JP6220246B2 - 直接変調レーザ - Google Patents

Description

本発明は、マルチコアファイバと直接結合可能な直接変調レーザアレイに関し、特にレーザ光が７芯のマルチコアファイバに小さい損失で結合されるレーザアレイのレーザ素子部分に関する。

一般に、半導体レーザから出射されるレーザ光を光ファイバに結合する場合には、結合用レンズを用いて、光の電界強度分布を光ファイバに集光する必要がある。これはマルチコアファイバ、７芯のマルチコアファイバに対しても同様である。通常の半導体レーザは、光ファイバとＮＡ（開口数）が大きく異なるため、光ファイバにレーザ光を効率よく結合するために、出射光をＮＡ０．６程度の結合用レンズを用いてマルチコアファイバに集光しなければならない。しかし、ＮＡ０．６の結合用レンズの直径は、マルチコアファイバの直径（１２５μｍ）よりはるかに大きく、ましてコアのピッチ（４０μｍ）に対してはさらに大きい。そのためマルチコアファイバのコアの数分のレンズをファイバ側に並べることは不可能であり、結合用レンズを用いて、半導体レーザからの出射光をマルチコアファイバの７つのコアすべてに光結合することは不可能だった。

半導体レーザと同一の基板にレンズを集積し、光ファイバとの結合を上述した結合用レンズなして実現できるようにした素子の報告として、ＥＡＤＦＢレーザの裏面にＩｎＰレンズを集積した報告がある（非特許文献１）。

図１は、非特許文献１に記載のＥＡ／ＤＦＢレーザを示す図であり、図１（ａ）はＥＡ／ＤＦＢレーザのレーザ素子の断面図、図１（ｂ）はＥＡ／ＤＦＢレーザが形成された基板の上面図である。図１に記載のＥＡ／ＤＦＢレーザ１００は、レーザ素子後端面を劈開により形成し、劈開面１１０にＨＲコートを行っている。ＤＦＢレーザからの出射光は、４５°ミラー１１２を用いて基板１１３側に取り出され、共振器１１４の裏面（基板側）に形成されたＩｎＰレンズ１１１で集光される。

S. Makino el al, OFC2012, OTh3F2, "A 40-Gbit/s MMF Transmission with 1.3-μm Lens-integrated EA/DBA Lasers for Optical Interconnect.

図１のＥＡ／ＤＦＢレーザ１００は、レーザのピッチが２５０μｍで、ＩｎＰレンズ１１１の直径は１００μｍ程度である。

レーザ光が伝搬すると、伝搬する距離に応じてレーザ光の電界分布が広がるが、ＩｎＰレンズは、この広がった光を集光するため、レーザ光の電界分布の直径と同等かそれより大きく設定しなければならない。したがって、レーザ光の伝搬距離が長くなると、電界分布が広がることにより、集光に必要となるＩｎＰレンズの直径も大きくなる。ここで、ＥＡ／ＤＦＢレーザ１００の構成では、ＤＦＢレーザからの出射光が、４５°ミラー１１２において反射された後、ＩｎＰレンズ１１１に光を到達させるために基板１１３の厚さの分だけ光をさらに伝搬させなければならないため、ＩｎＰレンズ１１１に到達するまでにさらに電界分布が広ってしまう。計算上、直径２μｍの電界分布の光は、一般的な研磨後のＩｎＰ基板厚と等しい１５０μｍ伝搬された場合、直径４５〜５０μｍに広がる。そのためＥＡ／ＤＦＢレーザ１００のＩｎＰレンズ１１１の直径は、必然的にこの値より大きく設計する必要がある。

７芯のマルチコアファイバのコア間隔は一般的なもので４０μｍであるため、ＥＡ／ＤＦＢレーザの出射するレーザ光をマルチコアファイバへ結合することを考えると、ＩｎＰレンズの直径は４０μｍ以下にする必要がある。しかし、非特許文献１に記載のＥＡ／ＤＦＢレーザ１００の構成では、ＩｎＰレンズ１１１の直径を４０μｍ以下にすることができないため、レーザ素子をアレイ化して配置したとしても７芯のマルチコアファイバのコア間隔である４０μｍの間隔でＩｎＰレンズを集積させることが出来ない。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、ＩｎＰ基板上に形成されたｎ−ＩｎＰ層と、前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成された活性層と、前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成され、前記活性層の一端に接する第１のｉ−ＩｎＰ層と、前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成され、前記活性層の他端に接する第２のｉ−ＩｎＰ層と、前記活性層及び前記第１のｉ−ＩｎＰ層上に形成されたｐ−ＩｎＰ層とを備える直接変調レーザであって、前記活性層の前記一端から前記ＩｎＰ基板に対し水平方向に出射され、前記第１のｉ−ＩｎＰ層に入射する第１のレーザ光を、反射により前記ＩｎＰ基板の前記直接変調レーザが形成されている面側に出射する、前記ＩｎＰ基板の水平面と４５°の角度で形成されたミラーと、前記直接変調レーザの上面に形成されたＩｎＰを加工して形成されたレンズであって、前記ＩｎＰレンズは、前記ミラーにより反射された前記第１のレーザ光が到達する部分に形成される、レンズと、前記レンズの表面に施されたＡＲコートと、前記第２のｉ−ＩｎＰ層の前記活性層が接する部分とは反対側の端部に施されたＡＲコートとを備えることを特徴とする。また、本発明の第２の態様は、ＩｎＰ基板上に形成されたｎ−ＩｎＰ層と、前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成された活性層と、前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成され、前記活性層の一端に接する第１のｉ−ＩｎＰ層と、前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成され、前記活性層の他端に接する第２のｉ−ＩｎＰ層と、前記活性層及び第１のｉ−ＩｎＰ層上に形成されたｐ−ＩｎＰ層と、前記ｐ−ＩｎＰ層上に形成された第３のｉ−ＩｎＰ層とを備える直接変調レーザであって、前記活性層の前記一端から前記ＩｎＰ基板に対し水平方向に出射され、前記第１のｉ−ＩｎＰ層に入射する第１のレーザ光を、反射により前記ｐ−ＩｎＰ層に出射する、前記ＩｎＰ基板の水平面と４５°の角度で形成されたミラーと、前記第３のｉ−ＩｎＰ層を加工して形成されたレンズであって、前記ミラーにより反射された前記第１のレーザ光が到達する部分に形成される、レンズと、前記レンズの表面に施されたＡＲコートと、前記第２のｉ−ＩｎＰ層の前記活性層が接する部分とは反対側の端部に施されたＡＲコートとを備えることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の直接変調レーザであって、前記活性層の前記一端と前記ミラーとの前記ＩｎＰ基板に水平方向の距離が３０μｍであり、前記ミラーと、前記レンズとの前記ＩｎＰ基板に垂直な方向の距離が２μｍから８μｍであり、前記レンズの直径が７μｍから１５μｍであり、前記レンズのサグ量が０．５μｍから１．６μｍであることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１乃至第３の態様の直接変調レーザであって、前記直接変調レーザが、前記ＩｎＰ基板上に７箇所形成されたことを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、第４の態様の直接変調レーザであって、前記レンズが、マルチコアファイバの断面におけるコアの間隔と同一の間隔で配置されることを特徴とする。

また、本発明の第６の態様は、第６５態様の直接変調レーザであって、前記第１のレーザ光が結合される前記マルチコアファイバは、コアが７つであることを特徴とする。また、本発明の第７の態様は、第６の態様の直接変調レーザであって、７つの前記直接変調レーザの共振器のｐ電極及びｎ電極に接続された電気配線をさらに有し、前記電気配線は、前記ｐ電極及びｎ電極から端面までの距離がすべて等長であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、レーザ光の伝搬距離を短くでき、電界分布を調整することができるので、ＩｎＰレンズの直径を７芯のマルチコアファイバのコア間隔より小さくすることができ、７つのＩｎＰレンズを同一半導体基板に集積させることができる。したがって７芯のマルチコアファイバのすべてのコアにレーザ光を小さい損失で結合することが可能となる。

非特許文献１に記載のＥＡＤＦＢレーザの構成を示す図である。 本発明の１実施形態にかかる直接変調レーザアレイの構成を示す構成図である。 図２に記載の直接変調レーザアレイと結合される７芯のマルチコアファイバの断面図である。 図２に記載の直接変調レーザアレイの１つのレーザ素子の構成を示す図である。 レーザ光の伝搬距離と伝搬後の電界強度分布の直径との関係を表す図表である。 図４に記載のレーザ素子の４５°ミラー位置における第１のレーザ光の電界強度分布の広がりと反射の様子を示す図である。 各レンズ直径に対するレンズサグ量とその時の電界強度分布の広がり角を示す図表である。 広がり角度８．０５を得るためのＩｎＰレンズのレンズ直径とレンズサグ量の関係を示す図表である。 図４のレーザ素子における、許容されるＩｎＰレンズのレンズ半径ｒと、レンズサグ量ｔと、第１のレーザ光の縦方向伝搬距離ｙとの関係を表す模式図である。 直接変調レーザアレイの１のレーザ素子の断面図である。 直接変調レーザアレイの１のレーザ素子の上面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図２は本発明の１実施形態にかかる直接変調レーザアレイ２００の構成を示す上面透視図である。図２の直接変調レーザアレイ２００は、ＳＩ基板２０１上に７つのレーザ素子２１０−１〜７が形成される。レーザ素子２１０−１〜７は、共振器２１１−１〜２１１−７と、共振器２１１−１〜２１１−７の第１の端部２１１−１１〜２１１−７１から出射される第１のレーザ光を反射する４５°ミラー２１２−１〜２１２−７と、４５°ミラー２１２−１〜２１２−７により反射された第１のレーザ光を集光するＩｎＰレンズ２１３−１〜２１３−７と、共振器２１１−１〜２１１−７の第２の端部２１１−１２〜２１１−７２に接続された導波路２１４−１〜２１４−７と、共振器２１１−１〜２１１−７とｐ−ＩｎＰ層を介して接続されるｐ電極２１５−１〜２１５−７と、共振器２１１−１〜２１１−７とｎ−ＩｎＰ層を介して接続されるｎ電極２１６−１〜２１６−７とにより構成される。共振器２１１−１〜２１１−７の共振器長は、７０μｍ以下である。

４５°ミラー２１２−１〜２１２−７は、第１のレーザ光を、反射角が９０°でＳＩ基板２０１の共振器２１１が形成される面（第１の面）側に取り出すことができるように、ＳＩ基板２０１の水平面に対して４５°の角度をなすように形成されている。

直接変調レーザアレイ２００のＩｎＰレンズ２１３−１〜２１３−７は、マルチコアファイバとの良好な結合を得るため、マルチコアファイバのコアピッチと同じピッチで集積される。ここで、図３は、直接変調レーザアレイ２００と結合される７芯のマルチコアファイバの、導波方向と垂直な方向の断面図である。図３の７芯のマルチコアファイバ３００は、直径が１２５μｍで、それぞれ４０μｍの間隔でコア３０１が７本（中心に１本、周囲に６本）配置されている。コアの直径は９μｍである。なお、図３のマルチコアファイバ３００はあくまで一例であり、本発明において、７芯のマルチコアファイバのコアの間隔は、４０μｍに限定されるものではない。

図２の直接変調レーザアレイ２００において、ＩｎＰレンズ２１３−１〜２１３−７は、図３に示したマルチコアファイバのコア３０１の間隔と一致するように配置され、マルチコアファイバ３００の７つのコア３０１とすべて接続できるように配置される。

共振器２１１−２〜２１１−５の第２の端部２１１−２２〜２１１〜５２から直接変調レーザアレイ２００の基板端部２０２まで、光導波路２１４−２〜２１４−５が形成され、また、共振器２１１−１、２１１−６〜２１１−７の第２の端部２１１−１２、２１１−６２〜２１１〜７２から直接変調レーザアレイ２００の基板端面２０３まで、光導波路２１４−１、２１４−６〜２１４−７が形成される。

直接変調レーザアレイの基板端部２０２及び２０３にはＡＲコートが施されている。また、各レーザ素子２１０−１〜２１０−７の表面の、共振器と重なる部分にはｐ電極２１５−１〜２１５−７が、各共振器２１１−１〜２１１−７の脇には、共振器の長さと同等の長さに渡ってｎ電極２１６−１〜２１６〜７が形成され、ｐ電極にはｐ電極用５０Ω電気配線２１７−１〜２１７−７が、ｎ電極にはｎ電極用５０Ω電気配線２１８−１〜２１８−７が接続される。すべての５０Ω電気配線２１７−１〜２１７−７、２１８−１〜２１８−７は、基板端部２０２〜２０５のいずれかに引き出される。

ここで、７つのレーザ素子のうちレーザ素子２１０−２及び２１０−３の第２の端部２１１−２２及び２１１−３２から端面２０２までの距離をＡ、第２の端部２１１−２２及び２１１−３２から電気配線２１７−２、２１７−３、２１８−２、２１８−３のｐ電極またはｎ電極との接続点までの距離をＢとする。同様に、レーザ素子２１０−６及び２１０−７の第２の端部２１１−６２及び２１１−７２から端面２０３までの距離をＡ、第２の端部２１１−６２及び２１１−７２から電気配線２１７−６、２１７−７、２１８−６、２１８−７のｐ電極またはｎ電極との接続点までの距離をＢとする。そうすると、電気配線２１７−２、２１７−３、２１７−６、２１７−７、２１８−２、２１８−３、２１８−６、２１８−７の長さはＡ＋Ｂとなる。

各レーザ素子のＩｎＰレンズは、マルチコアファイバの各コアと接続できるように配置されているため、４０μｍの間隔で配置されている。そうするとＩｎＰレンズ２１３−２と２１３−６との間隔は、約６９μｍであり、ＩｎＰレンズ２１３−２とＩｎＰレンズ２１３−３を結ぶ線と、ＩｎＰレンズ２１３−４とＩｎＰレンズ２１３−５を結ぶ線との間の基板長手方向の距離が約３５μｍである。

ここで、電気配線を等長化するために、以下の条件が必要となる。
共振器長が３５〜７０μｍの場合、
１．電気配線２１７−２及び２１８−２、及び２１７−３及び２１８−３のＢの長さを３５μｍ以上に設定する。
２．電気配線２１７−２及び２１８−２、及び２１７−３及び２１８−３の長さはＡ＋Ｂであるため、電気配線２１７−４及び２１８−４についてもＡ＋Ｂに設定して、基板端部２０２から取り出す。また、電気配線２１７−５及び２１８−５についてもＡ＋Ｂに設定して、基板端部２０２から取り出す。
３．電気配線２１７−６及び２１８−６、及び電気配線２１７−７、２１８−７の長さもＡ＋Ｂに設定して、基板端部２０３から取り出す。
４．電気配線２１７−１及び２１８−１の長さもＡ＋Ｂに設定して、基板端部２０４及び２０５から取り出す。
５．基板の幅を２Ａ＋２Ｂに設定する。

次に共振器長が約３５μｍ以下の場合、
１．電気配線２１７−２及び２１８−２、及び２１７−３及び２１８−３の長さはＡ＋Ｂであるため、電気配線２１７−４及び２１８−４についてもＡ＋Ｂに設定して、基板端部２０４から取り出す。また、電気配線２１７−５及び２１８−５についてもＡ＋Ｂに設定して、基板端部２０５から取り出す。ここで電気配線は２０２から取り出してしまうと、等長にできないので、基板端部２０４及び２０５から取り出さなければならない。
２．電気配線２１７−６及び２１８−６、及び電気配線２１７−７、２１８−７の長さもＡ＋Ｂに設定して、基板端部２０３から取り出す。
３．電気配線２１７−１及び２１８−１の長さもＡ＋Ｂに設定して、基板端部２０４及び２０５から取り出す。
４．基板の幅を２Ａ＋２Ｂに設定する。

図４は、図２に記載の直接変調レーザアレイ２００の１のレーザ素子の構成を示す図である。図４のレーザ素子４００は、ＳＩ基板４０１上に形成されており、ＳＩ基板４０１上のｎ−ＩｎＰ層４０２と、ｎ−ＩｎＰ層４０２上に形成された共振器となる活性層４０３と、ｎ−ＩｎＰ層４０２上に形成され、活性層４０３の第１の端部４０３−１からの第１のレーザ光が出射される第１の導波路４０４と、活性層４０３の第２の端部４０３−２からの第２のレーザ光が出射される第２の導波路４０６と、活性層４０３、第１の導波路４０４及び第２の導波路４０６上に形成したｐ−ＩｎＰ層４０５により構成される。ここで、図４に記載の基板は埋め込みヘテロ（ＢＨ）構造であるが、リッジ方構造の基板上にレーザ素子４００を作成することもできる。

ここで、第１の導波路４０４の一端（活性層４０３の第１の端部４０３−１が接続される部分とは反対側）には、４５°ミラー４１１が、ＳＩ基板の水平面と４５°の角度で形成され、４５°ミラー４１１に反射した第１のレーザ光を、ＳＩ基板４０１のｐ−ＩｎＰ層４０５が形成された側の面（第１の面）側に取り出すことが出来る。さらに、ｐ−ＩｎＰ層４０５表面の、４５°ミラー４１１により反射された第１のレーザが到達する部分に、ＩｎＰを加工してＩｎＰレンズ４１２を形成しておき、第１の面側に配置されたマルチコアファイバ（図示せず）のうちのひとつのコアに結合されるようにする。

また、レーザ素子４００の第２の導波路４０６の一端（活性層４０３の第２の端部４０３−１が接続される部分とは反対側）には、ＡＲコート４１４が施されている。ＡＲコートは、上面のＩｎＰレンズ４１２の部分にも施されている（４１５）。通常のＤＦＢレーザでは、共振器の両端面にＡＲコートを施して安定な発振状態を保っているが、本発明では共振器から第１のレーザ光が出射する方向であるＩｎＰレンズ４１２表面及び第２のレーザ光が出射される方向である導波路４０６端面にＡＲコートを施すことより安定した発振状態を保っている。

図４に記載のレーザ素子４００において、第１の導波路４０４の中心線の、活性層４０３の第１の端部４０３−１の接続点から４５°ミラー４１１の中心部までのＳＩ基板に水平方向の距離をｘとする。ｘはＳＩ基板４０１水平方向の第１のレーザ光の伝搬距離である。また、４５°ミラー４１１の中心部からＩｎＰレンズ４１２上面までのＳＩ基板に垂直方向の距離をｙとする。ｙはレーザアレイ垂直方向の第１のレーザ光の伝搬距離である。さらに、ＩｎＰ層４０５を加工してＩｎＰレンズ４１２を形成する際の、レンズのサグ量をｔとする。

次に、レーザ素子４００において、本発明が効果を発揮するためのｘ、ｙ、ｔの値及びＩｎＰレンズ４１２のレンズの形状について検討する。

まず、図４におけるｘ及びｙの値について検討する。

最初に、ＩｎＰ材料の内部を光が伝搬した後の電界分布の広がりの計算結果を示す。図５は、レーザ光の伝搬距離と伝搬後の光フィールド（電界分布）の直径との関係を表す図表である。図５において、伝搬前の電界分布の直径を２μｍとし、伝搬される光の波長が１．３μｍ（半導体内では屈折率で割った値）として計算した。また、マルチコアファイバのコア径は８〜９μｍである。(電界分布は当然コア径より広がっている。)
半導体レーザの場合元々が光ファイバなどのガラス材料のデバイスと比べＮＡが大きく異なる。そのため、半導体内部の電界分布がマルチコアのコア径に近づくまで広げられれば高い結合が得られる。

図３に記載のマルチコアファイバ３００のコア３０１のコア径が９μｍであるため、半導体素子４００において、伝搬後の電界分布の直径を８〜９μｍにすることが必要であるが、この場合、伝搬距離は２５μｍ程度に設定する必要がある。基板側に光を取り出す非特許文献１に記載のＥＡＤＦＢレーザ１１０の構成では、基板厚だけで１５０μｍあると予想され、共振器からＩｎＰレンズまでの距離（伝搬距離）を２５μｍとすることは難しい。

次に、レーザ素子４００における、実現可能なレーザ光の伝搬距離の範囲について説明する。ここで、伝搬後の電界分布の直径を約１０μｍとすると、レーザ光の伝搬距離として３０μｍ以下が想定される。

まず、距離ｙの最適値を検討する。図４において、ｙはレーザ活性層２１１の上にエピタキシャル成長させたｐ−ＩｎＰ層２０５の層厚で決定される。ＭＯＣＶＤ法でｐ−ＩｎＰを結晶成長する場合、ＩｎＰの層厚は、厚くても８μｍ程度である。本実施形態においては、レーザ活性層２０３の上のｐ−ＩｎＰ層として２〜８μｍの範囲内とするのがよい。

次に、距離ｘの最適値を検討する。図４において、ｘは４５°ミラー４１１位置での第１のレーザ光の電界分布の直径を決定するものである。図６は、４５°ミラー４１１における第１のレーザ光の反射の様子を示す図である。ｘの上限値は、図６の（ａ）のように、ミラー位置における第１のレーザ光が導波路４０４内のクラッド層の上面にかかってしまわないように設定する。図６（ａ）において、導波路の垂直方向の幅ａの値を１０μｍと想定した場合、電界分布の直径ａ´は１０√２μｍ＝約１４μｍまで許容できる。レーザ素子作製上の誤差を導波路上および下において２μｍと考えると、ミラーを形成しているエッチング面での電界分布の直径ａ´は１０μｍ程度まで許容できる。図５の図表から、電界分布が１０μｍとなるレーザ光の伝搬距離は３０μｍである。ｘが３０μｍ以下のさらに小さい値になれば、図６（ｂ）に示すように、電界分布の直径ａ´がさらに小さくなるため、エッチング面を浅くでき、レーザ素子の作製が容易になる。

次に、レーザ素子４００におけるｔの値及びＩｎＰレンズ形状について検討する。

図７は、各レンズ直径に対するレンズサグ量ｔとその時のビーム広がり角を示す図表である。ビーム広がり角＞０においてレーザ光は集光し、ビーム広がり角＜０においてレーザ光は放射する。レンズ作成時において、レンズ直径が小さくなるに従い、レンズサグ量ｔに対する作製トレランス（作成誤差の許容範囲）が小さくなる（０．１μｍのズレに対する広がり過度の変動が大きい）。実際に作製する際、７個のレンズのレンズサグ量が±０．１μｍ程度のバラツキをもつ。そのため、できるだけレンズ直径は大きくし、作製トレランスを高めておく必要がある。

直接変調レーザアレイ２００をマルチコアファイバ３００と結合するために、ＩｎＰレンズ２１１（４１１）におけるビーム広がり角として８．０５°と設定する。これは一般的な光ファイバのＮＡに相当する。図８は、広がり角度８．０５を得るためのＩｎＰレンズのレンズ直径とレンズサグ量の関係を示す図表である。レンズ直径を大きくすればするほど必要なレンズサグ量は上昇する。

ここで、レンズの直径の上限を決定する方法について説明する。レンズの直径の上限はｙ（図４）の値によって決定されてしまう。例えば７μｍのｙ（導波路半径５μｍ＋ＩｎＰ層厚２μｍ）を想定した場合について考える。

図９は、図４のレーザ素子４００における、許容されるＩｎＰレンズ４１２のレンズ半径ｒと、レンズサグ量ｔと、第１のレーザ光の縦方向伝搬距離ｙとの関係を表す模式図である。図１０より、ｒはｙ−ｔよりも大きくすることはできない。

直径１２μｍ(半径ｒ＝６μｍ)のレンズを作るとすると、図９の図表より、必要サグ量は１．１μｍ程度であることがわかる。７μｍ−１．１μｍ＝５．９μｍ＜６μｍであるため、ｙ値を７μｍと設定すると、直径１２μｍのレンズを作ることはできない。本発明では、実現可能な範囲として、ｙ＜８μｍ、ｒ＜７．５μｍ（直径＜１５μｍ）、ｔ＜１．６μｍが想定される。

［実施例］
本発明の実施例を図１０を用いて説明する。図１０は直接変調レーザアレイの１のレーザ素子の断面図であり、図１０（ａ）はレーザ素子１０００の共振器及び導波路方向の断面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるレーザ素子１０００のＡ−Ａ´における断面図である。また、図１１はレーザ素子１０００を７つ集積した直接変調レーザアレイ１１００の上面図である。

本発明のレーザ素子１０００は、基板としてＳＩ（Ｓｅｍｉ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ：半絶縁性）−ＩｎＰ基板１００１を用い、ＩｎＰ基板１００１上にｎ−ＩｎＰ層１００２を２μｍ形成し、ｎ−ＩｎＰ層１００２の上にＩｎＧａＡｌＡｓ材料の活性層１００３を形成する。次にアンドープのｉ−ＩｎＰ層１０１５を、ｎ−ＩｎＰ層１００２上であって活性層１００３の前後にバットジョイントする。さらに回折格子１００８を活性層１００３上部に形成し、さらに活性層１００３及びｉ−ＩｎＰ層１００５の上部全面に、ｐ−ＩｎＰ層１００５を２μｍ形成する。その後、ドライエッチングにより導波路部を残して他の部分を除去し、除去した箇所にＦｅ添加のＩｎＰ層１００４を形成する。その後、レンズ部となるｉ−ＩｎＰ層１００９を３μｍ形成する。その後、ｎ−ＩｎＰ層１００２を掘り出し、ｐ電極１００６、及びｎ電極１００７を形成する。その後、４５°ミラー１０１０ミリングで形成する。ここで、基板水平方向のｉ−ＩｎＰ層の伝搬距離（ｘ）は８μｍとした。その後、ｉ−ＩｎＰ層１００９にＩｎＰレンズ１０１１を形成する。レンズの直径は８μｍとした。最後にＩｎＰレンズ１０１１表面及び基板１００１及びレーザ素子１０００の、ミラー１０１０が形成されている側と反対側の端面にＡＲコート１０１２、１０１３を施した。

本実施例の直接変調レーザアレイは、図１１に示すように、共振器の長さを４５μｍとし、ＩｎＰレンズ１０１１は、７芯のマルチコアファイバのコアピッチと合うように４０μｍピッチで形成した。距離Ａは３０μｍ、距離Ｂは８０μｍと設定し、図１１の周囲６つの共振器からのｐ電極用電気配線１１０１及びｎ電極用電気配線１１０２を端面１１１１及び１１１２から引き出すことができるようにした。

作製した直接変調レーザアレイ１１００を用いてマルチコアファイバと結合実験をしたところ、すべてのコアに対して、結合損失４ｄＢ以下の良好な特性を実現した。さらに直接変調レーザアレイの一つのレーザ素子１０００において、５６Ｇｂ／ｓ動作を行い、全体で５６×７＝３９２Ｇｂ／ｓの大容量伝送を可能とした。

本発明は、データセンタで使用される大容量・低消費電力な大容量光送信器使用することができる。

１００ ＥＡ／ＤＦＢレーザ
１１１、２１３−１〜２１３−７、４１２、１０１１ ＩｎＰレンズ
１１２、２１２−１〜２１２−７、４１１、１０１０ ４５°ミラー
１１４、２１１−１〜２１１−７ 共振器
２００、１１００ 直接変調レーザアレイ
２０１、４０１ ＳＩ基板
２１０−１〜２１０−７ レーザ素子
２１４−１〜２１４−７ 導波路
２１５−１〜２１５−７、１００６ ｐ電極
２１６−１〜２１６−７、１００７ ｎ電極
２１７−１〜２１７−７、２１８−１〜２１８−７、１１０１、１１０２ 電気配線
３００ マルチコアファイバ
３１１ コア
４０２ ｎ−ＩｎＰ層
４０３ 活性層
４０４、４０６ 導波路
４０５ ｐ−ＩｎＰ層
４１５、４１６、１０１２、１０１３ ＡＲコート
１００１ ＳＩ−ＩｎＰ基板
１００２ ｎ−ＩｎＰ層
１００３ ＩｎＧａＡｌｓ活性層
１００４ Ｆｅ添加ＩｎＰ層
１００５ ｐ−ＩｎＰ層
１００８ 回折格子
１００９、１０１５ ｉ−ＩｎＰ層

Claims (7)

1. ＩｎＰ基板上に形成されたｎ−ＩｎＰ層と、
   前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成された活性層と、
   前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成され、前記活性層の一端に接する導波路である第１のｉ−ＩｎＰ層と、
   前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成され、前記活性層の他端に接する導波路である第２のｉ−ＩｎＰ層と、
   前記活性層及び前記第１のｉ−ＩｎＰ層上に形成されたｐ−ＩｎＰ層と
   を備える直接変調レーザであって、
   前記活性層の前記一端から前記ＩｎＰ基板に対し水平方向に出射され、前記第１のｉ−ＩｎＰ層に入射する第１のレーザ光を、反射により前記ｐ−ＩｎＰ層に出射する、前記ＩｎＰ基板の水平面と４５°の角度で形成されたミラーと、
   前記ｐ−ＩｎＰ層を加工して形成されたレンズであって、前記ミラーにより反射された前記第１のレーザ光が到達する部分に形成される、レンズと、
   前記レンズの表面に施されたＡＲコートと、
   前記第２のｉ−ＩｎＰ層の前記活性層が接する部分とは反対側の端部に施されたＡＲコートと
   を備えることを特徴とする直接変調レーザ。
2. ＩｎＰ基板上に形成されたｎ−ＩｎＰ層と、
   前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成された活性層と、
   前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成され、前記活性層の一端に接する導波路である第１のｉ−ＩｎＰ層と、
   前記ｎ−ＩｎＰ層上に形成され、前記活性層の他端に接する導波路である第２のｉ−ＩｎＰ層と、
   前記活性層及び前記第１のｉ−ＩｎＰ層上に形成されたｐ−ＩｎＰ層と、
   前記ｐ−ＩｎＰ層上に形成された第３のｉ−ＩｎＰ層と
   を備える直接変調レーザであって、
   前記活性層の前記一端から前記ＩｎＰ基板に対し水平方向に出射され、前記第１のｉ−ＩｎＰ層に入射する第１のレーザ光を、反射により前記ｐ−ＩｎＰ層に出射する、前記ＩｎＰ基板の水平面と４５°の角度で形成されたミラーと、
   前記第３のｉ−ＩｎＰ層を加工して形成されたレンズであって、前記ミラーにより反射された前記第１のレーザ光が到達する部分に形成される、レンズと、
   前記レンズの表面に施されたＡＲコートと、
   前記第２のｉ−ＩｎＰ層の前記活性層が接する部分とは反対側の端部に施されたＡＲコートと
   を備えることを特徴とする直接変調レーザ。
3. 前記活性層の前記一端と前記ミラーとの前記ＩｎＰ基板に水平方向の距離が３０μｍであり、
   前記ミラーと、前記レンズとの前記ＩｎＰ基板に垂直な方向の距離が２μｍから８μｍであり、
   前記レンズの直径が７μｍから１５μｍであり、
   前記レンズのサグ量が０．５μｍから１．６μｍである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の直接変調レーザ。
4. 前記直接変調レーザが、前記ＩｎＰ基板上に７箇所形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の直接変調レーザ。
5. 前記レンズは、前記第１のレーザ光が結合されるマルチコアファイバの断面におけるコアの間隔と同一の間隔で配置されることを特徴とする請求項４に記載の直接変調レーザ。
6. 前記第１のレーザ光が結合される前記マルチコアファイバは、コアが７つであることを特徴とする請求項５に記載の直接変調レーザ。
7. ７つの前記直接変調レーザの共振器のｐ電極及びｎ電極に接続された電気配線をさらに有し、前記電気配線は、前記ｐ電極及びｎ電極から端面までの距離がすべて等長であることを特徴とする請求項６に記載の直接変調レーザ。

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