JP2007081282A - 電気光学素子および光伝送モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの基板上に波長の異なる複数の面発光レーザを備え、簡便に集積化でき、小型化することが容易な電気光学素子および光伝送モジュールを提供する。
【解決手段】 半導体基板１１と、半導体基板１１に形成されており第１波長の光を出射する第１面発光レーザＶＣ１と、半導体基板１１に形成されており第２波長の光を出射する第２面発光レーザＶＣ２と、第１面発光レーザＶＣ１の共振器の構成要素である誘電体ミラー１９と、第２面発光レーザＶＣ２の共振器の構成要素である誘電体ミラー２９と、を有し、第１面発光レーザＶＣ１の上部ミラーと第２面発光レーザＶＣ２の下部ミラーとは、共通の積層構造を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気光学素子および光伝送モジュールに関するものである。

光通信における波長分割多重通信（ＷＤＭ）は、波長の異なる光は互いに干渉しないという光の性質を利用した通信方式であり、１本の光ファイバを用いて波長の異なる複数の光を伝送して通信する方式である。面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、高速動作が可能であり低消費電力であるという特徴を持ち、波長分割多重通信装置の構成部品としても注目されている。また、従来においては、１つの基板上に波長の異なる複数の面発光レーザを形成した電気光学素子が考え出されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２８４２８２号公報

しかしながら、従来の波長分割多重通信に用いられる電気光学素子（半導体光素子）は、光導波路を用いて光結合しているので集積化が困難であり、波長分割多重通信装置の大型化及び製造コストの増大を招いているという問題点があった。

また、特許文献１に記載の電気光学素子は、１つの基板上に波長の異なる複数の面発光レーザを形成しているが、各面発光レーザを構成している複数の層が面発光レーザ毎に異なっている。これにより、特許文献１に記載の電気光学素子では、基板平面から最も離れている面発光レーザの上面までの距離である高さが大きくなる。そこで、特許文献１に記載の電気光学素子を波長分割多重通信装置に用いる場合、集積化が困難であり、装置の大型化及び製造コストの増大を招くという問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、１つの基板上に波長の異なる複数の面発光レーザを備え、簡便に集積化でき、小型化することが容易な電気光学素子および光伝送モジュールの提供を目的とする。
また、本発明は、１つの基板上に波長の異なる複数の面発光レーザを備え、簡便に集積化でき、小型化することが容易であり、さらに簡便に製造することができる電気光学素子および光伝送モジュールの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電気光学素子は、基板と、前記基板に形成されており第１波長の光を出射する第１面発光レーザと、前記基板に形成されており第２波長の光を出射する第２面発光レーザと、前記第１面発光レーザの共振器の構成要素である第１誘電体ミラーと、前記第２面発光レーザの共振器の構成要素である第２誘電体ミラーと、を有し、前記第１面発光レーザの共振器における上部ミラーと前記第２面発光レーザの共振器における下部ミラーとは、共通の積層構造を有することを特徴とする。
本発明によれば、第１面発光レーザの上部ミラーと第２面発光レーザの下部ミラーとが共通の積層構造を有するので、基板の平面を基準として、第１面発光レーザの上部ミラーと第２面発光レーザの下部ミラーとをほぼ同一の高さに配置することができる。そこで、本発明の電気光学素子は、同一基板上において、発光波長の異なる複数の面発光レーザを備えながら、基板平面からの高さを低くすることができる。
また、本発明の電気光学素子は、第１面発光レーザ及び第２面発光レーザのそれぞれの共振器が誘電体ミラーを備えているので、簡便に製造することができる。すなわち、誘電体ミラーの反射率特性は、分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）に比べて広く帯域幅を持っている。これにより、面発光レーザの共振器の構成要素として誘電体ミラーの構造の自由度はＤＢＲミラーに比べておおきく、簡便に、各種波長の面発光レーザを製造できることとなる。したがって、本発明によれば複数の波長の異なる面発光レーザを有しながら、コンパクトであり、且つ安価な電気光学素子を提供することができる。

また、本発明の電気光学素子は、前記共通の積層構造が、前記基板に１つの積層構造として形成された多層膜ミラー（ＤＢＲ）を分割したものであることが好ましい。
本発明によれば、例えば、第１面発光レーザの上部ミラー（の一部）と第２面発光レーザの下部ミラー（の一部）とが同一の層で構成されている。そこで、基板平面からの高さを低くすることができる。また、本発明の電気光学素子は、第１面発光レーザの上部ミラーの製造工程と第２面発光レーザの下部ミラーの製造工程とを同時に行うことができ、簡易且つ迅速に製造することができる。

また、本発明の電気光学素子は、前記第１誘電体ミラーと第２誘電体ミラーとが同一構造であることが好ましい。
本発明によれば、発光波長の異なる複数の面発光レーザを備えながら、より簡便に製造できる電気光学素子を提供することができる。

また、本発明の電気光学素子は、前記第１面発光レーザにおける基板に近い方の電極である第１下側電極と、前記第２面発光レーザにおける基板に近い方の電極である第２下側電極とが、同一の電位となるように電気的に接続されていることが好ましい。
本発明によれば、前記第１下側電極及び第２下側電極とを共通電極とすることにより、前記第１下側電極又は第２下側電極の下層側（基板側）に形成された層が、複数の共振器構造のいずれかに悪影響を及ぼすことを回避することができる。

また、本発明の電気光学素子は、前記共通の積層構造を有して構成されるフォトダイオードを有することが好ましい。
本発明によれば、同一基板上に発光波長の異なる複数の面発光レーザを備えた電気光学素子において、基板平面からの高さが増加することを抑えながら、フォトダイオードを備えた構成にすることができる。

また、本発明の電気光学素子は、前記フォトダイオードが前記第１面発光レーザ又は第２面発光レーザの出射光の一部を受光するように構成されていることが好ましい。
本発明によれば、前記フォトダイオードによって前記第１面発光レーザ又は第２面発光レーザの出力をモニタすることができる。

また、本発明の電気光学素子は、前記第１面発光レーザの出射口と第２面発光レーザの出射口とは、所定の基準点又は基準線に対して対称となる位置に配置されている
ことが好ましい。
本発明の電気光学素子によれば、例えば、前記基準点又は基準線を、光ファイバ等の光伝播路の光軸上に合わせることにより、第１面発光レーザ及び第２面発光レーザと光伝播路との光結合等を簡便に実行することができる。

上記目的を達成するために、本発明の光伝送モジュールは、前記電気光学素子を有して構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、波長分割多重通信を行うことができ、簡便に集積化でき、さらに小型化することが容易な光伝送モジュールを安価に提供することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第１面発光レーザ及び第２面発光レーザの出射光が入射するように配置された光ファイバを有し、前記光ファイバの中心軸と、前記第１面発光レーザ及び第２面発光レーザの各出射口の配置についての前記基準点又は基準線とが、同一線上に位置するように配置されていることが好ましい。
本発明の光伝送モジュールによれば、例えば、前記第１面発光レーザ及び第２面発光レーザの光軸と光ファイバの光軸とを容易に合わせることができ、製造コストを抑えながらコンパクト化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下で参照する各図面においては、図面を見易くするために、各構成要素の縮尺を適宜変更して表示している。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電気光学素子を示す模式断面図である。電気光学素子１０は、半導体基板１１と、ｎ型ＤＢＲ（反射層）１２と、活性層１３Ａ，１３Ｂと、ｐ型ＤＢＲ（反射層）１４Ａ，１４Ｂと、活性層１５と、ｎ型ＤＢＲ（反射層）１６と、電流狭窄層１８Ａ，１８Ｂと、誘電体ミラー１９と、第１電極２０と、第２電極２１と、第３電極２２と、第４電極２３と、電流狭窄層２８と、誘電体ミラー２９と、を有して構成されている。

半導体基板１１上における左側半分において、ｎ型ＤＢＲ１２、活性層１３Ａ、電流狭窄層１８Ａ、ｐ型ＤＢＲ１４Ａ、誘電体ミラー１９、第１電極２０及び第２電極２１は、第１波長λ１の光を出射する第１面発光レーザＶＣ１を構成している。また、半導体基板１１上における右側半分において、ｐ型ＤＢＲ１４Ｂ、活性層１５、電流狭窄層２８、ｎ型ＤＢＲ１６、誘電体ミラー２９と、第３電極２２及び第４電極２３は、第２波長λ２の光を出射する第２面発光レーザＶＣ２を構成している。

ここで、第１面発光レーザＶＣ１における上部ミラーを構成するｐ型ＤＢＲ１４Ａと、第２面発光レーザＶＣ２における下部ミラーを構成するｐ型ＤＢＲ１４Ｂとは、半導体基板１１上に形成された共通の積層構造（層）となっている。すなわち、前記共通の積層構造であるｐ型ＤＢＲ１４Ａ，１４Ｂは、半導体基板１１に１つの積層構造（層）として形成された多層膜ミラーであるｐ型ＤＢＲを分割したものである。次に、各構成要素について詳細に説明する。

半導体基板１１は、化合物半導体からなり、例えばｎ型ＧａＡｓ基板又はｎ型ＩｎＰ基板で構成される。ｎ型ＤＢＲ１２は、半導体基板１１の上層に形成されている。ｎ型ＤＢＲ１２は、屈折率の異なる層を交互に積層した反射層で構成されている。例えばｎ型ＤＢＲ１２は、ｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。そして、ｎ型ＤＢＲ１２は、第１面発光レーザＶＣ１における下部ミラーとして機能する。

活性層１３Ａ，１３Ｂは、ｎ型ＤＢＲ１２の上層に形成されている。活性層１３Ａは、第１面発光レーザＶＣ１の活性層として機能する。そして、活性層１３Ａ，１３Ｂは、例えば厚さ３ｎｍのＧａＡｓのウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓのバリア層からなり、そのウエル層が３層で構成されている量子井戸活性層を構成している。

ｐ型ＤＢＲ１４Ａ，１４Ｂは、活性層１３Ａ，１３Ｂの上に設けられている。ｐ型ＤＢＲ１４Ａは、第１面発光レーザＶＣ１の上部ミラーの一部として機能する。また、ｐ型ＤＢＲ１４Ｂは、第２面発光レーザＶＣ１の下部ミラーとして機能する。ｐ型ＤＢＲ１４Ａ，１４Ｂは、屈折率の異なる層を交互に積層した反射層で構成されている。例えばｐ型ＤＢＲ１４Ａは、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２から３ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。またｐ型ＤＢＲ１４Ｂは、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。

誘電体ミラー１９は、ｐ型ＤＢＲ１４Ａの上に設けられている。誘電体ミラー１９は、例えばＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ポリイミド、エポキシ系樹脂などを多層化したものである。誘電体ミラー１９及びｐ型ＤＢＲ１４Ａは、第１面発光レーザＶＣ１の上部ミラーとして機能する。ｎ型ＤＢＲ１２は、Ｓｉがドーピングされることによりｎ型半導体にされている。ｐ型ＤＢＲ１４Ａ，１４Ｂは、Ｃがドーピングされることによりｐ型半導体にされている。活性層１３Ａ，１３Ｂには、不純物がドーピングされていない。これらにより、ｎ型ＤＢＲ１２、活性層１３Ａ及びｐ型ＤＢＲ１４Ａは、ｐｉｎダイオードを構成している。したがって、ｎ型ＤＢＲ１２、活性層１３Ａ、ｐ型ＤＢＲ１４Ａ及び誘電体ミラー１９は、波長λ１の光を出射する第１面発光レーザＶＣ１の共振器を構成している。この共振器における活性層１３Ａ、ｐ型ＤＢＲ１４Ａ及び誘電体ミラー１９は、半導体基板１１及びｎ型ＤＢＲ１２の上面に凸形状に形成された円柱形状の柱部を構成している。なお、ｎ型ＤＢＲ１２も凸形状として、そのｎ型ＤＢＲ１２における上側の一部を柱部の一部としてもよい。この柱部の上面及び下面が第１面発光レーザＶＣ１のレーザ光出射面となる。

第１電極２０は、第１面発光レーザＶＣ１のカソード電極をなすものである。第１電極２０は、ｎ型ＤＢＲ１２と電気的に接続されている。第２電極２１は、第１面発光レーザＶＣ１のアノード電極をなすものである。第２電極２１は、ｐ型ＤＢＲ１４Ａと電気的に接続されている。

電流狭窄層１８Ａは、活性層１３Ａの上に、ドーナツ形状に形成されている。電流狭窄層１８Ａは、活性層１３Ａを通って流れる電流の流路を制限する絶縁領域をなすものである。すなわち、電流狭窄層１８Ａは、第１面発光レーザＶＣ１の共振器内で流れる電流の流域を狭くして電流密度を向上させるものである。電流密度を高くすることで、低電流でレーザ発振することができる高性能な面発光レーザを構成できる。

活性層１５は、ｐ型ＤＢＲ１４Ｂの上層に形成されている。活性層１５は、第２面発光レーザＶＣ２の活性層として機能する。そして、活性層１３Ａ，１３Ｂは、例えば厚さ３ｎｍのＧａＡｓのウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓのバリア層からなり、そのウエル層が３層で構成されている量子井戸活性層を構成している。

ｎ型ＤＢＲ１６は、活性層１５の上に設けられている。ｎ型ＤＢＲ１６は、第２面発光レーザＶＣ２の上部ミラーの一部として機能する。ｎ型ＤＢＲ１６は、屈折率の異なる層を交互に積層した反射層で構成されている。例えばｎ型ＤＢＲ１６は、ｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２から３ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。

誘電体ミラー２９は、ｎ型ＤＢＲ１６の上に設けられている。誘電体ミラー２９は、例えばＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、ポリイミド、エポキシ系樹脂などを多層化したものである。誘電体ミラー２９及びｎ型ＤＢＲ１６は、第２面発光レーザＶＣ２の上部ミラーとして機能する。活性層１５は、不純物がドーピングされておらず、ｐ型半導体のｐ型ＤＢＲ１４Ｂとｎ型半導体のｎ型ＤＢＲ１６で挟まれている。これらにより、ｐ型ＤＢＲ１４Ｂ、活性層１５及びｎ型ＤＢＲ１６は、ｐｉｎダイオードを構成している。したがって、ｐ型ＤＢＲ１４Ｂ、活性層１５、ｎ型ＤＢＲ１６及び誘電体ミラー２９は、波長λ２の光を出射する第２面発光レーザＶＣ２の共振器を構成している。この共振器における活性層１５、ｎ型ＤＢＲ１６及び誘電体ミラー２９は、半導体基板１１及びｐ型ＤＢＲ１４Ｂの上面に凸形状に形成された円柱形状の柱部を構成している。なお、ｐ型ＤＢＲ１４Ｂも凸形状となっており、柱部の一部を構成している。この柱部の上面及び下面が第２面発光レーザＶＣ２のレーザ光出射面となる。

第３電極２２は、第２面発光レーザＶＣ２のカソード電極をなすものである。第３電極２２は、ｐ型ＤＢＲ１４Ｂと電気的に接続されている。第４電極２３は、第２面発光レーザＶＣ２のアノード電極をなすものである。第４電極２３は、ｎ型ＤＢＲ１６と電気的に接続されている。

電流狭窄層２８は、活性層１５の上に、ドーナツ形状に形成されている。電流狭窄層２８は、活性層１５を通って流れる電流の流路を制限する絶縁領域をなすものである。すなわち、電流狭窄層１５は、第２面発光レーザＶＣ２の共振器内で流れる電流の流域を狭くして電流密度を向上させるものである。電流密度を高くすることで、低電流でレーザ発振することができる高性能な面発光レーザを構成できる。

これらにより、本実施形態の電気光学素子１０によれば、第１面発光レーザＶＣ１の上部ミラーの一部をなすｐ型ＤＢＲ（反射層）１４Ａと、第２面発光レーザの下部ミラーをなすｐ型ＤＢＲ１４Ｂとが共通の積層構造を有する。換言すれば、ｐ型ＤＢＲ（反射層）１４Ａとｐ型ＤＢＲ１４Ｂとの半導体基板１１からの高さが同一である。そこで、半導体基板の平面を基準として、第１面発光レーザＶＣ１の上部ミラーと第２面発光レーザＶＣ２の下部ミラーとをほぼ同一の高さに配置することができる。したがって、電気光学素子１０は、同一基板上において、発光波長の異なる複数の面発光レーザを備えながら、基板平面からの高さを低くすることができる。また、第１面発光レーザＶＣ１のｐ型ＤＢＲ（反射層）１４Ａと第２面発光レーザのｐ型ＤＢＲ１４Ｂとが共通の積層構造を有するので、第１面発光レーザＶＣ１の上部ミラーの製造工程と第２面発光レーザＶＣ２の下部ミラーの製造工程とを同時に行うことができ、簡易且つ迅速に製造することができる。

図２は、誘電体ミラーの反射率の測定例を示す図である。誘電体ミラーの反射率特性は、分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）に比べて広く帯域幅を持っている。これにより、面発光レーザの共振器の構成要素として、誘電体ミラーの構造の自由度はＤＢＲミラーに比べておおきく、簡便に、各種波長の面発光レーザを製造できることとなる。したがって、本実施形態の電気光学素子１０は、第１面発光レーザＶＣ１及び第２面発光レーザＶＣ２のそれぞれが誘電体ミラー１９，２９を備えているので、複数の波長の異なる面発光レーザを有しながら、コンパクト化することが容易であり、且つ製造コストを抑えることができる。

また、本実施形態の電気光学素子１０はフォトダイオードを有する構成としてもよい。例えば、第１面発光レーザＶＣ１の出射光の一部又は第２面発光レーザＶＣ２の出射光の一部が入射する位置にフォトダイオードを配置する。これにより、第１面発光レーザＶＣ１又は第２面発光レーザＶＣ２の出力をモニタすることができる。このフォトダイオードは、、第１面発光レーザＶＣ１又は第２面発光レーザＶＣ２の上記共通の積層構造を用いて構成することが好ましい。このようにすると、同一基板上に発光波長の異なる複数の面発光レーザを備えた電気光学素子において、基板平面からの高さが増加することを抑えながら、フォトダイオードを備えた構成にすることができる。

（製造方法）
次に、上記電気光学素子１０の製造方法について、図１，図３から図８を参照して説明する。図３から図８に示す工程を順次行うことにより、電気光学素子１０を製造する。
図３は、結晶成長工程を示す。結晶成長工程では、まずｎ型のＧａＡｓ基板からなる半導体基板１１の表面上に、ｎ型ＤＢＲ１２、活性層１３、ｐ型ＤＢＲ１４、活性層１５及びｎ型ＤＢＲ１６を、順にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて積層するように形成する。これらの各層の構造は、図１で説明したとおりである。

図４は、エッチング工程を示す。この工程では、第１面発光レーザＶＣ１及び第２面発光レーザＶＣ２の各共振器における柱部を形成する。例えば、フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法により、ｎ型ＤＢＲ１６及び活性層１５を除去し、円柱形状とする。次いで、フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法により、ｐ型ＤＢＲ１４の一部を除去し、第２面発光レーザＶＣ２の柱部を形成する。次いで、フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法により、ｐ型ＤＢＲ１４の一部、活性層１３及びｎ型ＤＢＲ１２を除去し、ｐ型ＤＢＲ１４Ａ，１４Ｂ、活性層１３Ａ，１３Ｂを形成して、第１面発光レーザＶＣ１の柱部を形成する。これらにより、図４に示すように、第１面発光レーザＶＣ１及び第２面発光レーザＶＣ２の各共振器の柱部が形成される。

このエッチング工程では、各ドライエッチングで大まかにエッチングした後に、ウェットエッチングを施すことによりＡｌ低組成層をきれいに露出させることとしてもよい。Ａｌ低組成層を露出させる理由は、第１電極２０、第２電極２１、第３電極２２、第４電極２３とその接合対象間において良好なオーミック接合をとるためである。

上記エッチング工程において犠牲層を用いてエッチングする場合は、次のように行う。例えば、上記結晶成長工程において、図３のｐ型ＤＢＲ１４における所望位置（図１のｐ型ＤＢＲ１４Ａの上面に相当する位置）に犠牲層を形成しておく。犠牲層の膜厚は、（λ１）／４の奇数倍とする。ここで、λ１は、第１面発光レーザＶＣ１の波長である。また犠牲層は例えばＡｌＧａＡｓで構成し、その犠牲層の上層及び下層はＡｌの低組成層としておく。

次いで、エッチングにより、ｎ型ＤＢＲ１６及び活性層１５を除去し、円柱形状とする。次いで、所望位置（図１のｐ型ＤＢＲ１４Ａの側面に相当する位置）の周囲に溝を掘る。この溝の深さは、少なくとも上記犠牲層に到達する深さとする。次いで、上記溝にエッチング液を注入して、犠牲層を除去する。これにより、図１のｐ型ＤＢＲ１４Ａの上面まで、高精度にエッチングすることができる。この犠牲層を除去するエッチングでは、第２面発光レーザＶＣ２の柱部（ｎ型ＤＢＲ１６、活性層１５、ｐ型ＤＢＲ１４Ｂ及び活性層１３Ｂ）内の犠牲層がエッチングされないように、その第２面発光レーザＶＣ２の柱部の全体を保護レジストで覆っておく。

図５は、電流狭窄層形成工程を示している。図４に示すように柱部が形成された半導体基板１１を４００℃前後の水蒸気にさらすことにより、活性層１３Ａ上のｐ型ＤＢＲ１４Ａの一部及び活性層１３Ｂ上のｐ型ＤＢＲ１４Ｂの一部を、柱部の側面から酸化し、電流狭窄層１８Ａ，１８Ｂを形成する。電流狭窄層１８Ａ，１８Ｂは、酸化アルミニウムが主成分の絶縁性の層となっている。ｐ型ＤＢＲ１４は、結晶成長工程で、活性層１３近傍の層がアルミニウムの含有率の高いＧａＡｌＡｓ結晶を形成している。

図６は、絶縁層形成工程を示す。絶縁層３１，３２（図１では図示せず）として、ポリイミド、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂等を用いる。半導体基板１１上の形成された柱部の側面を覆うように液状のポリイミド、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂等を使用し、柱部の側面に絶縁層３１，３２を形成する。絶縁層３１，３２は、図１に示す第１電極２０、第２電極２１、第３電極２２及び第４電極２３の相互間で短絡が生じるのを防ぐものである。

図７は、電極形成工程を示す。第１電極２０及び第４電極２３として、ｎ型のオーミック接合ができる金属層を形成する。同じｎ型の導電性を有する電極であるので、第１電極２０及び第４電極２３は同じ工程で形成することができる。第１電極２０及び第４電極２３のパターン形成は、リフトオフ法またはドライエッチング法を用いる。

リフトオフ法を用いる場合には、まずフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト（図示せず）をパターン形成する。フォトレジストは、第１電極２０及び第４電極２３が形成される部分が開口されたパターンを有する。次に、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて、ｎ型のオーミック接合ができる金属層を形成する。この金属層を形成した後、フォトレジストを金属層とともに除去することにより、フォトレジストが形成されていない部分にのみ金属層、すなわち第１電極２０及び第４電極２３が残ることになる。その後、約４００℃で熱処理を行い、ｎ型ＤＢＲ１２又はｎ型ＤＢＲ１６とオーミック接合を形成する。

ドライエッチング法では、先に金属層を形成してから、第１電極２０及び第４電極２３を形成する領域にフォトレジストを形成する。次に金属層をドライエッチングして第１電極２０及び第４電極２３以外の金属層を除去する。その後、フォトレジストを剥離する。

なお、本実施形態では、第２電極２１と第３電極２２を同じ工程で形成しているが、例えば、第１電極２０と第４電極２３とを違う導電性を有する電極として形成する場合は、それぞれ別工程で形成する。

次いで、第２電極２１及び第３電極２２として、ｐ型のオーミック接合ができる金属層を形成する。同じｐ型の導電性を有する電極であるので、第２電極２１及び第３電極２２は同じ工程で形成することができる。第２電極２１及び第３電極２２のパターン形成は、上記第１電極２０及び第４電極２３のパターン形成工程と同様にして形成できる。

図８は、誘電体ミラー形成工程を示す。本工程では、ｐ型ＤＢＲ１４Ａの上面に誘電体ミラー１９を形成し、同時に、ｎ型ＤＢＲ１６の上面に誘電体ミラー２９を形成する。具体的には、例えばイオンアシスト蒸着装置とマスク蒸着法を用いて、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２からなる複数周期のＤＢＲを形成し、これを誘電体ミラー１９，２９とする。これにより同一構成の誘電体ミラー１９及び誘電体ミラー２９を同時に形成することができる。したがって、製造時間を短縮しながら、製造コストを下げることができる。これらにより、本実施形態の電気光学素子１０が完成する。また、誘電体ミラー２９を形成したくない場所に、レジストをパターニングして、誘電体ミラーを基板全面に形成してリフトオフ法を用いて誘電体ミラー２９を形成することもできる。

［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態に係る電気光学素子を示す模式平面図である。図１０は図９に示す電気光学素子の模式断面図である。図９及び図１０において、図１の電気光学素子の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。

本実施形態の電気光学素子１０Ａは、１つの半導体基板１１上に、それぞれ波長の異なる４つの面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４を配置している。面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２は、図１の電気光学素子１０の面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２と同一構成である。したがって、電気光学素子１０Ａは、図１の電気光学素子１０に面発光レーザＶＣ３，ＶＣ４を追加した構成となっている。

面発光レーザＶＣ３は、活性層１５上に形成されたｎ型ＤＢＲ１６と、ｎ型ＤＢＲ１６上に形成された活性層１３’Ａと、活性層１３’Ａ上に形成されたｐ型ＤＢＲ１４’Ａと、ｐ型ＤＢＲ１４’Ａ上に形成された誘電体ミラー３９と、第５電極２４と、第６電極２５とを有している。このような面発光レーザＶＣ３は、ｎ型ＤＢＲ１６が下部ミラーとして機能し、ｐ型ＤＢＲ１４’Ａ及び誘電体ミラー３９が上部ミラーとして機能し、波長λ３の光を出射する。

面発光レーザＶＣ４は、活性層１５上に形成されたｎ型ＤＢＲ１６と、ｎ型ＤＢＲ１６上に形成された活性層１３’Ｂと、活性層１３’Ｂ上に形成されたｐ型ＤＢＲ１４’Ｂと、ｐ型ＤＢＲ１４’Ｂ上に形成された活性層１５’と、活性層１５’上に形成されたｎ型ＤＢＲ１６’と、誘電体ミラー４９と、第７電極２６と、第８電極２７とを有している。このような面発光レーザＶＣ４は、ｐ型ＤＢＲ１４’Ｂが下部ミラーとして機能し、ｎ型ＤＢＲ１６’及び誘電体ミラー４９が上部ミラーとして機能し、波長λ４の光を出射する。

電気光学素子１０Ａの特徴は次の構成である。図１の電気光学素子１０と同様に、第１面発光レーザＶＣ１における上部ミラーを構成するｐ型ＤＢＲ１４Ａと、第２面発光レーザＶＣ２における下部ミラーを構成するｐ型ＤＢＲ１４Ｂとは、半導体基板１１上に形成された共通の積層構造（層）となっている。さらに、第３面発光レーザＶＣ３における上部ミラーを構成するｐ型ＤＢＲ１４’Ａと、第２面発光レーザＶＣ２における下部ミラーを構成するｐ型ＤＢＲ１４’Ｂとは、半導体基板１１上に形成された共通の積層構造（層）となっている。

これらにより、本実施形態の電気光学素子１０Ａは、１つの半導体基板１１上において発光波長の異なる４つの面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４を備えながら、基板平面からの高さを低くすることができ、簡易且つ迅速に製造することができる。

また、電気光学素子１０Ａにおいて、誘電体ミラー１９，２９，３９，４９は、それぞれ同一構造であることが好ましい。このようにすると、誘電体ミラー１９，２９，３９，４９を１つの工程により同時に形成でき、より簡便に製造することができる。

また、電気光学素子１０Ａにおいて、各面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４における半導体基板１１に近い方の電極である第１電極２０、第３電極２２、第５電極２４及び第７電極２６は、相互に、同一の電位となるように電気的に接続されていることが好ましい。このように、各面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４の下側電極を共通電極とすることにより、各面発光レーザの下側電極よりも下層側（基板側）に形成された層が、各面発光レーザの共振器構造のいずれかに悪影響を及ぼすことを回避することができる。

［第３実施形態］
図１１は、本発明の第３実施形態に係る電気光学素子を示す模式平面図である。図１１において、図９及び図１０の電気光学素子の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。

本実施形態の電気光学素子１０Ｂは、図９及び図１０に示す電気光学素子１０Ａの平面形状を変えたものである。すなわち、図９及び図１０に示す電気光学素子１０Ａは４つの面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４の柱部（出射口）を直線上に等間隔で配置した構成となっている。一方、電気光学素子１０Ｂでは、各面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４の柱部（出射口）が基準点Ｏに対して対称となる位置に配置されている。なお、図１１において、第１面発光レーザＶＣ１の出射口はｐ型ＤＢＲ１４Ａの位置にあり、第２面発光レーザＶＣ２の出射口はｎ型ＤＢＲ１６の位置にあり、第３面発光レーザＶＣ３の出射口はｐ型ＤＢＲ１４’Ａの位置にあり、第４面発光レーザＶＣ４の出射口はｎ型ＤＢＲ１６’の位置にある。

これらにより、本実施形態の電気光学素子１０Ｂによれば、例えば、基準点Ｏを、光ファイバ等の光伝播路の光軸（例えば光ファイバの中心軸）上に合わせることにより、各面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４の光軸を光伝播路の受光口内に配置することが可能となる。したがって、電気光学素子１０Ｂは、各面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４と光伝播路との光結合を簡便な工程で実行できる。そこで、電気光学素子１０Ｂを用いることにより、伝送容量が大きく、コンパクトであり、且つ安価な光伝送モジュールを提供することが可能となる。また、誘電体ミラー２９の上に液滴吐出法で形成したマイクロレンズを設けることによりファイバーとの結合効率さらに向上することができる。

［光伝送モジュール］
図１２に、本実施形態の電気光学素子を用いた光伝送モジュールの一例を示す。光伝送モジュールとしてのＯＳＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１００は、システム１０１の上に、上記で説明した電気光学素子１０（又は電気光学素子１０Ａ，１０Ｂ）が取り付けられている。また、電気光学素子１０の上方で、かつ電気光学素子１０の光軸上に、レンズ１０３が配置されている。また、システム１０１の台から光ファイバ１０４の一部まで、外部の環境から電気光学素子１０等を保護するために、カバー１０２が形成されている。また、レンズ１０３の光軸上に光ファイパ１０４が配置されている。また、本実施形態では、カバー１０２は、樹脂製であり、レンズ１０３と一体で形成されている。

システム１０１のピンを介して、電気光学素子１０の第１電極２０と第２電極２１間及び第３電極２２と第４電極２３間に電圧を印加すると、電気光学素子１０（第１面発光レーザＶＣ１及び第２面発光レーザＶＣ２）が駆動する。電気光学素子１０から放出された光（λ１，λ２）はレンズ１０３に到達する。到達した光は、レンズ１０３で集光され、光ファイバ１０４へ入射する。

これらにより、本実施形態のＯＳＡ１００は、電気光学素子１０を備えているので、波長分割多重通信を行うことができ、簡便に集積化でき、容易に小型化することできながら製造コストを低減することもできる。

［光伝達装置］
図１３は、本発明の実施形態に係る電気光学素子１０（又は電気光学素子１０Ａ，１０Ｂ）を有してなる光伝達装置を示す図である。光伝達装置２００は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器２０２を相互に接続するものである。電子機器２０２は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置２００は、ケーブル２０４の両端にプラグ２０６が設けられたものであってもよい。ケーブル２０４は、光ファイバを含む。プラグ２０６は、図１に示す電気光学素子１０（又は電気光学素子１０Ａ，１０Ｂ）を内蔵する。プラグ２０６は、半導体チップをさらに内蔵してもよい。

ケーブル２０４の一方の端部に設けられたプラグ２０６は上述の実施形態に係る電気光学素子１０を内蔵し、ケーブル２０４の他方の端部に設けられたプラグ２０６は受光素子を内蔵することとしてもよい。このようなケーブル２０４及びプラグ２０６を２組用いることにより、双方向通信をすることができる。すなわち、電子機器２０２から出力された電気信号は、ケーブル２０４の一方端部のプラグ２０６において光信号に変換される。この光信号は、ケーブル２０４を通りそのケーブル２０４の他方端部のプラグ２０６において電気信号に変換される。この電気信号は、他方端部のプラグ２０６が接続されている電子機器２０２に取り込まれる。同様にして、逆方向への信号伝送も行われる。こうして、本実施形態に係る光伝達装置２００によれば、光信号を用いて、電子機器２０２間において情報伝達を行うことができる。

［光伝達装置の使用形態］
図１４は、図１３に示す光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝達装置２１２は、図１３の光伝達装置２００に相当するものである。光伝達装置２１２は、電子機器２１０間を接続する。電子機器２１０として、液晶表示モニタ又はディジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ディジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Point of Sale Scanning）用）、ビデオ、チューナ、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、本発明に係る電気光学素子は、光を用いる電子機器などに対して広く適用できる。すなわち、本発明に係る電気光学素子を備えた応用回路又は電子機器としては、光インターコネクション回路、光ファイバ通信モジュール、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、血液血流センサ、指紋センサ、高速電気変調回路、無線ＲＦ回路、携帯電話、無線ＬＡＮなどが挙げられる。

本発明の第１実施形態に係る電気光学素子を示す模式断面図である。 誘電体ミラーの反射率の測定例を示す図である。 第１実施形態の電気光学素子の製造工程を示す模式断面図である。 第１実施形態の電気光学素子の製造工程を示す模式断面図である。 第１実施形態の電気光学素子の製造工程を示す模式断面図である。 第１実施形態の電気光学素子の製造工程を示す模式断面図である。 第１実施形態の電気光学素子の製造工程を示す模式断面図である。 第１実施形態の電気光学素子の製造工程を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電気光学素子を示す模式平面図である。 同上の電気光学素子の模式断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電気光学素子を示す模式平面図である。 本発明の実施形態に係る光伝送モジュールを示す模式断面図である。 本発明の実施形態に係る光伝送装置を示す図である。 同上の光伝送装置の使用形態を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ…電気光学素子、１１…半導体基板、１２…ｎ型ＤＢＲ、１３Ａ，１３Ｂ，１３’Ａ，１３’Ｂ…活性層、１４Ａ，１４Ｂ，１４’Ａ，１４’Ｂ…ｐ型ＤＢＲ、１５，１５’…活性層、１６，１６’…ｎ型ＤＢＲ、１８Ａ，１８Ｂ…電流狭窄層、１９，２９，３９，４９…誘電体ミラー、２０…第１電極、２１…第２電極、２２…第３電極、２３…第４電極、２４…第５電極、２５…第６電極、２６…第７電極、２７…第８電極、２８…電流狭窄層、１００…光伝送モジュール、１０１…システム、１０２…カバー、１０３…レンズ、１０４…光ファイバ、ＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４…面発光レーザ

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板に形成されており第１波長の光を出射する第１面発光レーザと、
   前記基板に形成されており第２波長の光を出射する第２面発光レーザと、
   前記第１面発光レーザの共振器の構成要素である第１誘電体ミラーと、
   前記第２面発光レーザの共振器の構成要素である第２誘電体ミラーと、を有し、
   前記第１面発光レーザの共振器における上部ミラーと前記第２面発光レーザの共振器における下部ミラーとは、共通の積層構造を有することを特徴とする電気光学素子。
2. 前記共通の積層構造は、前記基板に１つの積層構造として形成された多層膜ミラーを分割したものであることを特徴とする請求項１に記載の電気光学素子。
3. 前記第１誘電体ミラーと第２誘電体ミラーとは、同一構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学素子。
4. 前記第１面発光レーザにおける基板に近い方の電極である第１下側電極と、前記第２面発光レーザにおける基板に近い方の電極である第２下側電極とは、同一の電位となるように電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気光学素子。
5. 前記共通の積層構造を有して構成されるフォトダイオードを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気光学素子。
6. 前記フォトダイオードが前記第１面発光レーザ又は第２面発光レーザの出射光の一部を受光するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電気光学素子。
7. 前記第１面発光レーザの出射口と第２面発光レーザの出射口とは、所定の基準点又は基準線に対して対称となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電気光学素子。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の電気光学素子を有して構成されていることを特徴とする光伝送モジュール。
9. 前記第１面発光レーザ及び第２面発光レーザの出射光が入射するように配置された光ファイバを有し、
   前記光ファイバの中心軸と、前記第１面発光レーザ及び第２面発光レーザの各出射口の配置についての前記基準点又は基準線とが、同一線上に位置するように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光伝送モジュール。
   

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