JP2014086642A - Optical module - Google Patents

Optical module Download PDF

Info

Publication number
JP2014086642A
JP2014086642A JP2012236001A JP2012236001A JP2014086642A JP 2014086642 A JP2014086642 A JP 2014086642A JP 2012236001 A JP2012236001 A JP 2012236001A JP 2012236001 A JP2012236001 A JP 2012236001A JP 2014086642 A JP2014086642 A JP 2014086642A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
layer
mode
intensity
optical module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012236001A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6012399B2 (en
Inventor
Suguru Imai
英 今井
Junji Yoshida
順自 吉田
Masahito Suzuki
理仁 鈴木
Hitoshi Shimizu
均 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP2012236001A priority Critical patent/JP6012399B2/en
Publication of JP2014086642A publication Critical patent/JP2014086642A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6012399B2 publication Critical patent/JP6012399B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical module suitable for high speed modulation, in which increase in the electrical resistance and decrease in the reliability are suppressed, at a low cost.SOLUTION: An optical module includes a surface-emitting laser element having a lower reflector and an upper reflector constituting an optical resonator, an active layer located between the lower reflector and the upper reflector, and outputting laser signal light of horizontal multi-mode by application of a modulation signal. When operating the surface-emitting laser element with a modulation signal, first suppression ratio of the intensity of higher-order mode light of secondary mode to the intensity of main mode light in the horizontal mode of the laser signal light is adjusted to a value for suppressing the mode competition noise contained in the laser signal light.

Description

本発明は、面発光レーザ素子を用いた光モジュールに関するものである。   The present invention relates to an optical module using a surface emitting laser element.

光インターコネクションなどの比較的短距離の光伝送においては、信号光源として面発光レーザ素子(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)を用いた光モジュールが使用されている場合がある。たとえば、特許文献1では、複数の横モードでレーザ発振するマルチモードVCSELが開示されている。   In relatively short-distance optical transmission such as optical interconnection, an optical module using a surface emitting laser element (Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL) as a signal light source may be used. For example, Patent Document 1 discloses a multimode VCSEL that performs laser oscillation in a plurality of transverse modes.

特開平7−170231号公報JP-A-7-170231

しかしながら、マルチモードVCSELは、複数の横モードによるモード競合雑音が発生しやすいという問題がある。モード競合雑音は、マルチモードVCSELの伝送特性を劣化させるので、高速変調による通信速度の高速化を妨げる要因となり得る。   However, the multi-mode VCSEL has a problem that mode competition noise due to a plurality of transverse modes is likely to occur. Mode competition noise degrades the transmission characteristics of the multi-mode VCSEL, and can be a factor that hinders the increase in communication speed by high-speed modulation.

一方、実質的に単一の横モードでレーザ発振するシングルモードVCSELでは、高次の横モードでのレーザ発振が抑制されているため、モード競合雑音は抑制される。しかしながら、たとえば選択酸化層を電流狭窄構造として用いた面発光レーザ素子では、選択酸化層の開口径を小さくして活性層の発光領域の面積を制限し、シングルモード発振を実現しているため、電気抵抗の増大や信頼性の低下などが生じる場合がある。また、シングルモードVCSELはマルチモードVCSELよりも製造歩留まりが低いため、高価になり得る。   On the other hand, in a single mode VCSEL that oscillates substantially in a single transverse mode, laser oscillation in a high-order transverse mode is suppressed, so that mode competition noise is suppressed. However, for example, in a surface emitting laser element using a selective oxide layer as a current confinement structure, the aperture diameter of the selective oxide layer is reduced to limit the area of the light emitting region of the active layer, thereby realizing single mode oscillation. An increase in electrical resistance or a decrease in reliability may occur. Also, single mode VCSELs can be expensive because they have a lower manufacturing yield than multimode VCSELs.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電気抵抗の増大や信頼性の低下などが抑制され、高速変調に適し、かつ低コストである光モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide an optical module that is suitable for high-speed modulation and low cost, in which an increase in electrical resistance and a decrease in reliability are suppressed.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、光共振器を構成する下部反射鏡および上部反射鏡と、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡との間に配置された活性層と、を有し、変調信号の印加によって横マルチモードのレーザ信号光を出力する面発光レーザ素子を備え、前記面発光レーザ素子を変調信号によって動作させた場合における前記レーザ信号光の横モードにおける主モード光の強度に対する2次の高次モード光の強度の第1抑圧比が、前記レーザ光信号に含まれるモード競合雑音が抑制される値に調整されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical module according to the present invention includes a lower reflecting mirror and an upper reflecting mirror constituting an optical resonator, and between the lower reflecting mirror and the upper reflecting mirror. And a surface emitting laser element that outputs a transverse multi-mode laser signal light by applying a modulation signal, and the laser signal when the surface emitting laser element is operated by the modulation signal. The first suppression ratio of the intensity of the second-order higher-order mode light with respect to the intensity of the main mode light in the transverse mode of light is adjusted to a value that suppresses mode-competitive noise included in the laser light signal. And

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記第1抑圧比は、前記レーザ信号光の相対強度雑音が基準値から10dB/Hz以上低くなる範囲であることを特徴とする。   In the optical module according to the present invention as set forth in the invention described above, the first suppression ratio is a range in which the relative intensity noise of the laser signal light is lower than a reference value by 10 dB / Hz or more.

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記第1抑圧比は、35dB以上であることを特徴とする。   In the optical module according to the present invention as set forth in the invention described above, the first suppression ratio is 35 dB or more.

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記レーザ信号光の横モードにおける3次以上の高次モード光の強度が、前記2次モード光の強度よりも低いことを特徴とする。   The optical module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the intensity of the third or higher order mode light in the transverse mode of the laser signal light is lower than the intensity of the second order mode light.

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記第1抑圧比は、40dB以上であり、前記レーザ信号光の横モードにおける主モード光の強度に対する1次の高次モード光の強度の第2抑圧比が10dB以上であることを特徴とする。   In the optical module according to the present invention, the first suppression ratio is 40 dB or more in the above invention, and the intensity of the first-order higher-order mode light with respect to the intensity of the main mode light in the transverse mode of the laser signal light. The second suppression ratio is 10 dB or more.

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記面発光レーザ素子は、前記上部反射鏡と前記活性層との間に配置され、電流注入部と選択酸化熱処理によって前記電流注入部の外周に形成された選択酸化層とを有する電流狭窄層を備え、前記第1抑圧比が前記値となるように前記電流狭窄層の厚さまたは前記電流注入部の径が調整されていることを特徴とする。   The optical module according to the present invention is the optical module according to the above invention, wherein the surface emitting laser element is disposed between the upper reflecting mirror and the active layer, and the outer periphery of the current injection unit is formed by a current injection unit and a selective oxidation heat treatment. And a thickness of the current confinement layer or a diameter of the current injection portion is adjusted so that the first suppression ratio becomes the value. And

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記上部反射鏡は多層膜からなり、前記多層膜を構成する各層は、光の出力領域に位置する平坦部と前記平坦部の周囲に形成された凸部とを有し、前記各平坦部は光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする。   In the optical module according to the present invention as set forth in the invention described above, the upper reflecting mirror is formed of a multilayer film, and each layer constituting the multilayer film is formed around a flat portion located in a light output region and the flat portion. And each of the flat portions is formed so that the area decreases in the light output direction.

本発明によれば、電気抵抗の増大や信頼性の低下などが抑制され、高速変調に適し、かつ低コストである光モジュールを実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, an increase in electrical resistance, a decrease in reliability, and the like are suppressed, and there is an effect that an optical module that is suitable for high-speed modulation and low in cost can be realized.

図1は、実施の形態1に係る光モジュールの模式図である。1 is a schematic diagram of an optical module according to Embodiment 1. FIG. 図2は、図1に示す面発光レーザ素子の模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the surface emitting laser element shown in FIG. 図3は、実施例の出力光スペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an output light spectrum of the example. 図4は、抑圧比とRINとの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the suppression ratio and RIN. 図5は、比較例の出力光スペクトルを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an output light spectrum of a comparative example. 図6は、実施例のアイダイアグラムを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an eye diagram of the example. 図7は、比較例のアイダイアグラムを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an eye diagram of a comparative example. 図8は、実施の形態1に係る光モジュールに使用できる面発光レーザ素子の別の実施の形態の模式的な断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a surface emitting laser element that can be used in the optical module according to the first embodiment. 図9は、図8に示す面発光レーザ素子の変形例1の要部を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a main part of Modification 1 of the surface emitting laser element shown in FIG. 図10は、図8に示す面発光レーザ素子の変形例2の要部を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a main part of a second modification of the surface emitting laser element shown in FIG.

以下に、図面を参照して本発明に係る光モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、以下では、シングルモード、マルチモード等の用語におけるモードは、横モードを意味する。   Embodiments of an optical module according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Moreover, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected suitably to the same or corresponding element. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic, and dimensional relationships between elements may differ from actual ones. Even between the drawings, there are cases in which portions having different dimensional relationships and ratios are included. In the following, a mode in terms such as single mode and multi-mode means a transverse mode.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光モジュールの模式図である。光モジュール1000は、基板B上に配置された面発光レーザ素子100と、ミラー20と、光ファイバ30とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical module according to Embodiment 1 of the present invention. The optical module 1000 includes a surface emitting laser element 100 disposed on a substrate B, a mirror 20, and an optical fiber 30.

面発光レーザ素子100には、面発光レーザ素子100を駆動するための制御器Cが接続されている。光ファイバ30の端面の側部には、光結合手段としてのミラー20が配置されている。ミラー20および光ファイバ30は、不図示の支持部材によって好適な配置になるように支持されている。面発光レーザ素子100は、ミラー20の下方に配置されている。制御器Cは面発光レーザ素子100を駆動してレーザ信号光L1を出力させる。面発光レーザ素子100から出力されたレーザ信号光L1はミラー20によって反射されて光ファイバ30に光学結合し、光ファイバ30を伝搬して外部に出力される。   A controller C for driving the surface emitting laser element 100 is connected to the surface emitting laser element 100. On the side of the end face of the optical fiber 30, a mirror 20 as an optical coupling means is disposed. The mirror 20 and the optical fiber 30 are supported by a support member (not shown) so as to have a suitable arrangement. The surface emitting laser element 100 is disposed below the mirror 20. The controller C drives the surface emitting laser element 100 to output the laser signal light L1. The laser signal light L1 output from the surface emitting laser element 100 is reflected by the mirror 20, optically coupled to the optical fiber 30, propagates through the optical fiber 30, and is output to the outside.

図2は、図1に示す面発光レーザ素子の模式的な断面図である。図1に示すように、面発光レーザ素子100は、面方位(001)のn型GaAsからなる基板1上に積層された、下部多層膜反射鏡として機能するアンドープの下部DBR(Distributed Bragg Reflector)ミラー2、n型コンタクト層3、n側電極4、n型クラッド層5、活性層6、p型クラッド層7、電流狭窄層8、p型スペーサ層9、p型コンタクト層10、p側電極11、および上部反射鏡として機能する上部誘電体DBRミラー12を備える。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the surface emitting laser element shown in FIG. As shown in FIG. 1, a surface emitting laser element 100 includes an undoped lower DBR (Distributed Bragg Reflector) laminated on a substrate 1 made of n-type GaAs having a surface orientation (001) and functioning as a lower multilayer reflector. Mirror 2, n-type contact layer 3, n-side electrode 4, n-type cladding layer 5, active layer 6, p-type cladding layer 7, current confinement layer 8, p-type spacer layer 9, p-type contact layer 10, p-side electrode 11 and an upper dielectric DBR mirror 12 that functions as an upper reflecting mirror.

p型コンタクト層10およびn型コンタクト層3は、下部DBRミラー2と上部誘電体DBRミラー12との間に配置されている。活性層6は、下部DBRミラー2と上部誘電体DBRミラー12との間に配置されている。電流狭窄層8は、p型コンタクト層10と活性層6との間に配置されている。p型スペーサ層9は、電流狭窄層8とp型コンタクト層10との間に介挿されている。p側電極11はp型コンタクト層10上に形成され、n側電極4はn型コンタクト層3上に形成されている。   The p-type contact layer 10 and the n-type contact layer 3 are disposed between the lower DBR mirror 2 and the upper dielectric DBR mirror 12. The active layer 6 is disposed between the lower DBR mirror 2 and the upper dielectric DBR mirror 12. The current confinement layer 8 is disposed between the p-type contact layer 10 and the active layer 6. The p-type spacer layer 9 is interposed between the current confinement layer 8 and the p-type contact layer 10. The p-side electrode 11 is formed on the p-type contact layer 10, and the n-side electrode 4 is formed on the n-type contact layer 3.

n型クラッド層5からp型コンタクト層10までの積層構造は、エッチング処理等によって柱状に成形されたメサポストMとして形成されている。メサポスト径はたとえば直径30μmである。また、n型コンタクト層3はメサポストMの外周側に延設している。また、下部DBRミラー2と上部誘電体DBRミラー12とは光共振器を構成している。   The stacked structure from the n-type cladding layer 5 to the p-type contact layer 10 is formed as a mesa post M formed into a columnar shape by an etching process or the like. The mesa post diameter is, for example, 30 μm. The n-type contact layer 3 extends on the outer peripheral side of the mesa post M. The lower DBR mirror 2 and the upper dielectric DBR mirror 12 constitute an optical resonator.

下部DBRミラー2は、n型GaAsからなる基板1上に積層されたアンドープGaAsバッファ層(不図示)上に形成される。下部DBRミラー2は、低屈折率層として機能するAl0.9Ga0.1As層と、高屈折率層として機能するGaAs層とを1ペアとする複合半導体層がたとえば40.5ペア積層された、周期構造を有する半導体多層膜ミラーとして形成されている。下部DBRミラー2の複合半導体層を構成する各層の層厚は、λ/4n(λ:レーザ発振波長、n:屈折率)である。たとえば、λが1.06μmの場合、Al0.9Ga0.1As層の層厚は約88nmであり、GaAs層の層厚は約76nmである。 The lower DBR mirror 2 is formed on an undoped GaAs buffer layer (not shown) stacked on the substrate 1 made of n-type GaAs. The lower DBR mirror 2 includes, for example, 40.5 pairs of compound semiconductor layers in which an Al 0.9 Ga 0.1 As layer functioning as a low refractive index layer and a GaAs layer functioning as a high refractive index layer are paired. It is formed as a semiconductor multilayer film mirror having a periodic structure. The layer thickness of each layer constituting the composite semiconductor layer of the lower DBR mirror 2 is λ / 4n (λ: laser oscillation wavelength, n: refractive index). For example, when λ is 1.06 μm, the Al 0.9 Ga 0.1 As layer has a thickness of about 88 nm, and the GaAs layer has a thickness of about 76 nm.

n型コンタクト層3およびn型クラッド層5は、n型GaAsを材料として形成される。   The n-type contact layer 3 and the n-type cladding layer 5 are formed using n-type GaAs as a material.

p型クラッド層7は、p型AlGaAsを材料として形成される(たとえば、Al0.3Ga0.7Asが望ましい)。p型スペーサ層9は、p型AlGaAsを材料として形成される。p型コンタクト層10は、p型GaAsを材料として形成される。 The p-type cladding layer 7 is formed using p-type AlGaAs (for example, Al 0.3 Ga 0.7 As is desirable). The p-type spacer layer 9 is formed using p-type AlGaAs as a material. The p-type contact layer 10 is formed using p-type GaAs as a material.

n型クラッド層5、p型クラッド層7、p型スペーサ層9には、キャリア濃度がたとえば1×1018cm−3程度となるようにp型またはn型ドーパントが添加されており、確実にp型またはn型の導電型とされている。また、n型コンタクト層3、p型コンタクト層10のキャリア濃度はたとえばそれぞれ2×1018cm−3、3×1019cm−3程度である。 A p-type or n-type dopant is added to the n-type cladding layer 5, the p-type cladding layer 7, and the p-type spacer layer 9 so that the carrier concentration is, for example, about 1 × 10 18 cm −3 , The conductivity type is p-type or n-type. The carrier concentrations of the n-type contact layer 3 and the p-type contact layer 10 are, for example, about 2 × 10 18 cm −3 and 3 × 10 19 cm −3 , respectively.

電流狭窄層8は、電流注入部としての開口部8aと電流狭窄部としての選択酸化層8bとから構成されている。開口部8aはAl1−xGaAs(0≦x<0.2)からなり、選択酸化層8bは(Al1−xGaからなる。なお、xはたとえば0.02である。 The current confinement layer 8 includes an opening 8a as a current injection portion and a selective oxidation layer 8b as a current confinement portion. The opening 8a is made of Al 1-x Ga x As (0 ≦ x <0.2), and the selective oxidation layer 8b is made of (Al 1-x Ga x ) 2 O 3 . X is 0.02, for example.

電流狭窄層8は、Al1−xGaAsからなるAl含有半導体層を選択酸化熱処理することによって形成される。すなわち、選択酸化層8bは、このAl含有半導体層がメサポストMの外周部から積層面に沿って所定範囲だけ酸化されることで、開口部8aの外周にリング状に形成されている。選択酸化層8bは、絶縁性を有し、p側電極11から注入される電流を狭窄して開口部8a内に集中させることで、開口部8aの直下における活性層6に注入される電流密度を高める機能を有する。開口部8aの開口径はたとえば6μm〜7μmである。電流狭窄層8の厚さはたとえば20nm〜30nmである。これによって、面発光レーザ素子100はマルチモード発振する。 The current confinement layer 8 is formed by subjecting an Al-containing semiconductor layer made of Al 1-x Ga x As to selective oxidation heat treatment. That is, the selective oxidation layer 8b is formed in a ring shape on the outer periphery of the opening 8a by oxidizing the Al-containing semiconductor layer by a predetermined range from the outer periphery of the mesa post M along the laminated surface. The selective oxidation layer 8b has an insulating property, and the current injected from the p-side electrode 11 is narrowed and concentrated in the opening 8a, whereby the current density injected into the active layer 6 immediately below the opening 8a. It has a function to enhance. The opening diameter of the opening 8a is, for example, 6 μm to 7 μm. The thickness of the current confinement layer 8 is 20 nm to 30 nm, for example. As a result, the surface emitting laser element 100 oscillates in multimode.

活性層6は、井戸層と障壁層とが交互に積層した多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)層の両側を分離閉じ込め(Separate Confinement Heterostructure)層で挟んだMQW−SCH構造を有する。なお、井戸層は所望の波長の光を放出するように選択される材料からなり、たとえばGaInAs系の半導体材料からなる。障壁層はたとえばGaAsからなる。この活性層6は、p側電極11から注入されて電流狭窄層8によって狭窄された電流により、たとえば1.0μm〜1.1μm(1.0μm帯とする)の波長の光を含む自然放出光を発するようにその半導体材料の組成および層厚が設定されている。   The active layer 6 has an MQW-SCH structure in which both sides of a multiple quantum well (MQW) layer in which well layers and barrier layers are alternately stacked are sandwiched between separate confinement heterostructure (Separate Confinement Heterostructure) layers. The well layer is made of a material selected so as to emit light having a desired wavelength, for example, a GaInAs-based semiconductor material. The barrier layer is made of, for example, GaAs. The active layer 6 is a spontaneous emission light including light having a wavelength of, for example, 1.0 μm to 1.1 μm (referred to as 1.0 μm band) due to a current injected from the p-side electrode 11 and confined by the current confinement layer 8. The composition and layer thickness of the semiconductor material are set so as to emit light.

上部誘電体DBRミラー12は、低屈折率層として機能するSiO2層と、高屈折率層として機能するSiNx層とを1ペアとする複合誘電体層がたとえば9ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されており、下部DBRミラー2と同様に各層の層厚がλ/4nとされている。 The upper dielectric DBR mirror 12 has a periodic structure in which, for example, 9 pairs of composite dielectric layers each having a pair of SiO 2 layer functioning as a low refractive index layer and SiNx layer functioning as a high refractive index layer are laminated. As in the lower DBR mirror 2, the thickness of each layer is λ / 4n.

p側電極11は、p型コンタクト層10の外延に沿ってリング状に形成されている。一方、n側電極4は、メサポストMの外周側に延設したn型コンタクト層3の延設部分の表面に形成され、メサポストMの周囲を取り囲むようにC字状に形成されている。   The p-side electrode 11 is formed in a ring shape along the outer extension of the p-type contact layer 10. On the other hand, the n-side electrode 4 is formed on the surface of the extended portion of the n-type contact layer 3 extending on the outer peripheral side of the mesa post M, and is formed in a C shape so as to surround the periphery of the mesa post M.

つぎに、この面発光レーザ素子100の動作について説明する。はじめに、制御器Cが、p側電極11とn側電極4との間にバイアス電圧および変調電圧信号を印加し電流を注入する。p側のキャリア(ホール)は、p型コンタクト層10では層内を紙面横方向に流れ、その後p型スペーサ層9を通過し、電流狭窄層8の開口部8a内に集中して密度が高められた状態で、活性層6に注入される。一方、n側のキャリア(電子)については、n側電極4からn型コンタクト層3、n型クラッド層5を通過して、活性層6に注入される。   Next, the operation of the surface emitting laser element 100 will be described. First, the controller C applies a bias voltage and a modulation voltage signal between the p-side electrode 11 and the n-side electrode 4 to inject current. In the p-type contact layer 10, p-side carriers (holes) flow in the horizontal direction in the drawing, and then pass through the p-type spacer layer 9 and concentrate in the opening 8 a of the current confinement layer 8 to increase the density. In this state, it is injected into the active layer 6. On the other hand, n-side carriers (electrons) are injected from the n-side electrode 4 into the active layer 6 through the n-type contact layer 3 and the n-type cladding layer 5.

このように、面発光レーザ素子100は、p側のキャリアおよびn側のキャリアのいずれもが、DBRミラーを経由しないで活性層に注入される、いわゆるダブルイントラキャビティ構造を有する。   As described above, the surface emitting laser element 100 has a so-called double intracavity structure in which both the p-side carrier and the n-side carrier are injected into the active layer without passing through the DBR mirror.

キャリアが注入された活性層6は、自然放出光を発生する。発生した自然放出光は、活性層6の光増幅作用と光共振器の作用とによって、1.0μm波長帯のいずれかの波長においてレーザ発振する。その結果、この面発光レーザ素子100は、上部誘電体DBRミラー12上から変調信号を含むレーザ信号光L1を出力する。   The active layer 6 into which carriers are injected generates spontaneous emission light. The generated spontaneous emission light is laser-oscillated at any wavelength in the 1.0 μm wavelength band by the optical amplification action of the active layer 6 and the action of the optical resonator. As a result, the surface emitting laser element 100 outputs the laser signal light L1 including the modulation signal from the upper dielectric DBR mirror 12.

ここで、電流狭窄層8の厚さおよび開口部8aの開口径の調整によって、レーザ信号光L1はマルチモードで出力される。図3は、電流狭窄層8の厚さを20nmとし、開口部8aの開口径を6.5μmとした実施例の面発光レーザ素子の出力光スペクトルを示す図である。なお、変調電圧信号の変調速度は10Gbpsとし、バイアス電流は5mAとしている。図3に示すようにレーザ信号光L1のスペクトルには、主モード光M1、1次の高次モード光M2、2次の高次モード光M3、およびさらに高次の高次モード光の成分が含まれる。   Here, by adjusting the thickness of the current confinement layer 8 and the opening diameter of the opening 8a, the laser signal light L1 is output in a multimode. FIG. 3 is a diagram showing an output light spectrum of the surface emitting laser element of the example in which the thickness of the current confinement layer 8 is 20 nm and the opening diameter of the opening 8a is 6.5 μm. The modulation speed of the modulation voltage signal is 10 Gbps, and the bias current is 5 mA. As shown in FIG. 3, the spectrum of the laser signal light L1 includes components of the main mode light M1, the first-order higher-order mode light M2, the second-order higher-order mode light M3, and the higher-order higher-order mode light. included.

図3では、光強度がデシベル単位である。したがって、主モード光M1の強度に対する2次の高次モード光M3の強度の抑圧比は、両者の強度の差分で表される値であり、−5dBm−(−45dBm)=40dBである。このとき、レーザ信号光L1に含まれるモード競合雑音が抑制される。   In FIG. 3, the light intensity is in decibels. Therefore, the suppression ratio of the intensity of the second-order higher-order mode light M3 with respect to the intensity of the main mode light M1 is a value represented by the difference between the two intensities, and is −5 dBm − (− 45 dBm) = 40 dB. At this time, mode competition noise included in the laser signal light L1 is suppressed.

以下、具体的に説明する。図4は、図2に示す面発光レーザ素子100と同様の構成の面発光レーザ素子における、主モード光の強度に対する2次の高次モード光の強度の抑圧比と、レーザ信号光の相対強度雑音(Relative Intensity Noise:RIN)との関係を示す図である。黒四角点は測定データ点を示し、実線は測定データ点の最小自乗法によるフィッティング曲線を示している。縦軸のRINは周波数1Hzあたりの値に規格化した値である。測定に用いた面発光レーザ素子では、抑圧比を様々な値にするために、電流狭窄層の厚さおよび開口部の開口径が調整されている。   This will be specifically described below. FIG. 4 shows the suppression ratio of the intensity of the second-order higher-order mode light to the intensity of the main mode light and the relative intensity of the laser signal light in the surface-emitting laser element having the same configuration as the surface-emitting laser element 100 shown in FIG. It is a figure which shows the relationship with noise (Relative Intensity Noise: RIN). The black square points indicate the measurement data points, and the solid line indicates the fitting curve obtained by the least square method of the measurement data points. RIN on the vertical axis is a value normalized to a value per frequency of 1 Hz. In the surface emitting laser element used for the measurement, the thickness of the current confinement layer and the opening diameter of the opening are adjusted in order to set the suppression ratio to various values.

図4に示すように、抑圧比が低い場合は、RINの値が大きいが、抑圧比が高くなるにつれてRINの値が小さくなり、35dB以上では、抑圧比の変化に対してRINの変化が小さく、RINが安定した領域となっている。   As shown in FIG. 4, when the suppression ratio is low, the value of RIN is large. However, as the suppression ratio increases, the value of RIN decreases, and at 35 dB or more, the change of RIN is small with respect to the change of the suppression ratio. , RIN is a stable region.

本発明者らがモード競合雑音を抑制するために鋭意検討を行って得た知見によれば、主モード光の強度に対する2次の高次モード光の強度の抑圧比(第1抑圧比)の値を調整することで、レーザ信号光に含まれるモード競合雑音を抑制することができる。たとえば、図4の場合は、抑圧比を35dB以上に調整することが好ましく、40dB以上に調整することがより好ましい。   According to the knowledge obtained by the inventors of the present invention through intensive studies to suppress mode competition noise, the suppression ratio (first suppression ratio) of the intensity of the second-order higher-order mode light with respect to the intensity of the main-mode light is By adjusting the value, mode competition noise included in the laser signal light can be suppressed. For example, in the case of FIG. 4, the suppression ratio is preferably adjusted to 35 dB or more, and more preferably adjusted to 40 dB or more.

また、第1抑圧比は、RINが基準値から10dB/Hz以上低くなる範囲に調整することが好ましい。基準値としては、一般的な規格などが挙げられるが、例えば−128dB/Hzとしても良い。その場合は、RINが−138dB/Hz以下とするのが好ましい。   Further, the first suppression ratio is preferably adjusted to a range in which RIN is lower than the reference value by 10 dB / Hz or more. Examples of the reference value include general standards, but may be -128 dB / Hz, for example. In that case, it is preferable that RIN be −138 dB / Hz or less.

このように主モード光と2次の高次モード光との抑圧比の調整によって、モード競合雑音を効果的に抑制できる理由は、以下の通りと考えられる。すなわち、主モード光はLP01モードであり、2次の高次モード光はLP02モードであるが、LP01モードとLP02モードはいずれも近視野像(Near Field Pattern:NFP)が発光領域の中央に強度ピークを有しており、光のパターンの対称性が類似しているため、光が両モード間で遷移しやすくなっており、モード競合雑音に対する寄与が大きいと考えられる。したがって、寄与が大きい2つのモード光間の抑圧比の調整によって、モード競合雑音を効果的に抑制できる。   The reason why the mode competition noise can be effectively suppressed by adjusting the suppression ratio between the main mode light and the second-order higher-order mode light is considered as follows. That is, the main mode light is the LP01 mode, and the second order higher order mode light is the LP02 mode. However, in both the LP01 mode and the LP02 mode, the near-field image (NFP) has an intensity at the center of the light emitting region. Since it has a peak and the symmetry of the light pattern is similar, the light easily transitions between both modes, and it is considered that the contribution to the mode competition noise is large. Therefore, the mode competition noise can be effectively suppressed by adjusting the suppression ratio between the two mode lights having a large contribution.

なお、主モード光と他の高次モードとの関係については、3次以上の高次モード光の強度が、2次モード光の強度よりも低いこと、モード競合雑音の抑制の点で好ましい。さらには、第1抑圧比が、40dB以上であり、主モード光の強度に対する1次の高次モード光の強度の抑圧比(第2抑圧比)が5dB以上40dB以下であることが、モード競合雑音の抑制の点で好ましい。たとえば、図3の場合は、第2抑圧比は−5dBm−(−15dBm)=10dBである。   As for the relationship between the main mode light and the other higher order modes, it is preferable that the intensity of the third or higher order mode light is lower than the intensity of the second order mode light and that mode competition noise is suppressed. Further, the mode competition is that the first suppression ratio is 40 dB or more, and the suppression ratio (second suppression ratio) of the first-order higher-order mode light intensity to the main mode light intensity is 5 dB or more and 40 dB or less. This is preferable in terms of noise suppression. For example, in the case of FIG. 3, the second suppression ratio is −5 dBm − (− 15 dBm) = 10 dB.

つぎに、図2に示す面発光レーザ素子100と同様の構成の面発光レーザ素子において、電流狭窄層8の厚さを40nmとし、開口部8aの開口径を6.5μmとした比較例の面発光レーザ素子を作製し、その動作特性を測定した。   Next, in the surface-emitting laser element having the same configuration as the surface-emitting laser element 100 shown in FIG. 2, the surface of the comparative example in which the thickness of the current confinement layer 8 is 40 nm and the opening diameter of the opening 8a is 6.5 μm. A light emitting laser element was fabricated and its operating characteristics were measured.

図5は、比較例の面発光レーザ素子の出力光スペクトルを示す図である。なお、動作時の変調電圧信号の変調速度は10Gbpsとし、バイアス電流は5mAとしている。図5に示す出力光スペクトルでは、レーザ信号光のスペクトルには、主モード光M11、1次の高次モード光M12、2次の高次モード光M13、およびさらに高次の高次モード光の成分が含まれる。ただし、第1抑制比、第2抑制比はいずれも10dBより小さかった。   FIG. 5 is a diagram showing an output light spectrum of the surface emitting laser element of the comparative example. Note that the modulation speed of the modulation voltage signal during operation is 10 Gbps, and the bias current is 5 mA. In the output light spectrum shown in FIG. 5, the spectrum of the laser signal light includes the main mode light M11, the first-order higher-order mode light M12, the second-order higher-order mode light M13, and the higher-order higher-order mode light. Ingredients included. However, the first suppression ratio and the second suppression ratio were both less than 10 dB.

つぎに、図3、図5の出力光スペクトルを測定した条件と同じ条件で、実施例、比較例の面発光レーザ素子から出力されたレーザ信号光のアイダイアグラムを測定した。なお、変調信号の消光比は6dBに設定した。   Next, the eye diagrams of the laser signal light output from the surface emitting laser elements of the example and the comparative example were measured under the same conditions as the conditions for measuring the output light spectrum of FIGS. The extinction ratio of the modulation signal was set to 6 dB.

図6は、実施例のアイダイアグラムを示す図である。図7は、比較例のアイダイアグラムを示す図である。図6、7に示すように、比較例のアイダイアグラムでは、トレースが太くなっていた。この現象は、比較例ではレーザ信号光のジッタが大きく、伝送データの誤り率が高いことを示している。一方、実施例のアイダイアグラムでは、トレースが細いままであった。この現象は、実施例ではレーザ信号光のジッタが小さく、伝送データの誤り率が低いことを示している。   FIG. 6 is a diagram illustrating an eye diagram of the example. FIG. 7 is a diagram showing an eye diagram of a comparative example. As shown in FIGS. 6 and 7, in the eye diagram of the comparative example, the trace was thick. This phenomenon indicates that the jitter of the laser signal light is large and the error rate of the transmission data is high in the comparative example. On the other hand, in the eye diagram of the example, the trace remained thin. This phenomenon indicates that the jitter of the laser signal light is small and the error rate of the transmission data is low in the embodiment.

以上説明したように、本実施の形態1に係る光モジュール1000は、面発光レーザ素子100がマルチモード発振であるため、電気抵抗の増大や信頼性の低下などが抑制され、かつ低コストであり、さらにモード競合雑音が抑制されているために高速変調に適するものである。   As described above, in the optical module 1000 according to the first embodiment, since the surface emitting laser element 100 is multimode oscillation, an increase in electrical resistance and a decrease in reliability are suppressed, and the cost is low. Furthermore, since mode competition noise is suppressed, it is suitable for high-speed modulation.

つぎに、実施の形態1に係る光モジュールに使用できる面発光レーザ素子の別の実施の形態について説明する。図8は、実施の形態1に係る光モジュールに使用できる面発光レーザ素子の別の実施の形態の模式的な断面図である。面発光レーザ素子200は、基板1上に積層された、下部DBRミラー2、n型コンタクト層3、n側電極4、n型クラッド層5、活性層6、電流狭窄層8、p型スペーサ層9、p型コンタクト層10、p側電極21、中間層23、および上部誘電体DBRミラー22を備える。   Next, another embodiment of the surface emitting laser element that can be used in the optical module according to Embodiment 1 will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a surface emitting laser element that can be used in the optical module according to the first embodiment. The surface emitting laser element 200 includes a lower DBR mirror 2, an n-type contact layer 3, an n-side electrode 4, an n-type cladding layer 5, an active layer 6, a current confinement layer 8, and a p-type spacer layer stacked on a substrate 1. 9, a p-type contact layer 10, a p-side electrode 21, an intermediate layer 23, and an upper dielectric DBR mirror 22.

下部DBRミラー2、n型コンタクト層3、n側電極4、n型クラッド層5、活性層6、電流狭窄層8、p型スペーサ層9およびp型コンタクト層10については、図2に示す面発光レーザ素子100の対応する要素と同じなので、説明を省略する。   The lower DBR mirror 2, n-type contact layer 3, n-side electrode 4, n-type cladding layer 5, active layer 6, current confinement layer 8, p-type spacer layer 9 and p-type contact layer 10 are shown in FIG. Since it is the same as the corresponding element of the light emitting laser element 100, description is abbreviate | omitted.

中間層23は、p型コンタクト層10と上部誘電体DBRミラー22との間に形成されており、第1層23aと第2層23bとで構成されている。   The intermediate layer 23 is formed between the p-type contact layer 10 and the upper dielectric DBR mirror 22 and includes a first layer 23a and a second layer 23b.

第1層23aは、たとえば、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層である。位相調整層は、例えばメサポストMとは屈折率の異なる誘電体で形成され、面発光レーザ素子200が出力するレーザ信号光の位相を調整する機能を有する。保護層は、たとえば誘電体で形成され、メサポストMの上面を保護する機能を有する。非線形層は、例えば窒化シリコンで形成され、面発光レーザ素子100が出力するレーザ信号光に対して非線形光学効果を生じさせ、高次高調波を生じさせる機能を有する。吸収層は、例えば高次高調波を吸収する機能を有する。第2層23bは、第1層23aと同様に、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層等、あるいは上部誘電体DBRミラー22の最下層として機能する層である。   The first layer 23a is, for example, a phase adjustment layer, a protective layer, a nonlinear layer, or an absorption layer. The phase adjustment layer is formed of a dielectric having a refractive index different from that of the mesa post M, for example, and has a function of adjusting the phase of the laser signal light output from the surface emitting laser element 200. The protective layer is formed of a dielectric, for example, and has a function of protecting the upper surface of the mesa post M. The nonlinear layer is formed of, for example, silicon nitride, and has a function of causing a nonlinear optical effect to the laser signal light output from the surface emitting laser element 100 and generating higher-order harmonics. The absorption layer has a function of absorbing high-order harmonics, for example. Similarly to the first layer 23 a, the second layer 23 b is a layer that functions as a phase adjustment layer, a protective layer, a nonlinear layer, an absorption layer, or the like, or the lowermost layer of the upper dielectric DBR mirror 22.

p側電極21は、p型コンタクト層10の外延に沿ってリング状に形成されている。p側電極21の内周側には中間層23の上部に延在する延在部21aが形成されている。   The p-side electrode 21 is formed in a ring shape along the outer extension of the p-type contact layer 10. On the inner peripheral side of the p-side electrode 21, an extending portion 21 a that extends to the top of the intermediate layer 23 is formed.

上部誘電体DBRミラー22は、SiO2層と、SiNx層とを1ペアとする複合誘電体層がたとえば9ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されている。 The upper dielectric DBR mirror 22 is formed as a dielectric multilayer mirror having a periodic structure in which, for example, nine pairs of composite dielectric layers each composed of a SiO 2 layer and a SiNx layer are laminated.

ここで、上部誘電体DBRミラー22は、中間層23およびp側電極21を覆うように形成されている。p側電極21の延在部21aが中間層23の上部に延在しているため、延在部21aの上では、上部誘電体DBRミラー22を構成する各層にはリング状の凸部22aが形成される。凸部22aの内周側にはレーザ信号光の出力領域に位置する平坦部22bが形成される。   Here, the upper dielectric DBR mirror 22 is formed so as to cover the intermediate layer 23 and the p-side electrode 21. Since the extending portion 21a of the p-side electrode 21 extends above the intermediate layer 23, each layer constituting the upper dielectric DBR mirror 22 has a ring-shaped convex portion 22a on the extending portion 21a. It is formed. A flat portion 22b located in the output region of the laser signal light is formed on the inner peripheral side of the convex portion 22a.

各層の平坦部22bの周囲にある凸部22aは光の出力方向に向かって内径が小さくなるように形成される。線Lは各凸部22aの頂部を結んだ線であるが、線Lは内側(平坦部22b側)に傾斜する。これによって、各平坦部22bも光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成される。   The convex portions 22a around the flat portion 22b of each layer are formed so that the inner diameter decreases in the light output direction. The line L is a line connecting the tops of the convex portions 22a, but the line L is inclined inward (on the flat portion 22b side). Thereby, each flat part 22b is also formed so that an area becomes small toward the output direction of light.

面発光レーザ素子200では、このように上部誘電体DBRミラー22を構成する各層の各平坦部22bが、光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されているため、高次モード光のレーザ発振が抑制される。たとえば、各平坦部22bの面積や面積が小さくなる程度(すなわち線Lの傾斜角度)を調整することによって、レーザ信号光に含まれる主モード光の強度に対する2次の高次モード光の強度の抑圧比(第1抑圧比)、および他の高次モード光の抑圧比を調整することができる。これによって、面発光レーザ素子200から出力されるレーザ信号光に含まれるモード競合雑音を抑制することができる。また,p側電極21の開口部の形状や面積を制御することで,2次のモードの強度を制御することができる。開口部を大きくすると、キャリアの注入の均一性が悪くなり、メサの中心軸から離れた部分に強度分布を持つ2次のモードが発振しやすくなる。したがって、電極の開口部の面積を狭くして、電流注入を均一化することによって、モード競合雑音を低減させることができる。   In the surface emitting laser element 200, the flat portions 22b of the respective layers constituting the upper dielectric DBR mirror 22 are formed in such a manner that the area decreases in the light output direction. The laser oscillation is suppressed. For example, by adjusting the area of each flat portion 22b and the extent to which the area is reduced (that is, the inclination angle of the line L), the intensity of the second-order higher-order mode light with respect to the intensity of the main-mode light included in the laser signal light is adjusted. The suppression ratio (first suppression ratio) and the suppression ratio of other higher-order mode light can be adjusted. Thereby, mode competition noise included in the laser signal light output from the surface emitting laser element 200 can be suppressed. Further, by controlling the shape and area of the opening of the p-side electrode 21, the intensity of the secondary mode can be controlled. If the opening is enlarged, the uniformity of carrier injection becomes poor, and a secondary mode having an intensity distribution in a portion away from the central axis of the mesa tends to oscillate. Therefore, mode competition noise can be reduced by narrowing the area of the opening of the electrode and making current injection uniform.

図9は、図8に示す面発光レーザ素子の変形例1の要部を示す図である。なお、面発光レーザ素子300のメサポストMから基板側の構成は図8に示す面発光レーザ素子200と同様なので、説明を省略する。   FIG. 9 is a diagram showing a main part of Modification 1 of the surface emitting laser element shown in FIG. The configuration of the surface emitting laser element 300 from the mesa post M to the substrate side is the same as that of the surface emitting laser element 200 shown in FIG.

p側電極31は、メサポストMの外延に沿ってリング状に形成されている。また、中間層33は、その外周面がp側電極31の内周面とほぼ一致するように形成されている。中間層33は、たとえば、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層である。また、中間層33は、図8に示す中間層23と同様に第1層と第2層とで構成されていてもよい。   The p-side electrode 31 is formed in a ring shape along the extension of the mesa post M. The intermediate layer 33 is formed so that the outer peripheral surface thereof substantially coincides with the inner peripheral surface of the p-side electrode 31. The intermediate layer 33 is, for example, a phase adjustment layer, a protective layer, a nonlinear layer, or an absorption layer. Further, the intermediate layer 33 may be composed of a first layer and a second layer, like the intermediate layer 23 shown in FIG.

上部誘電体DBRミラー32は、SiO2層と、SiNx層とを1ペアとする複合誘電体層がたとえば9ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されている。なお、層の数は省略して図示している。 The upper dielectric DBR mirror 32 is formed as a dielectric multilayer mirror having a periodic structure in which, for example, 9 pairs of composite dielectric layers each having a SiO 2 layer and a SiNx layer are stacked. Note that the number of layers is omitted.

ここで、中間層33の厚さはp側電極31の厚さよりも薄くなっているため、中間層33の表面33aとp側電極31とによって段差Sが円状に形成されている。これによって、段差Sの上では、上部誘電体DBRミラー32を構成する各層にはリング状の凸部32aが形成される。凸部32aの内周側にはレーザ信号光の出力領域に位置する平坦部32bが形成される。   Here, since the thickness of the intermediate layer 33 is thinner than the thickness of the p-side electrode 31, the step S is formed in a circular shape by the surface 33 a of the intermediate layer 33 and the p-side electrode 31. Thereby, on the step S, a ring-shaped convex portion 32a is formed in each layer constituting the upper dielectric DBR mirror 32. A flat portion 32b located in the output region of the laser signal light is formed on the inner peripheral side of the convex portion 32a.

各層の凸部32aは光の出力方向に向かって内径が小さくなるように形成される。各凸部32aの頂部を結んだ線Lは、内側(平坦部32b側)に傾斜する。これによって、各平坦部32bも光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成される。   The convex portions 32a of each layer are formed so that the inner diameter becomes smaller toward the light output direction. A line L connecting the tops of the respective convex portions 32a is inclined inward (on the flat portion 32b side). As a result, each flat portion 32b is also formed so that its area decreases in the light output direction.

面発光レーザ素子300では、このように上部誘電体DBRミラー32を構成する各層の各平坦部32bが、光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されているため、高次モード光のレーザ発振が抑制される。したがって、面発光レーザ素子200と同様に、面発光レーザ素子300から出力されるレーザ信号光に含まれる主モード光の強度に対する2次の高次モード光の強度の抑圧比(第1抑圧比)および他の高次モード光の抑圧比を調整することができる。これによって、面発光レーザ素子300から出力されるレーザ信号光に含まれるモード競合雑音を抑制することができる。   In the surface emitting laser element 300, the flat portions 32b of the respective layers constituting the upper dielectric DBR mirror 32 are formed in such a manner that the area decreases in the light output direction. The laser oscillation is suppressed. Therefore, similarly to the surface-emitting laser element 200, the suppression ratio (first suppression ratio) of the intensity of the second-order higher-order mode light with respect to the intensity of the main mode light included in the laser signal light output from the surface-emitting laser element 300. In addition, the suppression ratio of other higher-order mode light can be adjusted. Thereby, mode competition noise included in the laser signal light output from the surface emitting laser element 300 can be suppressed.

図10は、図8に示す面発光レーザ素子の変形例2の要部を示す図である。なお、面発光レーザ素子400のメサポストMから基板側の構成は図8に示す面発光レーザ素子200と同様なので、説明を省略する。   FIG. 10 is a diagram showing a main part of a second modification of the surface emitting laser element shown in FIG. The configuration of the surface emitting laser element 400 from the mesa post M to the substrate side is the same as that of the surface emitting laser element 200 shown in FIG.

p側電極41は、図9に示すp側電極41と同様のものである。中間層43は、たとえば、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層であるが、その外周面とp側電極41の内周面との間に隙間Gが形成されるような外径を有する。   The p-side electrode 41 is the same as the p-side electrode 41 shown in FIG. The intermediate layer 43 is, for example, a phase adjustment layer, a protective layer, a nonlinear layer, or an absorption layer, and has an outer diameter such that a gap G is formed between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the p-side electrode 41. Have.

上部誘電体DBRミラー42は、SiO2層と、SiNx層とを1ペアとする複合誘電体層がたとえば9ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されている。なお、層の数は省略して図示している。 The upper dielectric DBR mirror 42 is formed as a dielectric multilayer mirror having a periodic structure in which, for example, 9 pairs of composite dielectric layers each having a SiO 2 layer and a SiNx layer are stacked. Note that the number of layers is omitted.

面発光レーザ素子300の場合と同様に、中間層43の厚さはp側電極41の厚さよりも薄くなっているため、中間層43の表面43aとp側電極41とによって段差Sが円状に形成されている。これによって、段差Sの上では、上部誘電体DBRミラー42を構成する各層にはリング状の凸部42aが形成される。凸部42aの内周側にはレーザ信号光の出力領域に位置する平坦部42bが形成される。また、隙間Gによって、平坦部42bと凸部42aとの間に溝42cが形成される。   As in the case of the surface emitting laser element 300, the thickness of the intermediate layer 43 is thinner than the thickness of the p-side electrode 41, so that the step S is circular due to the surface 43 a of the intermediate layer 43 and the p-side electrode 41. Is formed. Thus, on the step S, a ring-shaped convex portion 42a is formed in each layer constituting the upper dielectric DBR mirror 42. A flat portion 42b located in the laser signal light output region is formed on the inner peripheral side of the convex portion 42a. Further, the gap G forms a groove 42c between the flat portion 42b and the convex portion 42a.

面発光レーザ素子400では、面発光レーザ素子300と同様に、上部誘電体DBRミラー42を構成する各層の各平坦部42bが、光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されているため、高次モード光のレーザ発振が抑制される。したがって、面発光レーザ素子300と同様に、面発光レーザ素子400から出力されるレーザ信号光に含まれる主モード光の強度に対する2次の高次モード光の強度の抑圧比(第1抑圧比)および他の高次モード光の抑圧比を調整することができる。これによって、面発光レーザ素子400から出力されるレーザ信号光に含まれるモード競合雑音を抑制することができる。   In the surface emitting laser element 400, as in the surface emitting laser element 300, each flat portion 42b of each layer constituting the upper dielectric DBR mirror 42 is formed so that the area decreases in the light output direction. Therefore, laser oscillation of higher order mode light is suppressed. Therefore, similarly to the surface emitting laser element 300, the suppression ratio (first suppression ratio) of the intensity of the second-order higher-order mode light with respect to the intensity of the main mode light included in the laser signal light output from the surface emitting laser element 400. In addition, the suppression ratio of other higher-order mode light can be adjusted. Thus, mode competition noise included in the laser signal light output from the surface emitting laser element 400 can be suppressed.

なお、本発明は、イントラキャビティ構造でない面発光レーザ素子にも適用できる。すなわち、活性層に注入されるキャリアが、下部DBRミラーおよび/または上下部DBRミラーのそれぞれを経由して活性層に注入される構造の面発光レーザ素子にも本発明は適用できる。   The present invention can also be applied to a surface emitting laser element that does not have an intracavity structure. That is, the present invention can also be applied to a surface emitting laser element having a structure in which carriers injected into the active layer are injected into the active layer via the lower DBR mirror and / or the upper and lower DBR mirrors.

また、上記実施の形態では、活性層の下部にn型半導体層が配置され、活性層の上部にp型半導体層が配置されているが、活性層の上部にn型半導体層が配置され、活性層の下部にp型半導体層が配置されていてもよい。   In the above embodiment, the n-type semiconductor layer is disposed below the active layer and the p-type semiconductor layer is disposed above the active layer. The n-type semiconductor layer is disposed above the active layer, A p-type semiconductor layer may be disposed below the active layer.

また、上記実施の形態では、1.0μm波長帯用にその化合物半導体の材料、サイズ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、所望のレーザ光の発振波長に応じて適宜設定されるものであり、特に限定はされない。たとえば、各半導体層を構成する半導体材料としてInP系の材料を用いてもよい。この場合、Al含有層はInAlAs層で構成することができる。   In the above embodiment, the material, size, etc. of the compound semiconductor are set for the 1.0 μm wavelength band. However, each material, size, and the like are appropriately set according to the desired oscillation wavelength of the laser beam, and are not particularly limited. For example, an InP-based material may be used as a semiconductor material constituting each semiconductor layer. In this case, the Al-containing layer can be composed of an InAlAs layer.

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

1、B 基板
2 下部DBRミラー
3 n型コンタクト層
4 n側電極
5 n型クラッド層
6 活性層
7 p型クラッド層
8 電流狭窄層
8a 開口部
8b 選択酸化層
9 p型スペーサ層
10 p型コンタクト層
11、21、31、41 p側電極
12、22、32、42 上部誘電体DBRミラー
22a、32a、42a 凸部
22b、32b、42b 平坦部
20 ミラー
21a 延在部
23、33 中間層
23a 第1層
23b 第2層
30 光ファイバ
33a、43a 表面
42c 溝
100、200、300、400 面発光レーザ素子
1000 光モジュール
G 隙間
M メサポスト
S 段差
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, B board | substrate 2 Lower DBR mirror 3 n-type contact layer 4 n-side electrode 5 n-type cladding layer 6 active layer 7 p-type cladding layer 8 current confinement layer 8a opening 8b selective oxidation layer 9 p-type spacer layer 10 p-type contact Layer 11, 21, 31, 41 P-side electrode 12, 22, 32, 42 Upper dielectric DBR mirror 22a, 32a, 42a Projection 22b, 32b, 42b Flat part 20 Mirror 21a Extension part 23, 33 Intermediate layer 23a First 1st layer 23b 2nd layer 30 Optical fiber 33a, 43a Surface 42c Groove 100, 200, 300, 400 Surface emitting laser element 1000 Optical module G Gap M Mesa post S Step

Claims (7)

光共振器を構成する下部反射鏡および上部反射鏡と、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡との間に配置された活性層と、を有し、変調信号の印加によって横マルチモードのレーザ信号光を出力する面発光レーザ素子を備え、前記面発光レーザ素子を変調信号によって動作させた場合における前記レーザ信号光の横モードにおける主モード光の強度に対する2次の高次モード光の強度の第1抑圧比が、前記レーザ光信号に含まれるモード競合雑音が抑制される値に調整されていることを特徴とする光モジュール。   A transverse multimode laser signal by applying a modulation signal, comprising: a lower reflecting mirror and an upper reflecting mirror constituting an optical resonator; and an active layer disposed between the lower reflecting mirror and the upper reflecting mirror. A surface-emitting laser element that outputs light, and the second-order higher-order mode light intensity relative to the intensity of the main-mode light in the transverse mode of the laser signal light when the surface-emitting laser element is operated by a modulation signal. The optical module according to claim 1, wherein the suppression ratio is adjusted to a value that suppresses mode competition noise included in the laser light signal. 前記第1抑圧比は、前記レーザ信号光の相対強度雑音が基準値から10dB/Hz以上低くなる範囲であることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。   2. The optical module according to claim 1, wherein the first suppression ratio is a range in which a relative intensity noise of the laser signal light is lower than a reference value by 10 dB / Hz or more. 前記第1抑圧比は、35dB以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の光モジュール。   The optical module according to claim 1, wherein the first suppression ratio is 35 dB or more. 前記レーザ信号光の横モードにおける3次以上の高次モード光の強度が、前記2次モード光の強度よりも低いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光モジュール。   4. The optical module according to claim 1, wherein the intensity of the third-order or higher-order mode light in the transverse mode of the laser signal light is lower than the intensity of the second-order mode light. . 前記第1抑圧比は、40dB以上であり、前記レーザ信号光の横モードにおける主モード光の強度に対する1次の高次モード光の強度の第2抑圧比が10dB以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光モジュール。   The first suppression ratio is 40 dB or more, and the second suppression ratio of the intensity of the first-order higher-order mode light with respect to the intensity of the main mode light in the transverse mode of the laser signal light is 10 dB or more. The optical module as described in any one of Claims 1-4. 前記面発光レーザ素子は、前記上部反射鏡と前記活性層との間に配置され、電流注入部と選択酸化熱処理によって前記電流注入部の外周に形成された選択酸化層とを有する電流狭窄層を備え、前記第1抑圧比が前記値となるように前記電流狭窄層の厚さまたは前記電流注入部の径が調整されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の光モジュール。   The surface-emitting laser element includes a current confinement layer that is disposed between the upper reflecting mirror and the active layer, and includes a current injection portion and a selective oxidation layer formed on the outer periphery of the current injection portion by a selective oxidation heat treatment. The thickness of the current confinement layer or the diameter of the current injection portion is adjusted so that the first suppression ratio becomes the value. Light module. 前記上部反射鏡は多層膜からなり、前記多層膜を構成する各層は、光の出力領域に位置する平坦部と前記平坦部の周囲に形成された凸部とを有し、前記各平坦部は光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の光モジュール。   The upper reflecting mirror is composed of a multilayer film, and each layer constituting the multilayer film has a flat part located in the light output region and a convex part formed around the flat part, and the flat parts are The optical module according to claim 1, wherein the optical module is formed so that an area decreases toward an output direction of light.
JP2012236001A 2012-10-25 2012-10-25 Optical module Active JP6012399B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012236001A JP6012399B2 (en) 2012-10-25 2012-10-25 Optical module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012236001A JP6012399B2 (en) 2012-10-25 2012-10-25 Optical module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014086642A true JP2014086642A (en) 2014-05-12
JP6012399B2 JP6012399B2 (en) 2016-10-25

Family

ID=50789401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012236001A Active JP6012399B2 (en) 2012-10-25 2012-10-25 Optical module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6012399B2 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002359432A (en) * 2001-03-27 2002-12-13 Fuji Xerox Co Ltd Surface emission type semiconductor laser and method for manufacturing the same
JP2003298186A (en) * 2002-04-05 2003-10-17 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emission laser element, transceiver employing it, optical transceiver and optical communication system
JP2004063657A (en) * 2002-07-26 2004-02-26 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser, surface emitting laser array, light transmitting module, light transmitting/receiving module and optical communication system
JP2005252032A (en) * 2004-03-04 2005-09-15 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emitting laser element and laser module using it
JP2008098234A (en) * 2006-10-06 2008-04-24 Nec Corp Surface light emitting laser element
JP2008108827A (en) * 2006-10-24 2008-05-08 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface light emitting laser element, surface light emitting laser element array, and method for manufacturing surface light emitting laser element
JP2008251718A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emission laser element and its fabrication process
JP2009200137A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface-emitting laser and array
JP2010251698A (en) * 2009-03-27 2010-11-04 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emitting laser element, surface emitting laser array element, surface emitting laser device, light source device, and optical module
JP2011102914A (en) * 2009-11-11 2011-05-26 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser module

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002359432A (en) * 2001-03-27 2002-12-13 Fuji Xerox Co Ltd Surface emission type semiconductor laser and method for manufacturing the same
JP2003298186A (en) * 2002-04-05 2003-10-17 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emission laser element, transceiver employing it, optical transceiver and optical communication system
JP2004063657A (en) * 2002-07-26 2004-02-26 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser, surface emitting laser array, light transmitting module, light transmitting/receiving module and optical communication system
JP2005252032A (en) * 2004-03-04 2005-09-15 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emitting laser element and laser module using it
JP2008098234A (en) * 2006-10-06 2008-04-24 Nec Corp Surface light emitting laser element
JP2008108827A (en) * 2006-10-24 2008-05-08 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface light emitting laser element, surface light emitting laser element array, and method for manufacturing surface light emitting laser element
JP2008251718A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emission laser element and its fabrication process
JP2009200137A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface-emitting laser and array
JP2010251698A (en) * 2009-03-27 2010-11-04 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emitting laser element, surface emitting laser array element, surface emitting laser device, light source device, and optical module
JP2011102914A (en) * 2009-11-11 2011-05-26 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser module

Also Published As

Publication number Publication date
JP6012399B2 (en) 2016-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3838218B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device and method for manufacturing the same
JP4621393B2 (en) Surface emitting semiconductor laser and method for manufacturing surface emitting semiconductor laser
US7408967B2 (en) Method of fabricating single mode VCSEL for optical mouse
US20070217472A1 (en) VCSEL semiconductor devices with mode control
JP4760380B2 (en) Surface emitting laser
JP4311610B2 (en) Surface emitting laser
JP2004063707A (en) Surface emitting type semiconductor laser
JP2008244470A (en) Surface-emitting laser element
JP2011142252A (en) Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processor
US7379488B2 (en) External cavity dual wavelength laser system
KR100668329B1 (en) Modulator integrated semiconductor laser device
JP2005252032A (en) Surface emitting laser element and laser module using it
JP5916459B2 (en) Surface emitting laser element
JP3876918B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device
JP4614040B2 (en) Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP5005937B2 (en) Surface emitting laser element
US9236706B2 (en) Surface-emitting laser apparatus, optical module, and method of driving surface-emitting laser element
JP2005259951A (en) Surface emitting laser and its manufacturing method, and optical fiber communications system
JP2008034478A (en) Surface-emitting laser element
JP3857632B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser device
JPWO2005074080A1 (en) Surface emitting laser and manufacturing method thereof
JP6012399B2 (en) Optical module
JP2013197377A (en) Surface light emitting laser element
JP2011155143A (en) Surface-emitting semiconductor laser, surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processing device
JP5137658B2 (en) Long wavelength surface emitting laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150713

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160317

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160329

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160525

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160906

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160920

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6012399

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350