WO2005086301A1 - 面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュール - Google Patents

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Maiko Ariga
Norihiro Iwai
Setiagung Casimirus
Hitoshi Shimizu
Fumio Koyama
Masakazu Arai
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The Furukawa Electric Co., Ltd.
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    • H01S5/32358—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers containing very small amounts, usually less than 1%, of an additional III or V compound to decrease the bandgap strongly in a non-linear way by the bowing effect
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Definitions

  • the present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface).
  • VCSEL Vertical Cavity Surface
  • the present invention relates to a surface emitting laser element capable of increasing the critical return light resistance and a laser module using the same.
  • This surface-emitting laser device consists of a pair of semiconductor multilayer reflectors made of GaAsZA, IGaAs, etc. on a semiconductor substrate such as GaAs or InP, and an active layer serving as a light emitting region between the pair of semiconductor multilayer reflectors. And emits laser light in a direction perpendicular to the semiconductor substrate.
  • Patent Document 1 JP-A-2004-15027
  • return light is generated to the light source by reflection at a coupling portion between a light source such as a surface emitting laser element and an optical fiber and reflection of a medium force of an optical transmission path such as an optical fiber. Since this return light causes noise to be generated in the light source, an isolator or the like is inserted into a coupling portion or the like so that the return light does not enter the light source.
  • the present invention has been made in view of the above, and is a surface emitting laser element capable of increasing the return light resistance without reducing the optical output and realizing a low-cost laser diode. And a laser module using the same.
  • a surface emitting laser device includes a resonator formed by a lower multilayer reflector and an upper multilayer reflector.
  • a relaxation oscillation frequency force at a bias point in the resonator is output. The frequency is set to exceed an optical communication frequency for modulating a laser beam to be modulated.
  • a surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, the relaxation oscillation frequency is set by increasing a differential gain.
  • a surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, a barrier layer forming the active layer is doped with a P-type impurity.
  • a surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, the concentration of the doping is 1 ⁇ 10 18 cm 3 —2 ⁇ 10 19 cm 3.
  • a surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, the p-type impurity includes at least one of the group consisting of C, Be, Zn, and Mg.
  • a surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, a resonator is formed by a lower multilayer film reflecting mirror and an upper multilayer film reflecting mirror.
  • a surface emitting laser device having an active layer disposed between a mirror and the upper multilayer reflector detuning to an oscillation wavelength during operation at a gain peak wavelength at room temperature is performed toward the shorter wavelength side.
  • the surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, the value of the detuning is a value at which the differential gain increases at least after detuning.
  • the surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, the value of the detuning is an energy shift value obtained by converting wavelength into energy, and a value of 20 meV or less. It is characterized by being.
  • a surface emitting laser element according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the oscillation frequency is 300 to 1600 nm.
  • the surface emitting laser device has a selective oxidized layer obtained by oxidizing a part of a current constriction layer containing at least A1 and As in the above invention. It is characterized by narrowing the current.
  • the well layer or the barrier layer forming the active layer is Ga In N As Sb (0 ⁇ xl, yl, y2 ⁇ l) xl 1-xl yl y2 l-yl-y2
  • the feature of (1) is that a shift is used.
  • a surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, the active layer is any one of a quantum well structure, a quantum wire structure, and a quantum dot structure. It shall be.
  • the upper multilayer reflector and the lower multilayer reflector are both semiconductor multilayer films or both dielectric films.
  • the multi-layered film is characterized in that one is a semiconductor multi-layered film and the other is a dielectric multi-layered film.
  • the surface emitting laser device is characterized in that the upper multilayer mirror, the active layer, and the lower multilayer mirror are stacked on a GaAs substrate.
  • the upper multilayer reflector and the lower multilayer reflector are Al Ga As (0 ⁇ x6 ⁇ 1).
  • As (0 ⁇ x7 ⁇ 1, x6 ⁇ x7) is a plurality of pairs of multilayer films. l-x7
  • the surface emitting laser element according to the present invention in the above invention, has a critical return light quantity of 30 dB or more which becomes ⁇ 115 dBZHz in the optical communication frequency range of 2 GHz of relative intensity noise.
  • the relaxation oscillation frequency at the bias point is 5 GHz or more.
  • This surface emitting laser device is suitable for 2.5 Gbps operation.
  • the surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, the critical return light intensity becomes -115 dBZHz in the optical communication frequency range of 8 GHz. 20 dB or more, the relaxation oscillation frequency at the bias point is 10 GHz or more, and the oscillation wavelength is in the 1300 nm band.
  • This surface emitting laser element It is suitable for IOGbps operation.
  • the surface emitting laser device is characterized in that, in the above invention, the critical return light amount becomes ⁇ 115 dBZHz in the optical communication frequency range of 8 GHz. 30 dB or more, the relaxation oscillation frequency at the bias point is 10 GHz or more, and the oscillation wavelength is in the 1550 nm band.
  • This surface emitting laser element is suitable for 10 Gbps operation.
  • a laser module according to the present invention includes the surface emitting laser element according to claim 117, and outputs the laser light emitted from the surface emitting laser element to the outside via an optical fiber. It is characterized by outputting.
  • a laser module according to the present invention is characterized in that the above-described invention includes a CAN package.
  • a laser module according to the present invention is characterized in that the laser module according to the above-described invention includes an optical fiber receptacle.
  • a laser module according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, an optical fiber bigil is provided.
  • the critical return light quantity becomes 24 dB or more which becomes -115 dBZHz in the optical communication frequency range of 2 GHz.
  • the relaxation oscillation frequency at the bias point is 5 GHz or more.
  • This laser module is suitable for 2.5 Gbps operation.
  • the critical return light quantity becomes 14 dB or more which becomes -115 dBZHz in the optical communication frequency range of 8 GHz.
  • the relaxation oscillation frequency at the bias point is 10 GHz or more, and the oscillation wavelength is in the 1300 nm band.
  • This laser module is suitable for 1 OGbps operation.
  • the critical return light quantity becomes 24 dB or more which becomes -115 dBZHz in the optical communication frequency range of 8 GHz.
  • the relaxation oscillation frequency at the bias point is 10 GHz or more, and the oscillation wavelength is in a 1550 nm band.
  • This laser module is 1 Suitable for OGbps operation.
  • a surface emitting laser element and a laser module using the same according to the present invention are provided in an optical communication system in which a relaxation oscillation frequency at a bias point in a resonator modulates a laser beam output from the surface emitting laser element.
  • the frequency is set to exceed the frequency.
  • the barrier layer forming the active layer is doped with a p-type impurity, and the detuning to the oscillation wavelength during the operation at the gain peak wavelength at room temperature is performed on the shorter wavelength side.
  • the reflectance is increased by raising the reflectance. Even if the optical output is not reduced, it is possible to increase the return light resistance and to achieve the cost reduction of the laser module.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a surface emitting laser device according to a first embodiment of the present invention as viewed obliquely.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration near an active layer.
  • FIG. 3 is a diagram showing the dependence of critical return light on the relaxation oscillation frequency.
  • FIG. 4 is a diagram showing the dependence of critical return light on the modulation doping amount.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in RIN with respect to return light.
  • FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics of RIN.
  • FIG. 7 is a diagram showing the reflectance dependence of critical return light with the relaxation oscillation frequency as a parameter.
  • FIG. 8 is a diagram showing a gain spectrum for explaining detuning in a direction of increasing the differential gain.
  • FIG. 9 is a diagram showing the dependence of critical return light on the amount of detuning.
  • FIG. 10 is a diagram showing a relationship between detuning generated in a surface emitting laser element formed on a substrate and an oscillation wavelength.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a surface emitting laser device according to a first embodiment of the present invention, as viewed obliquely.
  • a mirror 12, an active region 13, an upper multilayer reflector 16 including a current confinement layer 15, and a contact layer 17 are sequentially laminated to form an n-GaAs substrate 11.
  • n-side electrode 21 is provided below, and a ring-shaped p-side electrode 18 and an electrode pad 20 for leading out the p-side electrode 18 are provided above the contact layer 17.
  • the active region 13, the upper multilayer reflector 16 and the p-side electrode 18 form a cylindrical mesa post with the periphery thereof removed, and the sidewall of the mesa post and the upper portion of the lower multilayer reflector 12 are covered with a silicon nitride film 19.
  • the periphery of the mesa post is filled with polyimide 22 via the silicon nitride film 19.
  • the lower multilayer film reflecting mirror 12 is composed of a stack of 25.5 pairs of multilayer films each including AlAs and GaAs as a pair from the n-GaAs substrate 11, and further comprising AlGaAs and GaAs on the top. With one pair
  • the active region 13 has an active layer 32 sandwiched between cladding layers 31 and 33, and the active layer 32 is Ga In N As Sb (quantum well layer).
  • the upper multilayer reflector 16 has 23 or 26 pairs of multilayer films consisting of Al Ga As and GaAs as one pair.
  • the oscillation wavelength of this surface emitting laser device 10 is about 131 Onm.
  • a partial multilayer reflector 12, an active region 13, an upper multilayer reflector 16, and a contact layer 17 formed of GaAs are sequentially laminated.
  • a current confinement layer 15 made of AlAs having a thickness of 20 ⁇ m is laminated on the lowermost layer of the upper multilayer film reflecting mirror 12.
  • a silicon nitride film is formed on the growth surface of the contact layer 17 by a plasma CVD method, and a circular pattern having a diameter of about 40 to 45 m is transferred using a photolithography technique using a photoresist.
  • the silicon nitride film is etched by a reactive ion etching (RIE) method using CF gas.
  • RIE reactive ion etching
  • Etching is performed by a reactive ion beam etching (RIBE) method using a gas until reaching the lower multilayer mirror 12, thereby forming a mesa post having a columnar structure.
  • RIBE reactive ion beam etching
  • the lowermost current confinement layer 15 of the upper multilayer reflector 16 is selectively oxidized by heating to 400 ° C. in a water vapor atmosphere and leaving it to stand. This allows selective oxidation Layer 14 is formed.
  • the current injection path of the current confinement layer 15 where the selective oxidation layer 14 is not formed has a diameter of 3 to 10 m. Then, after the silicon nitride film is completely removed by RIE, the periphery of the mesa post is filled with polyimide 22.
  • a silicon nitride film is newly formed on the entire surface by a plasma CVD method. Thereafter, the silicon nitride film on the mesa post is removed in a circular shape, and a p-side electrode 18 which is a ring-shaped AuGeNiZ Au electrode is formed thereon. Further, an electrode pad 20 of TiZPtZAu is formed for extracting an electrode. The area of the electrode pad 20 is 3000 ⁇ m. Thereafter, the n-GaAs substrate 11 is polished to about 200 m, and then an AuGeNiZ Au electrode is vapor-deposited on the surface, and finally annealed at about 400 ° C. in a nitrogen atmosphere.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure near the active region 13. As shown in FIG. 2, the active layer 32 has a thickness of 7.3 P between the four barrier layers 41a to 41d which also have a GaAs P force of 15 nm in thickness.
  • Clad layers 31 and 33 having a thickness of 128 nm are provided above and below the active layer 32.
  • Each film thickness of the upper multilayer reflector 16 and the lower multilayer reflector 12 is ⁇ 4.
  • the return light resistance can be increased by doping the barrier layers 41a to 41d with a ⁇ -type impurity.
  • the noise level at which the noise rapidly increases differs depending on the characteristics of the semiconductor laser device.
  • the critical return light quantity fextc in the edge-emitting laser device is generally expressed by the following equation ( Indicated by 1). That is,
  • ⁇ is the optical confinement time of the resonator
  • C is the difference from the return light at the laser emission end.
  • K is the K factor
  • fr is the relaxation oscillation frequency
  • ⁇ is the electron lifetime
  • a is the spectral line e
  • FIG. 3 is a diagram showing the dependence of the critical return light quantity fextc on the relaxation oscillation frequency fr.
  • the critical return light quantity fextc increases as the relaxation frequency fr increases. For example, when the relaxation frequency fr is 5 GHz, the critical return light quantity fextc is about -30 dB, but when the relaxation frequency is 20 GHz, the critical return light quantity fextc becomes about -10 dB. That is, it is possible to suppress noise generated in the surface-emitting laser element even if there is return light up to -10 dB.
  • the relaxation oscillation frequency fr has the relationship shown in the following equation. That is,
  • the differential gain (dgZdn) and the current injection amount (I Ith) may be increased. Since the current injection amount (I Ith) is a dynamic value injected into the surface emitting laser element, it is clear that the differential gain (dgZdn) should be increased.
  • the differential gain (dgZdn) can be increased by doping the barrier layers 41a to 41d of the active layer 32 with impurities.
  • the opening area of the selective oxidation layer 14 is 30 m 2
  • the threshold current is 1 mA
  • the slope efficiency is 0.3 W / A
  • the temperature is 100 ° C. or more. Continuous oscillation was obtained.
  • the relaxation oscillation frequency fr was 6 GHz when the modulation doping of the barrier layer was not performed at the noise current of 5 mA.
  • the modulation doping can be increased to 9 GHz.
  • the critical return light quantity could be increased by 28dB to -22dB.
  • RIN relative intensity noise
  • the occurrence of a large RIN can be suppressed by increasing the value of the critical point fextc. That is, by setting the critical point fextc to the critical point fextc as shown in FIG. 5, the characteristic curve of RIN and the return light is deformed toward the increase side of the return light, and the return light areas El and E2 where the value of RIN is small are reduced. It can be expanded, and a large return light resistance can be increased.
  • This critical point fextc is the critical return light quantity fextc described above.
  • FIG. 6 is a diagram showing the frequency characteristics of RIN.
  • RIN takes a large value near the relaxation oscillation frequency fr.
  • fr 5GHz
  • the value of RIN in the vicinity is large.
  • the transmission speed of optical communication is about 2 GHz
  • the power that can communicate without being affected by the relaxation oscillation frequency fr
  • the relaxation oscillation frequency of 5 GHz Will affect communication as noise. In this case, it exceeds the communication frequency band E of 0 to 8 GHz and this communication frequency band
  • the value of N decreases, and good communication can be performed.
  • the relaxation oscillation frequency can be shifted from 6 GHz to 9 GHz, the value of RIN can be kept low at the time of communication having a transmission speed of about 8 GHz, for example.
  • the differential gain is increased by the modulation doping, and the relaxation oscillation frequency is increased by the increase of the differential gain.
  • the RIN value is reduced by the increase of the relaxation oscillation frequency, and the critical return light resistance is reduced. That means you can make it bigger.
  • FIG. 7 is a diagram showing the reflectance dependence of the critical return light amount when the relaxation oscillation frequency is set as a noramometer.
  • the critical return light quantity increases not only with the increase of the relaxation oscillation frequency but also with the increase of the reflectance of the upper multilayer mirror 16.
  • the increase in reflectance is Means lowering the output of the surface emitting laser device.
  • the increase of the relaxation oscillation frequency due to the modulation doping can increase the return light resistance without reducing the optical output of the surface emitting laser element, and enables high-speed communication with good power.
  • setting the reflectivity to 0.995 and setting the relaxation oscillation frequency to 10 GHz clears the current critical return light standard of -24 dB for DFB laser devices.
  • a surface emitting laser device in a long wavelength band where the critical return light quantity fextc at 0 to 2 GHz with a RIN value of -115 dBZHz is -30 dB or more and the relaxation oscillation frequency fr at the bias point is 5 GHz or more is realized.
  • communication at a transmission rate of 2.5 Gbps can be performed satisfactorily.
  • a 1.3 m-band surface emitting laser device with a critical return light quantity fextc of -20 dB or more and a relaxation oscillation frequency fr of 10 GHz or more at a bias point of 115 dBZHz at a RIN value of 0 to 8 GHz is realized.
  • the critical return light quantity fextc at which the RIN value at 0 to 8 GHz is --115 dB ZHz is -30 dB or more
  • the relaxation oscillation frequency fr at the bias point is 10 GHz or more 1.55 m band surface emitting laser element
  • the force using carbon as a p-type impurity for p-type doping is not limited thereto, and Be, Zn, Mg, or the like may be used, or a plurality of these may be used simultaneously.
  • semiconductor films are used for both upper multilayer reflector 16 and lower multilayer reflector 12, but the invention is not limited to this.
  • a dielectric film may be used.
  • the lower multilayer mirror is a multilayer film with one pair of AlAsZGaAs
  • the upper multilayer mirror is a multilayer film with one pair of AlGaAsZGaAs.
  • Both forces can be formed by a multilayer film with a pair of AlGaAsZAlGaAs having different A1 compositions. Further, a composition gradient layer whose composition is gradually changed can be provided between these layers. Further, in the first embodiment described above, GalnNAsSb was used as the quantum well layers 42a to 42c. However, the present invention is not limited to this. A semiconductor material or the like may be used.
  • the active layer 32 has a quantum well structure, but is not limited thereto, and may have a quantum wire structure or a quantum dot structure.
  • the surface emitting laser device having the oscillation wavelength of about 1310 nm is used in the first embodiment, other surface emitting laser devices having the oscillation wavelength of, for example, 300 to 1600 nm are also available. It can be formed similarly.
  • a surface emitting laser device having an oscillation wavelength in the 850 nm band can be formed in the same manner.
  • the quantum well layer is formed of GaAs or AlGalnAs.
  • the return light resistance of the surface-emitting laser element itself has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the return light resistance in units of a laser module including the surface-emitting laser element is described. Can be similarly applied.
  • the surface emitting laser element is bonded to a CAN package or other plastic package, and an optical fiber receptacle or bigtil is attached.
  • an optical element such as an isolator
  • the critical return light intensity f extc at 0-2 GHz at which RIN has a value of S-115 dBZHz is -24 dB or more
  • the relaxation oscillation frequency fr at the bias point is 5 GHz or more.
  • a laser module having a light-emitting laser element is realized, which enables good communication at a transmission speed of 2.5 Gbps.
  • a 1.3 m-band surface emitting laser device with a critical return light quantity fextc of -14 dB or more at RIN value of 115 dBZHz at 0 to 8 GHz and a relaxation oscillation frequency fr at the bias point of 10 GHz or more is available.
  • This realizes a laser module with good transmission speed of 10 Gbps.
  • the critical return light intensity fextc at which the RIN value becomes 115 dB / Hz is -24 dB or more, and the relaxation oscillation frequency fr at the bias point is 10 GHz or more.
  • a laser module is realized, which enables good communication at a transmission speed of 10 Gbps.
  • the modulation doping is applied to the barrier layers 41a to 41d as a means for increasing the relaxation oscillation frequency fr.
  • the differential gain is increased by performing detuning, thereby increasing the differential gain.
  • the relaxation oscillation frequency fr is increased.
  • the differential gain (dgZdn) of the relaxation oscillation frequency fr shown in the equation (2) can be increased by detuning instead of modulation doping alone.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an increase in differential gain due to detuning.
  • the gain of the laser light has wavelength dependence and temperature dependence.
  • the gain curve L11 at room temperature operation the gain decreases to the short wavelength side and the long wavelength side with the gain peak length gl as a peak.
  • the gain curve L12 at the time of low-temperature operation the gain decreases toward the short wavelength side and the long wavelength side with the gain peak wavelength ⁇ g2 as a peak.
  • the gain curve L12 at the time of low-temperature operation has a higher overall gain than the gain curve L11 at the time of room temperature operation.
  • the oscillation wavelength ⁇ 1 is the oscillation wavelength during operation at room temperature, and coincides with the gain peak wavelength ⁇ gl.
  • the oscillation wavelength ⁇ 2 is an oscillation wavelength that oscillates by shifting to a shorter wavelength side due to detuning during low-temperature operation. This oscillation wavelength
  • Detuning in the second embodiment is different from normal detuning.
  • the gain curve shifts to the longer wavelength side and the oscillation wavelength shifts to the higher temperature side during high-temperature operation. In a high gain state.
  • the oscillation wavelength is shifted to the shorter wavelength side, unlike the ordinary detuning.
  • Figure 8 shows the low current injection at room temperature.
  • the gain spectrum LI1, the gain spectrum LI2 at high current injection, and the set oscillation wavelengths ⁇ lasingl and ⁇ lasing2 at room temperature are shown. That is, the differential gain (dgZdn) is ⁇ 8 / ⁇ at the oscillation wavelength lasing, and becomes larger when ⁇ g> ⁇ lasing is set as shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing the detuning amount dependence of the critical return light amount. As shown in FIG. 9, as the amount of detuning shifted to the shorter wavelength side increases, the critical return light amount increases, and critical return light of ⁇ 30 dB or more can be obtained. In particular, if the detuning amount is as large as 50 nm, the critical return light can be increased to around 20 dB.
  • a barrier layer corresponding to the barrier layers 41a to 41d is formed of GaAs.
  • the cavity length was adjusted to 20 nm, and the cavity length was adjusted.
  • the surface emitting laser device was manufactured so that the oscillation wavelength lasing at room temperature operation was 1300 nm and the gain peak wavelength g was 1325 nm.
  • the thicknesses of the multilayer films of the upper multilayer reflector 16 and the lower multilayer reflector 12 are also adjusted so that ⁇ 4.
  • This surface emitting laser device has an opening area of 30 m 2 , and continuously oscillates with a threshold current of 1.5 mA and a slope efficiency of 0.25 WZA.
  • the detuning to the short wavelength side of +25 nm increased the relaxation oscillation frequency fr from 6 GHz to 10 GHz.
  • good communication could be performed without any jitter in the eye pattern.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the range of the detuning amount on the wafer.
  • the characteristic curve R1 is the reflectivity of the upper multilayer mirror 16
  • the characteristic curve R2 is the reflectivity of the lower multilayer mirror 12
  • the characteristic curve Rm is the upper multilayer mirror 16.
  • the lower multilayer reflector 12 is the geometric mean. References indicate the gain peak wavelength at room temperature operation, and X indicates the oscillation wavelength at room temperature operation. As shown in Fig.
  • the gain peak wavelength shifts to the shorter wavelength side as the radius (distance) of the central force of the wafer increases, and the oscillation wavelength increases as the distance from the center of the wafer increases. Has shifted to the side.
  • the distance from the center of the wafer reaches about 20 mm, the reflectivity decreases sharply, and the oscillation occurs accordingly. Disappears.
  • the value obtained by subtracting the oscillation wavelength at room temperature operation from the gain peak wavelength at room temperature operation is the detuning amount.
  • the surface emitting laser element at a distance of about 3 mm from the center is The largest detuning amount Dcmax is obtained. Therefore, with a 1.3 m band surface emitting laser device, detuning can be performed to about 0 to 25 nm, in other words, to about 0 to 20 meV.
  • each surface emitting laser element on this wafer was an element in the 1.3 ⁇ m band.
  • detuning can be performed to about 0 to 35 nm (about 0 to 20 meV). This indicates that the detuning amount (wavelength) in the 1.3 / z m band should be converted to energy and set as an energy shift amount. In this case, it means that the detuning that causes an energy shift of 20 meV can be performed for each of the surface emitting laser devices in the 1. band and 1.55 m band.
  • the surface emitting laser device described above is a surface emitting laser device in the 1.3 ⁇ m band, but it is needless to say that the surface emitting laser device in the 1.55 m band is also shifted to the shorter wavelength side.
  • the differential gain can be increased, the relaxation oscillation frequency can be increased, and the return light resistance can be increased.
  • the modulation doping is not performed, and the quantum well layers 42a-42c are formed of GaInNAsSb and the barrier layers 41a-
  • a barrier layer corresponding to 41d is formed of GaN As Sb, and this film thickness is set to 20 nm.
  • a surface emitting laser device was fabricated in which the gain peak wavelength g at room temperature operation was 1580 nm and the oscillation wavelength b iasing at room temperature operation was 1550 nm.
  • the thicknesses of the multilayer films of the upper multilayer reflector 16 and the lower multilayer reflector 12 are also adjusted so that ⁇ 4.
  • This surface emitting laser device has an opening area of 30 m 2 , and continuously oscillates with a threshold current of 1.5 mA and a slope efficiency of 0.25 WZA.
  • the detuning to the short wavelength side of +30 nm increased the relaxation oscillation frequency fr from 6 GHz to 10 GHz.
  • the differential gain is increased by performing detuning on the short wavelength side, and the relaxation oscillation frequency fr is increased by increasing the differential gain.
  • a surface emitting laser element having a large return light resistance without reducing the light emission is realized.
  • the modulation doping described in the first embodiment is not performed.
  • the modulation doping may be performed in the second embodiment.
  • the differential gain can be further improved, and as a result, a surface emitting laser element having higher return light resistance without lowering the output can be realized.
  • the critical return light quantity fextc at which the RIN value at 0 to 2 GHz is ⁇ 115 dB / Hz is ⁇ 30 dB or more
  • the relaxation at the bias point is A long-wavelength surface-emitting laser device with an oscillation frequency fr of 5 GHz or more
  • the critical return light quantity fextc at which the RIN value at 0 to 8 GHz is --115 dB / Hz is -20 dB or more
  • the relaxation oscillation frequency fr at the bias point is 10 GHz or more1.
  • the critical return light quantity fextc at which the RIN value at 0-8 GHz is 115 dB / Hz is -30 dB or more, and the relaxation oscillation frequency fr at the bias point is 10 GHz or more. This enables communication at a transmission speed of 10 Gbps to be performed satisfactorily.
  • semiconductor films are used for both upper multilayer reflector 16 and lower multilayer reflector 12, but the present invention is not limited to this.
  • a dielectric film may be used.
  • the lower multilayer mirror is a multilayer film with one pair of AlAsZGaAs
  • the upper multilayer mirror is a multilayer film with one pair of AlGaAsZGaAs.
  • Both forces formed by the film can be formed by a multilayer film in which AlGaAsZAlGaAs with a different A1 composition constitutes one pair. Further, a composition gradient layer whose composition is gradually changed can be provided between these layers.
  • GalnNAsSb was used as the quantum well layers 42a to 42c.
  • the present invention is not limited to this.
  • a semiconductor material or the like may be used.
  • the active layer 32 has a quantum well structure, but is not limited thereto, and may have a quantum wire structure or a quantum dot structure.
  • the surface emitting laser device has the oscillation wavelength in the 1300 nm band and the 1550 nm band, but the surface emitting laser device has another oscillation wavelength, for example, the oscillation wavelength in the 300 to 1600 nm band.
  • the element can be formed similarly.
  • a surface emitting laser device having an oscillation wavelength in the 850 ⁇ m band can be formed in the same manner.
  • the quantum well layer is formed of GaAs.
  • the return light resistance of the surface emitting laser element itself has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the return is performed in units of a laser module including the surface emitting laser element.
  • the surface emitting laser element is bonded to a CAN package or other plastic package, and an optical fiber receptacle or bigtil is attached.
  • the return light resistance is high, it is not necessary to mount a large optical element such as an isolator, so that the cost of the laser module itself can be reduced.
  • the loss due to the coupling between the surface emitting laser element and the optical fiber is inherent, so that the critical return light amount is apparently reduced. If the loss due to this coupling is 3 dB, the critical return light will increase by 6 dB for the round trip loss for the laser module. As a result, for example, the critical return light intensity f extc at which the RIN value at 0-2 GHz is S-115 dB / Hz is -24 dB or more, and the relaxation oscillation frequency fr at the bias point is 5 GHz or more.
  • a laser module having the above-described surface emitting laser element is realized, and thereby communication at a transmission speed of 2.5 Gbps can be performed satisfactorily.
  • a 1.3 m band surface emitting laser device with a critical return light quantity f extc of ⁇ 14 dB or more at a RIN value of 115 dBZHz at 0 to 8 GHz and a relaxation oscillation frequency fr of 10 GHz or more at a bias point is used. This realizes a laser module having a transmission speed of 10 Gbps.
  • a 1.55 m band surface-emitting laser element with a critical return light quantity fextc of ⁇ 24 dB or more at a RIN value of 115 dBZHz at 0 to 8 GHz and a relaxation oscillation frequency fr of 10 GHz or more at a bias point is available. This realizes a laser module with improved transmission speed of 10 Gbps.
  • the surface emitting laser device formed on the n-type substrate is used.
  • the present invention is not limited to this, and a surface emitting laser device formed on a P-type substrate may be used.
  • the selective oxidation layer 14 is provided on the p-side, that is, on the side of the lower multilayer mirror, and performs current confinement.
  • the present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser, and is particularly useful for a surface emitting laser element capable of increasing the critical return light resistance and a laser module using the same.

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Abstract

　下部多層膜反射鏡１２と上部多層膜反射鏡１６とによって共振器を形成し、下部多層膜反射鏡１２と上部多層膜反射鏡１６との間に活性層３２を配置した面発光レーザ素子１０において、活性層３２の障壁層にカーボンを変調ドーピングし、微分利得を増大して共振器内の緩和振動周波数が面発光レーザ素子１０から出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えるように設定し、光出力を減少せずとも、戻り光耐性を高くすることができ、かつ簡易かつ小型化を実現する。

Description

明 細 書
面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュール
技術分野
[0001] この発明は、垂直共振器型面発光レーザ (VCSEL : Vertical Cavity Surface
Emitting Laser 以下、面発光レーザ素子という）に関し、特に臨界戻り光耐性を高く することができる面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュールに関するも のである。
背景技術
[0002] 近年、面発光レーザ素子は、 2. 5— lOGbpsの高速通信システムに用いられるよう になった。この面発光レーザ素子は、 GaAsや InPなどの半導体基板上に GaAsZA IGaAsなどを用いた一対の半導体多層膜反射鏡を形成し、この一対の半導体多層 膜反射鏡の間に発光領域となる活性層を有し、半導体基板に対して垂直な方向にレ 一ザ光を放射する。
[0003] 特許文献 1 :特開 2004-15027号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところで、面発光レーザ素子などの光源と光ファイバとのカップリング部分での反射 や光ファイバなどの光伝送路中力 の反射によって、光源に対して戻り光が発生する 。この戻り光は、光源に雑音を発生させる原因となるため、この戻り光が光源に入射さ れな 、ようにカップリング部分などにアイソレータなどが挿入される。
[0005] 一方、面発光レーザ素子は、反射率が 99. 5%と高いため、戻り光に対して強いと 考えられていたが、共振器長が短いため、必ずしも戻り光に対して強い素子ではな いことが判明した。この場合、アイソレータを挿入することによって戻り光を抑えること ができる力 アイソレータの挿入によって、面発光レーザ素子を用いたレーザモジュ 一ルが高コストィ匕するという問題点があった。
[0006] この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光出力を減少せずとも、戻り光 耐性を高くすることができ、かつ低コストィ匕を実現することができる面発光レーザ素子 およびそれを用いたレーザモジュールを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にカゝかる面発光レーザ素 子は、下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、該下部多 層膜反射鏡と該上部多層膜反射鏡との間に活性層を配置した面発光レーザ素子に おいて、前記共振器内のバイアス点における緩和振動周波数力 当該面発光レー ザ素子力 出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えて設定されることを 特徴とする。
[0008] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお 、て、前記緩和振 動周波数の設定は、微分利得を増大させることによって設定することを特徴とする。
[0009] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお 、て、前記活性層 を形成する障壁層に P型不純物をドーピングすることを特徴とする。
[0010] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお!/、て、前記ドーピン グの濃度は、 1 X 1018cm 3— 2 X 1019cm 3であることを特徴とする。
[0011] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記 p型不純 物は、少なくとも C、 Be、 Zn、 Mgからなる群のいずれか一つを含むことを特徴とする
[0012] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお!/、て、下部多層膜 反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、該下部多層膜反射鏡と該上 部多層膜反射鏡との間に活性層を配置した面発光レーザ素子において、室温時の 利得ピーク波長力 動作時の発振波長へのデチューニングを短波長側に向けて行う ことを特徴とする。
[0013] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお!/、て、前記デチュ 一ユングの値は、少なくともデチューニング後における微分利得が増大する値である ことを特徴とする。
[0014] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお!/、て、前記デチュ 一ユングの値は、波長をエネルギーに換算したエネルギーシフト値であり、 20meV 以下の値であることを特徴とする。 [0015] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお 、て、発振周波数 は、 300— 1600nmであることを特徴とする。
[0016] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお 、て、 A1と Asとを少 なくとも含む電流狭窄層の一部を酸化した選択酸化層を有し、注入電流を狭窄する ことを特徴とする。
[0017] また、この発明にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記活性層 を形成する井戸層または障壁層は、 Ga In N As Sb (0≤xl, yl, y2≤l) xl 1-xl yl y2 l-yl-y2
、A1 Ga In As (0≤x2, x3≤l) , Tl Ga In As P (0≤x4, x5, y3≤ x2 x3 1-χ2-χ3 x4 x5 1-χ4-χ5 y3 l~y3
1)の 、ずれかを用いることを特徴とする。
[0018] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお!/、て、前記活性層 は、量子井戸構造、量子細線構造、量子ドット構造のいずれかであることを特徴とす る。
[0019] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお 、て、前記上部多 層膜反射鏡および前記下部多層膜反射鏡は、双方が半導体多層膜あるいは双方が 誘電体多層膜、または一方が半導体多層膜であり他方が誘電体多層膜であることを 特徴とする。
[0020] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお!/、て、 GaAs基板上 に前記上部多層膜反射鏡、前記活性層、前記下部多層膜反射鏡が積層され、上部 多層膜反射鏡および前記下部多層膜反射鏡は、 Al Ga As (0≤x6< 1)
x6 1-χ6 と Al Ga x7
As (0く x7≤ 1, x6<x7)とを 1対とする複数対の多層膜であることを特徴とする。 l-x7
[0021] また、この発明にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、相対強度雑 音の値カ^ー 2GHzの前記光通信周波数領域において- 115dBZHzとなる臨界戻 り光量カ 30dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が 5GHz以上 であることを特徴とする。この面発光レーザ素子は、 2. 5Gbps動作に好適である。
[0022] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお 、て、相対強度雑 音の値カ^ー 8GHzの前記光通信周波数領域において- 115dBZHzとなる臨界戻 り光量カ 20dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が 10GHz以 上であり、発振波長が 1300nm帯であることを特徴とする。この面発光レーザ素子は 、 lOGbps動作に好適である。
[0023] また、この発明に力かる面発光レーザ素子は、上記の発明にお 、て、相対強度雑 音の値カ^ー 8GHzの前記光通信周波数領域において- 115dBZHzとなる臨界戻 り光量カ 30dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が 10GHz以 上であり、発振波長が 1550nm帯であることを特徴とする。この面発光レーザ素子は 、 lOGbps動作に好適である。
[0024] また、この発明に力かるレーザモジュールは、請求項 1一 17に記載の面発光レー ザ素子を備え、該面発光レーザ素子力 出射されたレーザ光を、光ファイバを介して 外部に出力することを特徴とする。
[0025] また、この発明に力かるレーザモジュールは、上記の発明にお!/、て、 CANパッケ一 ジを備えたことを特徴とする。
[0026] また、この発明に力かるレーザモジュールは、上記の発明にお!/、て、光ファイバレセ プタクルを備えたことを特徴とする。
[0027] また、この発明に力かるレーザモジュールは、上記の発明にお 、て、光ファイバビグ ティルを備えたことを特徴とする。
[0028] また、この発明に力かるレーザモジュールは、上記の発明にお 、て、相対強度雑音 の値カ^ー 2GHzの前記光通信周波数領域において- 115dBZHzとなる臨界戻り 光量カ 24dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が 5GHz以上 であることを特徴とする。このレーザモジュールは、 2. 5Gbps動作に好適である。
[0029] また、この発明に力かるレーザモジュールは、上記の発明にお 、て、相対強度雑音 の値カ^ー 8GHzの前記光通信周波数領域において- 115dBZHzとなる臨界戻り 光量カ 14dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が 10GHz以上 であり、発振波長が 1300nm帯であることを特徴とする。このレーザモジュールは、 1 OGbps動作に好適である。
[0030] また、この発明に力かるレーザモジュールは、上記の発明にお 、て、相対強度雑音 の値カ^ー 8GHzの前記光通信周波数領域において- 115dBZHzとなる臨界戻り 光量カ 24dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が 10GHz以上 であり、発振波長が 1550nm帯であることを特徴とする。このレーザモジュールは、 1 OGbps動作に好適である。
発明の効果
[0031] この発明に力かる面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュールは、共 振器内のバイアス点における緩和振動周波数が、当該面発光レーザ素子から出力さ れるレーザ光を変調する光通信周波数を超えて設定し、具体的には活性層を形成 する障壁層に p型不純物をドーピングし、ある 、は室温時の利得ピーク波長力 動作 時の発振波長へのデチューニングを短波長側に向けて行い、これらによって微分利 得を増大し、緩和振動周波数を増大することによって光通信周波数を超えるように設 定し、戻り光耐性を高めるようにしているので、反射率を高くすることによって光出力 を減少せずとも、戻り光耐性を高くすることができ、かつレーザモジュールの低コスト 化を実現することができるという効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]図 1は、この発明の実施の形態 1にかかる面発光レーザ素子を斜めからみた断 面図である。
[図 2]図 2は、活性層近傍の詳細構成を示す断面図である。
[図 3]図 3は、臨界戻り光の緩和振動周波数依存性を示す図である。
[図 4]図 4は、臨界戻り光の変調ドーピング量依存性を示す図である。
[図 5]図 5は、戻り光に対する RINの変化を示す図である。
[図 6]図 6は、 RINの周波数特性を示す図である。
[図 7]図 7は、緩和振動周波数をパラメータとした臨界戻り光の反射率依存性を示す 図である。
[図 8]図 8は、微分利得の増大方向へのデチューニングを説明する利得スペクトルを 示す図である。
[図 9]図 9は、臨界戻り光のデチューニング量依存性を示す図である。
[図 10]図 10は、ゥ ハ上に形成された面発光レーザ素子に発生するデチューニング と発振波長との関係を示す図である。
符号の説明
[0033] 10 面発光レーザ素子 11 n— GaAs基板
12 下部多層膜反射鏡
13 活性領域
14 選択酸化層
15 電流狭窄層
16 上部多層膜反射鏡
17 コンタクト層
18 P側電極
19 シリコン窒化膜
20 電極パッド
21 n— GaAsノ ッファ層
22 ポリイミド
31, 33 クラッド、層
32 活性層
4 la— 4 Id 障壁層
42a— 42c 量子井戸層
X g利得ピーク波長
b iasing 発振波長
Ll l, L12 利得曲線
発明を実施するための最良の形態
[0034] 以下、この発明を実施するための最良の形態である面発光レーザ素子およびそれ を用いたレーザモジュールにつ 、て説明する。
[0035] (実施の形態 1)
まず、実施の形態 1にかかる面発光レーザ素子について説明する。図 1は、この発 明の実施の形態 1である面発光レーザ素子を斜めからみた断面図である。図 1にお いて、この面発光レーザ素子 10は、（001)面の n— GaAs基板 11上に、 n— GaAsバ ッファ層 (n= 1 X 1018cm"3) 21、下部多層膜反射鏡 12、活性領域 13、電流狭窄層 1 5を含む上部多層膜反射鏡 16、コンタクト層 17が順次積層され、 n— GaAs基板 11の 下部には n側電極 21が設けられ、コンタクト層 17の上部にはリング状の p側電極 18 およびこの p側電極 18の電極引き出し用の電極パッド 20が設けられた構造を有する 。活性領域 13、上部多層膜反射鏡 16および p側電極 18は、その周囲が除去された 円柱状のメサポストを形成し、メサポストの側壁および下部多層膜反射鏡 12の上部 はシリコン窒化膜 19によって覆われ、メサポストの周囲はこのシリコン窒化膜 19を介 したポリイミド 22で埋められて 、る。
[0036] 下部多層膜反射鏡 12は、 n-GaAs基板 11側から、 AlAsと GaAsとを 1ペアとする 多層膜を 25. 5ペアが積層され、さらにその上部に Al Ga Asと GaAsとを 1ペアと
10.9 0.1
する多層膜が 10ペア積層された構造を有する。活性領域 13は、クラッド層 31, 33で 挟まれた活性層 32を有し、活性層 32は、 Ga In N As Sb (量子井戸層）
0.63 0.37 0.01 0.974 0.016
/GaAs P (障壁層）の多重量子井戸構造を形成し、量子井戸層を 3層有する。
0.93 0.07
ここで、障壁層には、 p = 5 X 1018cm 3のカーボンがドーピングされている。上部多層 膜反射鏡 16は、 Al Ga Asと GaAsを 1ペアとする多層膜を 23あるいは 26ペア積
0.9 0.1
層した構造を有する。この面発光レーザ素子 10の発振波長は約 131 Onmである。
[0037] この面発光レーザ素子 10の製造方法について説明すると、まず上述した n— GaAs 基板 11上に、 MOCVD法によって、 n— GaAsバッファ層（n= 1 X 1018cm— 3) 21、下 部多層膜反射鏡 12,活性領域 13、上部多層膜反射鏡 16、 GaAsによって形成され るコンタクト層 17を順次積層する。なお、上部多層膜反射鏡 12の最下層に膜厚 20η mの AlAsによって形成される電流狭窄層 15が積層される。
[0038] その後、プラズマ CVD法によって、コンタクト層 17の成長表面にシリコン窒化膜を 成膜し、直径約 40— 45 mの円形パターンをフォトレジストによるフォトリソグラフィ技 術を用いて転写する。この転写された円形レジストマスクを用いて、シリコン窒化膜を 、 CFガスを用いた反応性イオンエッチング (RIE)法でエッチングする。さらに、塩素
4
ガスを用いた反応性イオンビームエッチング (RIBE)法によって下部多層膜反射鏡 1 2に到達するまでエッチングし、柱状構造のメサポストを形成する。なお、 RIBE法に よるエッチング深さは、下部多層膜反射鏡 12内で停止させるようにする。
[0039] この状態で、水蒸気雰囲気中で 400°Cに加熱し、放置することによって、上部多層 膜反射鏡 16の最下層の電流狭窄層 15を選択的に酸化する。これによつて選択酸化 層 14が形成される。この選択酸化層 14が形成されな ヽ電流狭窄層 15の電流注入 経路は直径 3— 10 mとなる。その後、 RIE法によってシリコン窒化膜を完全に除去 した後に、ポリイミド 22でメサポストの周囲を埋める。
[0040] さらに、プラズマ CVD法によって、あらためてシリコン窒化膜を全面に形成する。そ の後、メサポスト上部のシリコン窒化膜を円形に除去し、ここにリング状の AuGeNiZ Au電極である p側電極 18を形成する。さらに、電極引き出し用に TiZPtZAuの電 極パッド 20を形成する。この電極パッド 20の面積は、 3000平方 μ mである。その後 、 n— GaAs基板 11を 200 m程度に研磨した後、その表面に AuGeNiZ Au電極を 蒸着し、最後に窒素雰囲気中で約 400°Cにァニールする。
[0041] 図 2は、活性領域 13近傍の断面構造を示す図である。図 2に示すように、活性層 3 2は、膜厚 15nmの GaAs P 力もなる 4層の障壁層 41a— 41dの間に、膜厚 7. 3
0.93 0.07
nmの Ga In N As Sb 力 なる 3層の量子井戸層 42a— 42cが挟まれる 3
0.63 0.37 0.01 0.974 0.016
重量子井戸構造を有する。障壁層 41a— 41dのそれぞれには、上述したように p = 5 X 1018cm 3のカーボンがドーピングされている。この活性層 32の上下には膜厚 128 nmのクラッド層 31, 33が設けられる。上部多層膜反射鏡 16および下部多層膜反射 鏡 12の各膜厚は、 λ Ζ4である。
[0042] この面発光レーザ素子 10は、障壁層 41a— 41dに ρ型不純物をドーピングすること によって戻り光耐性を大きくすることができる。ここで、半導体レーザ素子に戻り光が あった場合、半導体レーザ素子の特性によって雑音が急激に増大する雑音レベル が異なるが、端面出射型レーザ素子における臨界戻り光量 fextcは、一般的に次式（ 1)で示される。すなわち、
fextc = ( T Vl6 I C I 2) · (Κ· ίΓ2+ 1/ τ )2 · ((1 + α 2)/ α 4)
し e e
… （1)
である。ここで、 τ は共振器の光閉じ込め時間、 Cはレーザ出射端での戻り光との し e
結合効率、 Kは Kファクタ、 frは緩和振動周波数、 τ は電子寿命、 aはスペクトル線 e
幅増大係数である。
[0043] 臨界戻り光量 fextcを大きくすることは、戻り光耐性を大きくすることであり、面発光レ 一ザ素子の場合、光出力を損なわずにこの臨界戻り光量 fextcを増大するには緩和 振動周波数 frの増大が最も大きく寄与することがわ力つた。図 3は、臨界戻り光量 f extcの緩和振動周波数 fr依存性を示す図である。図 3に示すように、緩和振動数 fr の増大とともに臨界戻り光量 fextcも大きくなる。たとえば、緩和振動数 frが 5GHzのと きは臨界戻り光量 fextcが約— 30dBであるが、緩和振動数 が 20GHzになると臨界 戻り光量 fextcが約— 10dBと大きくなる。すなわち、—10dBまでの戻り光があっても面 発光レーザ素子内に発生する雑音を抑制することができる。
[0044] この緩和振動周波数 frは、次式に示す関係を有する。すなわち、
fr∞ (a (dg/dn) - (I-Ith) ) 1 2 … (2)
である。したがって、緩和振動周波数 frを大きくするには、微分利得 (dgZdn)と電流 注入量 (I Ith)とを大きくすればよい。電流注入量 (I Ith)は面発光レーザ素子に注 入される動的なものであることから、微分利得 (dgZdn)を大きくすればよいことがわ かる。
[0045] この微分利得 (dgZdn)を大きくするには、活性層 32の障壁層 41a— 41dに不純 物をドーピングすることによって実現できる。図 4は、臨界戻り光量 fextcの変調ドーピ ング量依存性を示す図である。図 4に示すように、障壁層 41a— 41dへのドーピング 量を増大することによって臨界戻り光量 fextcが大きくなる。たとえば、変調ドーピング 量を p = 1 X 1017cm— 3力も p = 1 X 1019cm 3まで変化させると臨界戻り光量 fextcを約 1 OdB大きくすることができる。この実施の形態 1では、 p = 5 X 1018cm 3のカーボンをド 一ビングしている。
[0046] この実施の形態 1の面発光レーザ素子 10は、選択酸ィ匕層 14による開口面積が 30 m2であり、閾値電流 1mA、スロープ効率 0. 3W/A, 100°C以上での連続発振が 得られた。このときの緩和振動周波数 frは、ノィァス電流 5mAにおいて、障壁層に 対する変調ドーピングを行わなかった場合、 6GHzであったが、変調ドーピングを行う ことによって 9GHzまで増大させることができている。すなわち、図 3に示すように臨界 戻り光量を 28dB力も— 22dBに増大させることができた。
[0047] ここで、面発光レーザ素子 10内で生じる相対強度雑音 (RIN)の戻り光依存性につ いて考察する。図 5に示すように、 RINは戻り光の増大に伴って増大するが大きく 2つ の臨界点がある。 1つは、面発光レーザ素子自体の共振器モードと外部共振器モー ドとのモード競合が生じる臨界点 r cである。他の 1つは、コヒーレントコラプスによる 臨界点（臨界戻り光量) fextcである。面発光レーザ素子と戻り光の反射点との距離が 短くなると臨界点 r c, fextc間は近づくことになる。戻り光の増大に伴って臨界点 r c を過ぎると RINは微増し、臨界点 fextcを過ぎると RINは急激に増大する。したがって 、臨界点 fextcの値を大きくすることによって大きな RINの発生を抑えることができる。 すなわち、図 5に示すように臨界点 fextcを臨界点 fextcとすることによって RINと戻り 光との特性曲線は、戻り光の増大側に変形し、 RINの値が小さい戻り光領域 El, E2 を広げることができ、大きな戻り光耐性を増大させることができる。この臨界点 fextcが 上述した臨界戻り光量 fextcである。
[0048] この面発光レーザ素子を用いて光通信を行う場合にっ 、て考察する。図 6は、 RIN の周波数特性を示す図である。図 6に示すように RINは、緩和振動周波数 fr近傍で 大きな値をとる。図 6では、緩和振動周波数 fr= 5GHzであるため、その近傍の RIN の値が大きくなつている。ここで、光通信の伝送速度が 2GHz程度である場合、緩和 振動周波数 frの影響を受けずに通信を行うことができる力 光通信の伝送速度が 8G Hz程度まで高くなると、 5GHzの緩和振動周波数が雑音として通信に影響を与える ことになる。この場合、 0— 8GHzの通信周波数帯域 Eを越え、この通信周波数帯域
H
Eに緩和振動周波数による雑音がかぶらない緩和振動周波数 fr'にシフトすれば RI
H
Nの値が低くなり、良好な通信を行うことができる。実施の形態 1では、緩和振動周波 数が 6GHzから 9GHzまでシフトさせることができたので、たとえば 8GHz程度の伝送 速度をもつ通信時に RINの値を低く抑えることができる。
[0049] すなわち、変調ドーピングによって微分利得を増大させ、この微分利得の増大によ つて緩和振動周波数が増大し、この緩和振動周波数の増大によって、 RINの値が低 くなり、臨界戻り光耐性を大きくすることができるということになる。
[0050] ところで、臨界戻り光量は、緩和振動周波数の増大に伴って増大するとともに、上 部多層膜反射鏡 16の反射率の増大に伴って増大する。図 7は、緩和振動周波数を ノラメータとした場合における臨界戻り光量の反射率依存性を示す図である。図 7に 示すように、臨界戻り光量は、緩和振動周波数の増大に伴って増大するだけでなぐ 上部多層膜反射鏡 16の反射率の増大に伴って増大する。ここで、反射率の増大は 、面発光レーザ素子の出力を低下させることを意味する。一方、面発光レーザ素子 は、高出力化は容易ではない。したがって、変調ドーピングによる緩和振動周波数の 増大は、面発光レーザ素子の光出力を減少させずに戻り光耐性を高くすることがで き、し力も良好な高速通信を可能にする。たとえば、図 7において、反射率を 0. 995 に設定し、緩和振動周波数を 10GHzとすることによって現状の DFBレーザ素子に 対する臨界戻り光規格である—24dBをクリアすることになる。
[0051] この変調ドーピングを行った面発光レーザ素子としては次のようなものがある。たと えば、 0— 2GHzにおける RINの値が— 115dBZHzとなる臨界戻り光量 fextcがー 30 dB以上であり、バイアス点における緩和振動周波数 frが 5GHz以上となる長波長帯 の面発光レーザ素子が実現され、これによつて伝送速度 2. 5Gbpsの通信を良好に 行うことができる。また、 0— 8GHzにおける RINの値カ 115dBZHzとなる臨界戻り 光量 fextcがー 20dB以上であり、バイアス点における緩和振動周波数 frが 10GHz以 上となる 1. 3 m帯の面発光レーザ素子が実現され、これによつて伝送速度 lOGbp sの通信を良好に行うことができる。さらに、 0— 8GHzにおける RINの値が— 115dB ZHzとなる臨界戻り光量 fextcがー 30dB以上であり、バイアス点における緩和振動周 波数 frが 10GHz以上となる 1. 55 m帯の面発光レーザ素子が実現され、これによ つて伝送速度 lOGbpsの通信を良好に行うことができる。
[0052] なお、上述した実施の形態 1では、変調ドーピング濃度が p = 5 X 1018cm 3であった 力 変調ドーピング濃度としては、 p= l X 1018cm 3力も p = 2 X 1019cm 3とすることが 好ましい。また、 p型ドーピングする p型不純物としてカーボンを用いた力 これに限ら ず、 Be、 Zn、 Mgなどを用いてもよいし、これら複数種類同時に用いてもよい。
[0053] また、上述した実施の形態 1では、上部多層膜反射鏡 16および下部多層膜反射鏡 12のいずれも半導体膜を用いたが、これに限らず、たとえば誘電体膜を用いてもよ い。また、上述した実施の形態 1では、下部多層膜反射鏡を AlAsZGaAsを 1ペアと する多層膜で、また上部多層膜反射鏡を Al Ga AsZGaAsを 1ペアとする多層膜
0.9 0.1
で形成した力 双方ともに A1組成の異なる AlGaAsZAlGaAsを 1ペアとする多層膜 で形成することもできる。さらに、これらの各層の間に組成を徐々に変化させた組成 傾斜層を設けることもできる。 [0054] さらに上述した実施の形態 1では、量子井戸層 42a— 42cとして GalnNAsSbを用 いたが、これに限らず、たとえば、 AlGalnAs系半導体材料、 GalnAsP系半導体材 料、 InGaAsSb系半導体材料、 TlGalnAsP系半導体材料などを用いてもよい。また 、活性層 32は、量子井戸構造であつたが、これに限らず、量子細線構造、量子ドット 構造であってもよい。
[0055] さらに、上述した実施の形態 1では、約 1310nmの発振波長をもつ面発光レーザ素 子であつたが、その他の発振波長たとえば 300— 1600nm帯の発振波長をもつ面発 光レーザ素子も同様に形成することができる。たとえば、 850nm帯に発振波長をも つ面発光レーザ素子も同様に形成することができる。ただし、この場合、量子井戸層 は GaAsもしくは AlGalnAsによって形成するようにする。
[0056] また、上述した実施の形態 1では、面発光レーザ素子自体の戻り光耐性について 述べたが、これに限らず、この面発光レーザ素子を備えたレーザモジュールを単位と した戻り光耐性についても同様に適用できる。なお、レーザモジュールは、面発光レ 一ザ素子が、 CANパッケージもしくはその他のプラスティックパッケージなどにボン デイングされ、光ファイバレセプタクル若しくはビグティルが付属する。この場合、戻り 光而性が高いため、アイソレータなどの光学素子を搭載しなくてもよいので、レーザ モジュール自体の低コストィ匕を図ることができる。
[0057] このレーザモジュール単位とすると、面発光レーザ素子と光ファイバとのカップリン グによる損失が内在するため、臨界戻り光量は、見かけ上減少することになる。この力 ップリングによる損失が 3dB程度である場合、レーザモジュールとしては往復の損失 6dB分、臨界戻り光量が増すことになる。この結果、たとえば、 0— 2GHzにおける RI Nの値力 S— 115dBZHzとなる臨界戻り光量 f extcがー 24dB以上であり、バイアス点に おける緩和振動周波数 frが 5GHz以上となる、長波長帯の面発光レーザ素子を有し たレーザモジュールが実現され、これによつて伝送速度 2. 5Gbpsの通信を良好に 行うことができる。また、 0— 8GHzにおける RINの値カ 115dBZHzとなる臨界戻り 光量 fextcがー 14dB以上であり、バイアス点における緩和振動周波数 frが 10GHz以 上となる、 1. 3 m帯の面発光レーザ素子を有したレーザモジュールが実現され、こ れによって伝送速度 lOGbpsの通信を良好に行うことができる。さらに、 0— 8GHzに おける RINの値カ 115dB/Hzとなる臨界戻り光量 fextcがー 24dB以上であり、バイ ァス点における緩和振動周波数 frが 10GHz以上となる、 1. 55 m帯の面発光レー ザ素子を有したレーザモジュールが実現され、これによつて伝送速度 lOGbpsの通 信を良好に行うことができる。
[0058] (実施の形態 2)
つぎに、この発明の実施の形態 2について説明する。上述した実施の形態 1では、 緩和振動周波数 frを増大させる手段として障壁層 41a— 41dに変調ドーピングを施 したが、この実施の形態 2では、デチューニングを行って微分利得を増大させ、これ によって緩和振動周波数 frを増大させるようにして 、る。
[0059] 式（2)で示した緩和振動周波数 frの微分利得 (dgZdn)は、変調ドーピングのみで なぐデチューニングによっても増大させることができる。図 8は、デチューニングによ る微分利得の増大を説明する図である。図 8において、レーザ光の利得は波長依存 性および温度依存性を有している。室温動作時の利得曲線 L11では、利得ピーク波 長え glをピークに短波長側および長波長側に利得が減少している。同様に、低温動 作時の利得曲線 L12では、利得ピーク波長 λ g2をピークに短波長側および長波長 側に利得が減少している。低温動作時の利得曲線 L12は、室温動作時の利得曲線 L11に比して全体的に高い利得を得ている。発振波長 λ 1は、室温動作時の発振波 長であり、利得ピーク波長 λ glに一致している。発振波長 λ 2は、低温動作時にデチ ユーニングによって短波長側にシフトして発振する発振波長である。この発振波長え
2は、利得ピーク波長 λ g2に一致していてもよい。
[0060] この実施の形態 2でのデチューニングは、通常のデチューニングとは異なる。通常 のデチューニングは、高温動作時に利得曲線が長波長側にシフトするとともに、発振 波長も高温側にシフトするが、各シフト量が異なるため、このズレを補正し、高温動作 時において、発振波長を高利得状態に合わせようとするものである。これに対し、この 実施の形態 2のデチューニングでは、通常のデチューニングとは異なり、短波長側に 発振波長をシフトさせる。
[0061] ここで、デチューニングを室温における利得ピーク波長 λ gと発振波長 λ lasingとの 差 Dcとして定義する（Dc = g~ lasing)。図 8には、室温時における低電流注入時 のゲインスペクトル LI 1、高電流注入時のゲインスペクトル LI 2および室温における 設定発振波長 λ lasingl, λ lasing2を示す。すなわち、微分利得 (dgZdn)は、発振 波長 lasingにおいての Δ 8/ Δ ηであり、図 8に示すように、 λ g> λ lasingと設定し た方が大きくなる。
[0062] 図 9は、臨界戻り光量のデチューニング量依存性を示す図である。図 9に示すよう に、短波長側にシフトさせるデチューニング量の増大とともに、臨界戻り光量は増大 し、—30dB以上の臨界戻り光とすることができる。特に、デチューニング量を 50nmと 大きくとると、臨界戻り光は 20dB近傍まで大きくすることができる。
[0063] ここで、実施の形態 1に示した面発光レーザ素子であって、変調ドーピングが施さ れておらず、障壁層 41a— 41dに対応する障壁層を GaAsによって形成し、この膜厚 を 20nmとし、共振器長を調整し、室温動作時の発振波長 lasingが 1300nm、利得 ピーク波長え gが 1325nmとなるようにした面発光レーザ素子を作製した。なお、上 部多層膜反射鏡 16および下部多層膜反射鏡 12の各多層膜の膜厚も、 λ Ζ4となる ように調整されている。この面発光レーザ素子は、開口面積 30 m2であり、閾値電 流 1. 5mA、スロープ効率 0. 25WZAで連続発振する。すなわち、 + 25nmの短波 長側へのデチューニングを行うことによって緩和振動周波数 frは、 6GHzから 10GH zに増大した。実際に lOGbpsの光通信を行った場合、アイパターンにジッタなどはな ぐ良好な通信を行うことができた。
[0064] つぎに、ウェハ上に形成された複数の面発光レーザ素子に対し、製造上の誤差を 用いてデチューニングを行った結果について説明する。図 10は、ウェハ上における デチューニング量の範囲を説明する図である。図 10において、特性曲線 R1は、上 部多層膜反射鏡 16の反射率であり、特性曲線 R2は、下部多層膜反射鏡 12の反射 率であり、特性曲線 Rmは、上部多層膜反射鏡 16と下部多層膜反射鏡 12との相乗 平均である。參印は、室温動作時の利得ピーク波長を示し、 X印は、室温動作時の 発振波長を示している。図 10に示すように、利得ピーク波長は、ウェハの中心力もの 半径 (距離)が増大するにしたがって短波長側にシフトし、発振波長は、ウェハの中 心からの距離が増大するにしたがって長波長側にシフトしている。ここで、ウェハの中 心からの距離が 20mm近傍に至ると、反射率が急激に減少し、これに伴って発振し なくなる。上述したように室温動作時の利得ピーク波長から室温動作時の発振波長 を減算した値がデチューニング量であるので、図 10では、中心からの距離が約 3mm 程度のところの面発光レーザ素子が最も大きなデチューニング量 Dcmaxが得られて いる。したがって、 1. 3 m帯面発光レーザ素子では、 0— 25nm程度、言い換えれ ば 0— 20meV程度までデチューニングを行うことができる。
[0065] ここで、このウェハ上の各面発光レーザ素子は、 1. 3 μ m帯の素子であつたが、 1.
55 μ m帯の面発光レーザ素子に対しては 0— 35nm程度（0— 20meV程度）までデ チューニングを行うことができる。これは、 1. 3 /z m帯におけるデチューニング量 (波 長）をエネルギー換算し、エネルギーシフト量として設定すればょ 、ことを示して 、る 。この場合における 1. 帯および 1. 55 m帯の各面発光レーザ素子に対して は、 20meVのエネルギーシフトを生じさせるデチューニングができることを意味する。
[0066] 上述した面発光レーザ素子は、 1. 3 μ m帯の面発光レーザ素子であつたが、もち ろん、 1. 55 m帯の面発光レーザ素子に対しても短波長側にデチューニングを行う ことによって微分利得を増大し、緩和振動周波数を増大し、これによつて戻り光耐性 を大きくすることができる。
[0067] たとえば、実施の形態 1に示した面発光レーザ素子であって、変調ドーピングが施 されておらず、量子井戸層 42a— 42cを Ga In N As Sb 、障壁層 41a—
0.55 0.45 0.025 0.945 0.03
41dに対応する障壁層を GaN As Sb によって形成し、この膜厚を 20nmとし、
0.02 0.9 0.08
共振器長を調整し、室温動作時の利得ピーク波長え gが 1580nm、室温動作時の発 振波長 b iasingが 1550nmとなるようにした面発光レーザ素子を作製した。なお、上 部多層膜反射鏡 16および下部多層膜反射鏡 12の各多層膜の膜厚も、 λ Ζ4となる ように調整されている。この面発光レーザ素子は、開口面積 30 m2であり、閾値電 流 1. 5mA、スロープ効率 0. 25WZAで連続発振する。すなわち、 + 30nmの短波 長側へのデチューニングを行うことによって緩和振動周波数 frは、 6GHzから 10GH zに増大した。実際に lOGbpsの光通信を行った場合、アイパターンにジッタなどはな ぐ良好な通信を行うことができた。
[0068] この実施の形態 2では、短波長側にデチューニングを行うことによって微分利得を 増大し、この微分利得の増大によって緩和振動周波数 frを増大し、これによつて出力 を低下させずに戻り光耐性が大きい面発光レーザ素子を実現している。
[0069] なお、上述した実施の形態 2では、実施の形態 1で示した変調ドーピングを施さな いものであつたが、実施の形態 2に変調ドーピングを施すようにしてもよい。これによ つてさらに微分利得を向上させることができ、結果的に出力を低下させずに戻り光耐 性がさらに大きい面発光レーザ素子を実現することができる。
[0070] また、この実施の形態 2によるデチューニングを適用した場合、たとえば、 0— 2GH zにおける RINの値が— 115dB/Hzとなる臨界戻り光量 fextcがー 30dB以上であり、 バイアス点における緩和振動周波数 frが 5GHz以上となる長波長帯の面発光レーザ 素子が実現され、これによつて伝送速度 2. 5Gbpsの通信を良好に行うことができる。 また、 0— 8GHzにおける RINの値が— 115dB/Hzとなる臨界戻り光量 fextcがー 20 dB以上であり、バイアス点における緩和振動周波数 frが 10GHz以上となる 1.
帯の面発光レーザ素子が実現され、これによつて伝送速度 lOGbpsの通信を良好に 行うことができる。さらに、 0— 8GHzにおける RINの値カ 115dB/Hzとなる臨界戻 り光量 fextcがー 30dB以上であり、バイアス点における緩和振動周波数 frが 10GHz 以上となる 1. 55 m帯の面発光レーザ素子が実現され、これによつて伝送速度 10 Gbpsの通信を良好に行うことができる。
[0071] なお、上述した実施の形態 2では、上部多層膜反射鏡 16および下部多層膜反射 鏡 12のいずれも半導体膜を用いたが、これに限らず、たとえば誘電体膜を用いても よい。また、上述した実施の形態 2では、下部多層膜反射鏡を AlAsZGaAsを 1ペア とする多層膜で、また上部多層膜反射鏡を Al Ga AsZGaAsを 1ペアとする多層
0.9 0.1
膜で形成した力 双方ともに A1組成の異なる AlGaAsZAlGaAsを 1ペアとする多層 膜で形成することもできる。さらに、これらの各層の間に組成を徐々に変化させた組 成傾斜層を設けることもできる。
[0072] さらに上述した実施の形態 2では、量子井戸層 42a— 42cとして GalnNAsSbを用 いたが、これに限らず、たとえば、 AlGalnAs系半導体材料、 GalnAsP系半導体材 料、 InGaAsSb系半導体材料、 TlGalnAsP系半導体材料などを用いてもよい。また 、活性層 32は、量子井戸構造であつたが、これに限らず、量子細線構造、量子ドット 構造であってもよい。 [0073] さらに、上述した実施の形態 2では、 1300nm帯および 1550nm帯に発振波長をも つ面発光レーザ素子であつたが、その他の発振波長たとえば 300— 1600nm帯の 発振波長をもつ面発光レーザ素子も同様に形成することができる。たとえば、 850η m帯に発振波長をもつ面発光レーザ素子も同様に形成することができる。ただし、こ の場合、量子井戸層は GaAsによって形成するようにする。
[0074] また、上述した実施の形態 2では、面発光レーザ素子自体の戻り光耐性にっ 、て 述べたが、これに限らず、この面発光レーザ素子を備えたレーザモジュールを単位と した戻り光耐性についても同様に適用できる。なお、レーザモジュールは、面発光レ 一ザ素子が、 CANパッケージもしくはその他のプラスティックパッケージなどにボン デイングされ、光ファイバレセプタクル若しくはビグティルが付属する。この場合、戻り 光耐性が高いため、アイソレータなどの大きな光学素子を搭載しなくてもよいので、レ 一ザモジュール自体の低コストィ匕を図ることができる。
[0075] このレーザモジュール単位とすると、面発光レーザ素子と光ファイバとのカップリン グによる損失が内在するため、臨界戻り光量は、見かけ上減少することになる。この力 ップリングによる損失が 3dBである場合、レーザモジュールとしては往復の損失 6dB 分、臨界戻り光量が増すことになる。この結果、たとえば、 0— 2GHzにおける RINの 値力 S— 115dB/Hzとなる臨界戻り光量 f extcがー 24dB以上であり、バイアス点におけ る緩和振動周波数 frが 5GHz以上となる、長波長帯の面発光レーザ素子を有したレ 一ザモジュールが実現され、これによつて伝送速度 2. 5Gbpsの通信を良好に行うこ とができる。また、 0— 8GHzにおける RINの値カ 115dBZHzとなる臨界戻り光量 f extcがー 14dB以上であり、バイアス点における緩和振動周波数 frが 10GHz以上とな る、 1. 3 m帯の面発光レーザ素子を有したレーザモジュールが実現され、これによ つて伝送速度 lOGbpsの通信を良好に行うことができる。さらに、 0— 8GHzにおける RINの値カ 115dBZHzとなる臨界戻り光量 fextcがー 24dB以上であり、バイアス点 における緩和振動周波数 frが 10GHz以上となる、 1. 55 m帯の面発光レーザ素 子を有したレーザモジュールが実現され、これによつて伝送速度 lOGbpsの通信を 良好に行うことができる。
[0076] なお、上述した実施の形態 1, 2では、 n型基板上に形成した面発光レーザ素子で あつたが、これに限らず、 P型基板上に形成した面発光レーザ素子であってもよい。こ の場合、選択酸化層 14は p側、すなわち下部多層膜反射鏡側に設けられ、電流狭 窄を行う。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明は、垂直共振器型面発光レーザに関し、特に臨界戻り光耐 性を高くすることができる面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュールに 有用である。

Claims

請求の範囲
[I] 下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、該下部多層膜 反射鏡と該上部多層膜反射鏡との間に活性層を配置した面発光レーザ素子におい て、
前記共振器内のバイアス点における緩和振動周波数が、当該面発光レーザ素子 力 出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えて設定されることを特徴とす る面発光レーザ素子。
[2] 前記緩和振動周波数の設定は、微分利得を増大させることによって設定することを 特徴とする請求項 1に記載の面発光レーザ素子。
[3] 前記活性層を形成する障壁層に p型不純物をドーピングすることを特徴とする請求 項 1に記載の面発光レーザ素子。
[4] 前記ドーピングの濃度は、 1 X 1018cm"3-2 X 1019cm 3であることを特徴とする請求 項 3に記載の面発光レーザ素子。
[5] 前記 p型不純物は、少なくとも C、 Be、 Zn、 Mgからなる群のいずれか一つを含むこ とを特徴とする請求項 3に記載の面発光レーザ素子。
[6] 前記緩和振動周波数の設定は、室温時の利得ピーク波長から動作時の発振波長 へのデチューニングを短波長側に向けて行うことを特徴とする請求項 1に記載の面発 光レーザ素子。
[7] 前記デチューニングの値は、少なくともデチューニング後における微分利得が増大 する値であることを特徴とする請求項 7に記載の面発光レーザ素子。
[8] 前記デチューニングの値は、波長をエネルギーに換算したエネルギーシフト値であ り、 20meV以下の値であることを特徴とする請求項 6に記載の面発光レーザ素子。
[9] 発振周波数は、 300— 1600nmであることを特徴とする請求項 1に記載の面発光レ 一ザ素子。
[10] A1と Asとを少なくとも含む電流狭窄層の一部を酸化した選択酸化層を有し、注入 電流を狭窄することを特徴とする請求項 1に記載の面発光レーザ素子。
[II] 前記活性層を形成する井戸層または障壁層は、 Ga In N As Sb (0≤xl xl 1-xl yl y2 l-yl-y2
, yl, y2≤l) , Al Ga In As (0≤x2, x3≤l) , Tl Ga In As P (0≤ x2 x3 1-χ2-χ3 x4 x5 1-χ4-χ5 y3 l~y3 x4, x5, y3≤l)のいずれかを用いることを特徴とする請求項 1に記載の面発光レー ザ素子。
[12] 前記活性層は、量子井戸構造、量子細線構造、量子ドット構造のいずれかであるこ とを特徴とする請求項 1に記載の面発光レーザ素子。
[13] 前記上部多層膜反射鏡および前記下部多層膜反射鏡は、双方が半導体多層膜あ るいは双方が誘電体多層膜、または一方が半導体多層膜であり他方が誘電体多層 膜であることを特徴とする請求項 1に記載の面発光レーザ素子。
[14] GaAs基板上に前記上部多層膜反射鏡、前記活性層、前記下部多層膜反射鏡が 積層され、上部多層膜反射鏡および前記下部多層膜反射鏡は、 Al Ga As (0≤x
1
6く 1)と Al Ga As (0く x7≤l, x6く x7)とを 1対とする複数対の多層膜であるこ χ7 1-χ7
とを特徴とする請求項 1に記載の面発光レーザ素子。
[15] 相対強度雑音の値が 0— 2GHzの前記光通信周波数領域において 115dBZHz となる臨界戻り光量カ 30dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数 力 GHz以上であることを特徴とする請求項 1に記載の面発光レーザ素子。
[16] 相対強度雑音の値が 0— 8GHzの前記光通信周波数領域において 115dBZHz となる臨界戻り光量カ 20dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数 が 10GHz以上であり、発振波長が 1300nm帯であることを特徴とする請求項 1に記 載の面発光レーザ素子。
[17] 相対強度雑音の値が 0— 8GHzの前記光通信周波数領域において 115dBZHz となる臨界戻り光量カ 30dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数 が 10GHz以上であり、発振波長が 1550nm帯であることを特徴とする請求項 1に記 載の面発光レーザ素子。
[18] 下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、該下部多層膜 反射鏡と該上部多層膜反射鏡との間に活性層を配置した面発光レーザ素子を有し たレーザモジユーノレにぉ 、て、 前記共振器内のバイアス点における緩和振動周波数が、当該面発光レーザ素子 力 出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えて設定される面発光レーザ 素子を備え、該面発光レーザ素子力 出射されたレーザ光を、光ファイバを介して外 部に出力することを特徴とするレーザモジュール。
[19] 前記緩和振動周波数の設定は、前記活性層を形成する障壁層に p型不純物をド 一ビングして微分利得を増大させることによって設定することを特徴とする請求項 18 に記載のレーザモジュール。
[20] 前記緩和振動周波数の設定は、室温時の利得ピーク波長力 動作時の発振波長 へのデチューニングを短波長側に向けて行い、前記デチューニングの値を、少なくと もデチューニング後における微分利得が増大する値にすることによって設定すること を特徴とする請求項 18に記載のレーザモジュール。
[21] CANパッケージを備えたことを特徴とする請求項 18に記載のレーザモジュール。
[22] 光ファイバレセプタクルを備えたことを特徴とする請求項 18に記載のレーザモジュ 一ノレ。
[23] 光ファイバビグティルを備えたことを特徴とする請求項 18に記載のレーザモジユー ル。
[24] 相対強度雑音の値が 0— 2GHzの前記光通信周波数領域において 115dBZHz となる臨界戻り光量カ 24dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数 力 GHz以上であることを特徴とする請求項 18に記載のレーザモジュール。
[25] 相対強度雑音の値が 0— 8GHzの前記光通信周波数領域において 115dBZHz となる臨界戻り光量が 14dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数 が 10GHz以上であり、発振波長が 1300nm帯であることを特徴とする請求項 18に 記載のレーザモジユーノレ。
[26] 相対強度雑音の値が 0— 8GHzの前記光通信周波数領域において 115dBZHz となる臨界戻り光量カ 24dB以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数 が 10GHz以上であり、発振波長が 1550nm帯であることを特徴とする請求項 18に 記載のレーザモジユーノレ。
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