用できる。 The first to seventh embodiments have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations and methods specifically shown in these embodiments, and various variations are conceivable as long as they are within the spirit of the invention. For example, in the above-described embodiment, non-doped GaAs or non-doped Al 0.2 Ga 0.8 As is used as the material of the active layer. However, the present invention is not limited to these, and GaAs or InGaAs is used for near infrared. The optical communication light source can also be configured, and can also be applied to visible light sources such as InGaP and AlGaInP.

また、InP基板上のInGaAsPや、GaAs基板上のGaInNAs、GaAsSb等を用いて長波帯光源を構成することもでき、さらには、GaN系やZnSe系等を用いて青色または紫外線用光源を構成することができる。   In addition, a long wave band light source can be configured using InGaAsP on an InP substrate, GaInNAs, GaAsSb, or the like on a GaAs substrate, and further, a blue or ultraviolet light source can be configured using a GaN system, a ZnSe system, or the like. be able to.

また、これらの活性層の材料に応じて、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を適宜選択、設定できることはいうまでもない。   In addition, it goes without saying that the material and composition of other layers including the DBR layer and the thickness of each layer including the number of periods of the DBR layer can be appropriately selected and set according to the materials of these active layers.

第1乃至第7の実施形態における本発明のレーザモジュールでは、電流狭窄部の酸化領域はアルミニウム(Al)が酸化する構成となっているが、Alに限るものではなく、酸化した場合に非酸化領域に比べ電気抵抗が大幅に増大(絶縁体となれば望ましい)し、かつ高次横モード光の発振を低減することができる物質であればよい。   In the laser modules of the first to seventh embodiments of the present invention, the oxidized region of the current confinement portion is configured to oxidize aluminum (Al), but is not limited to Al, and is not oxidized when oxidized. Any material can be used as long as the electrical resistance is significantly increased as compared with the region (desirably, an insulator is used) and oscillation of high-order transverse mode light can be reduced.

従来の面発光レーザの断面図である。It is sectional drawing of the conventional surface emitting laser. 従来のレーザダイオードモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the conventional laser diode module. 本発明の第1及び第2の実施形態であるレーザモジュールの面発光レーザ単体の断面図(a)、面発光レーザ4素子を集積した形態の上面図(b)である。It is sectional drawing (a) of the surface emitting laser single-piece | unit of the laser module which is the 1st and 2nd embodiment of this invention, and the top view (b) of the form which integrated the surface emitting laser 4 element. 本発明の第1及び第2の実施形態であるレーザモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the laser module which is the 1st and 2nd embodiment of this invention. 本発明の第1及び第2の実施の形態における面発光レーザ部分の製造工程を示す模式図(I)である。It is a schematic diagram (I) which shows the manufacturing process of the surface emitting laser part in the 1st and 2nd embodiment of this invention. 本発明の第1及び第2の実施の形態における面発光レーザ部分の製造工程を示す模式図(II)である。It is a schematic diagram (II) which shows the manufacturing process of the surface emitting laser part in the 1st and 2nd embodiment of this invention. 本発明の第1及び第2の実施の形態における面発光レーザ部分の製造工程を示す模式図(III)である。It is a schematic diagram (III) which shows the manufacturing process of the surface emitting laser part in the 1st and 2nd embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態であるレーザモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the laser module which is the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態である集積型面発光素子の部位の上面図である。It is a top view of the site | part of the integrated surface emitting element which is the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態であるレーザモジュールの面発光レーザ単体の断面図である。It is sectional drawing of the surface emitting laser single-piece | unit of the laser module which is the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態であるレーザモジュールの面発光レーザにおける可逆性スイッチの断面図(a)、及び可逆性スイッチの動作を説明する図(b)である。It is sectional drawing (a) of the reversible switch in the surface emitting laser of the laser module which is the 5th Embodiment of this invention, and the figure (b) explaining operation | movement of a reversible switch. 本発明の第6の実施形態であるレーザモジュールの面発光レーザを集積した形態の上面図である。It is a top view of the form which integrated the surface emitting laser of the laser module which is the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態であるレーザモジュールの面発光レーザを集積した形態の上面図である。It is a top view of the form which integrated the surface emitting laser of the laser module which is the 8th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、1011 基板
2 第一DBR層
3 第一クラッド層
4 活性層
5 第2クラッド層
6 酸化電流狭窄部形成層(電流狭窄層)
6−1 非酸化領域
7 第二DBR層
8、1101 上部電極
9、1111 下部電極
10 面発光レーザ(単体)
11 上部電極パッド
12 下部電極パッド
13 集積面発光レーザ
14 バンプ電極
15 フレキ基板
16、2100 光ファイバ
17、2101 コア
18、2201 レーザモジュール
19、2215 制御回路
20、2216 切替回路
22−1、22−2 フォトレジスト
301 モニタ(PD)
302 ヒューズ部
303 面発光レーザの発光径
304 トレンチ
305 穴
1021 下部反射鏡構造
1031 下部クラッド層
1041 発光層
1051 上部クラッド層
1061 AlAs層
1062 酸化層
1071 上部反射鏡構造
2211、2212 LD
2213、2214 PD
2217 電流加算回路
2218 光学部品
1, 1011 Substrate 2 First DBR layer 3 First clad layer 4 Active layer 5 Second clad layer 6 Oxidation current confinement portion formation layer (current confinement layer)
6-1 Non-oxidized region 7 Second DBR layer 8, 1101 Upper electrode 9, 1111 Lower electrode 10 Surface emitting laser (single unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Upper electrode pad 12 Lower electrode pad 13 Integrated surface emitting laser 14 Bump electrode 15 Flexible substrate 16, 2100 Optical fiber 17, 2101, Core 18, 2201 Laser module 19, 2215 Control circuit 20, 2216 Switching circuit 22-1, 22-2 Photoresist 301 Monitor (PD)
302 Fuse part 303 Emission diameter of surface emitting laser 304 Trench 305 Hole 1021 Lower reflector structure 1031 Lower cladding layer 1041 Light emitting layer 1051 Upper cladding layer 1061 AlAs layer 1062 Oxide layer 1071 Upper reflector structure 2211, 2122 LD
2213, 2214 PD
2217 Current adding circuit 2218 Optical component

Claims (7)

少なくとも帯域5Gbps(bit per second)以上の光通信に用いられるレーザ光を出射する光通信用光源において、
少なくとも直径100μmの範囲内に集積化されて配置され、夫々に前記レーザ光を出射する垂直共振型の複数の面発光レーザと、
各前記面発光レーザのいずれかから出射された前記レーザ光の出力をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて各前記面発光レーザにおける劣化の状態を判定する判定手段と、
前記判定された劣化状態に基づいて、各前記面発光レーザを一つずつ順次切り替えて駆動する切替駆動手段と、
を備えることを特徴とする光通信用光源。
In a light source for optical communication that emits laser light used for optical communication of at least a bandwidth of 5 Gbps (bit per second),
A plurality of vertical cavity surface emitting lasers arranged to be integrated within a range of at least 100 μm in diameter and each emitting the laser beam;
Monitoring means for monitoring the output of the laser light emitted from any of the surface emitting lasers;
Determination means for determining a state of deterioration in each of the surface emitting lasers based on a monitoring result by the monitoring means;
Switching driving means for sequentially switching and driving each of the surface emitting lasers one by one based on the determined deterioration state;
A light source for optical communication, comprising:
少なくとも帯域5Gbps以上の光通信に用いられるレーザ光を出射する光通信用光源において、
少なくとも直径100μmの範囲内に集積化されて配置され、夫々に前記レーザ光を出射する垂直共振型の複数の面発光レーザと、
各前記面発光レーザのいずれかから出射された前記レーザ光の出力をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて各前記面発光レーザにおける劣化の状態を判定する判定手段と、
前記判定された劣化状態に基づいて、各前記面発光レーザの少なくとも二つ以上を同時駆動させる切替駆動手段であって、当該駆動されている個々の面発光レーザの出力値を予め設定された値以下に抑制しながら且つ当該各出力値の総和を前記帯域の光通信が可能となる値以上に保持しつつ各前記面発光レーザを駆動する切替駆動手段と、
を備えることを特徴とする光通信用光源。
In a light source for optical communication that emits laser light used for optical communication of at least a bandwidth of 5 Gbps or more,
A plurality of vertical cavity surface emitting lasers arranged in an integrated manner within a range of at least 100 μm in diameter, each emitting the laser beam;
Monitoring means for monitoring the output of the laser light emitted from any of the surface emitting lasers;
Determination means for determining a state of deterioration in each of the surface emitting lasers based on a monitoring result by the monitoring means;
Switching drive means for simultaneously driving at least two or more of each of the surface emitting lasers based on the determined deterioration state, wherein the output value of each of the driven surface emitting lasers is a preset value Switching drive means for driving each of the surface-emitting lasers while suppressing the following and holding the sum of the output values above a value that enables optical communication in the band;
A light source for optical communication, comprising:
請求項1又は2に記載の光通信用光源において、
前記モニタ手段が、各前記面発光レーザ全ての出力値をモニタ可能な受光面積を有し、且つ、当該各面発光レーザの光出射側と反対側に配置されていることを特徴とする光通信用光源。
The light source for optical communication according to claim 1 or 2,
An optical communication characterized in that the monitoring means has a light receiving area capable of monitoring the output values of all the surface emitting lasers, and is disposed on the opposite side of the light emitting side of each surface emitting laser. Light source.
請求項1から3のいずれか一項に記載の光通信用光源において、
複数の前記面発光レーザの駆動電極が各々独立して形成されており、各前記駆動電極に夫々対応する通電経路上にヒューズ手段が夫々形成されていることを特徴とする光通信用光源。
In the light source for optical communications according to any one of claims 1 to 3,
A light source for optical communication, wherein drive electrodes of the plurality of surface emitting lasers are independently formed, and fuse means are formed on energization paths respectively corresponding to the drive electrodes.
請求項4に記載の光通信用光源において、
前記ヒューズ手段が、金属の酸化還元作用を利用した電圧印加による可逆性スイッチにより形成されていることを特徴とする光通信用光源。
The light source for optical communication according to claim 4,
A light source for optical communication, wherein the fuse means is formed by a reversible switch by voltage application utilizing a metal oxidation-reduction action.
請求項1から5のいずれか一項に記載の光通信用光源において、
各前記面発光レーザが、第一導電型の基板上に、第一導電型のDBR(Distributed Bragg Reflector)層、活性層、第二導電型のDBR層が順次積層され、且つ電流狭窄部が前記第一導電型のDBR層又は前記第二導電型のDBR層のいずれか一方と前記活性層との間に配置されて構成されており、
当該電流狭窄部が、隣接した前記面発光レーザの間に形成されたトレンチの端面から、前記レーザ光の出射方向に対して垂直な方向へ酸化された酸化層で形成されており、
更に前記トレンチが、各前記面発光レーザ間の結晶欠陥増殖を遮断する素子分離構造を備えることを特徴とする光通信用光源。
In the light source for optical communications according to any one of claims 1 to 5,
Each of the surface emitting lasers includes a first conductivity type DBR (Distributed Bragg Reflector) layer, an active layer, and a second conductivity type DBR layer sequentially stacked on a first conductivity type substrate, and a current constriction portion It is arranged between one of the first conductivity type DBR layer or the second conductivity type DBR layer and the active layer, and
The current confinement portion is formed of an oxide layer that is oxidized from an end face of a trench formed between adjacent surface emitting lasers in a direction perpendicular to the laser light emission direction,
Furthermore, the said trench is provided with the element isolation structure which interrupts | blocks the crystal defect multiplication between each said surface emitting laser, The light source for optical communications characterized by the above-mentioned.
請求項6に記載の光通信用光源において、
前記酸化層が、前記トレンチの端面及び前記面発光レーザの表面からエッチングにより形成された穴の端面から前記垂直な方向へ酸化された当該酸化層で形成されていることを特徴とする光通信用光源。
The light source for optical communication according to claim 6,
The oxide layer is formed of the oxide layer oxidized in the perpendicular direction from an end face of the trench and an end face of a hole formed by etching from the surface of the surface emitting laser. light source.
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