(57)【要約】【課題】低熱抵抗かつ低転位の面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ素子、面発光レーザ装置、光源装置、および光導波路モジュールを提供すること。【解決手段】ＧａＡｓからなる基板と、前記基板上に形成された、ＡｌxＧａ1−xＡｓ（０．８≦ｘ≦１）からなる低屈折率層とＡｌyＧａ1−yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ）からなる高屈折率層との周期構造から形成され、かつ該低屈折率層および高屈折率層の少なくとも１層がｎ型である下部多層膜反射鏡と、前記下部多層膜反射鏡の上側に設けられた、低屈折率層と高屈折率層との周期構造から形成される上部多層膜反射鏡と、前記下部多層膜反射鏡と前記上部多層膜反射鏡との間に設けられた活性層と、少なくとも前記下部多層膜反射鏡と前記活性層との間に設けられた、前記活性層に電流を注入するための下部電極と、を備える。【選択図】図１
2010251698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓからなる基板と、
前記基板上に形成された、ＡｌxＧａ1−xＡｓ（０．８≦ｘ≦１）からなる低屈折率層とＡｌyＧａ1−yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ）からなる高屈折率層との周期構造から形成され、かつ該低屈折率層および高屈折率層の少なくとも１層がｎ型である下部多層膜反射鏡と、
前記下部多層膜反射鏡の上側に設けられた、低屈折率層と高屈折率層との周期構造から形成される上部多層膜反射鏡と、
前記下部多層膜反射鏡と前記上部多層膜反射鏡との間に設けられた活性層と、
少なくとも前記下部多層膜反射鏡と前記活性層との間に設けられた、前記活性層に電流を注入するための下部電極と、
を備えることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記低屈折率層はＡｌxＧａ1−xＡｓ（０．８５５＜ｘ）からな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。
【請求項３】
前記下部多層膜反射鏡の平均のｎ型キャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記下部多層膜反射鏡は、少なくとも前記低屈折率層がｎ型であり、前記高屈折率層は前記低屈折率層よりもキャリア濃度が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面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記下部多層膜反射鏡は、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｇｅの少なくともいずれか一つが添加されてい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面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記基板と前記下部電極とが電気的に分離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面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記下部多層膜反射鏡は、ｎ型ドーパントが添加され、該下部多層膜反射鏡における平均Ａｌ組成をｘave、ｎ型ドーパントの平均添加濃度をｎave（ｃｍ-３）、前記基板の厚さをｄ（μｍ）、前記基板のいずれか一つの頂点から重心を通って端部に到る線分のうち最も長い線分の長さをＤ（インチ）とすると、前記基板の反りが、以下の式（１）により規定される反りδ（μｍ）以上であ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面発光レーザ素子。
【数１】
2010251698.tif 000011
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子を１次元的または２次元的に配列したものであることを特徴とする面発光レーザアレイ素子。
【請求項９】
光増幅媒体と、
請求項１〜７のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子または請求項８に記載の面発光レーザアレイ素子を有し、前記光増幅媒体を励起する励起光源と、
を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子または請求項８に記載の面発光レーザアレイ素子と、
前記面発光レーザ素子または面発光レーザアレイ素子が出射するレーザ光を伝播する光導波路と、
前記レーザ光を前記光導波路に結合させる光結合手段と、
を備えることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子、ならびに、これを用いた面発光レーザアレイ素子、面発光レーザ装置、光源装置、および光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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称す。）は、光インターコネクションをはじめとする種々の光通信用光源、あるいは他の様々なアプリケーション用デバイスとして利用されている（例えば、特許文献１参照）。面発光レーザ素子は、基板に対して垂直方向にレーザ光を射出するため、従来の端面発光型レーザ素子に比べて同一基板上に複数の素子を容易に２次元配列させることができる。また、活性層体積が非常に小さいため、極低閾値電流および低消費電力でレーザ発振が可能であるなど、多くの利点を有している。このような面発光レーザ素子では、共振器を構成するミラーとして、低屈折率層と高屈折率層との周期構造から形成されるＤＢＲ（Distributed  Bragg  Reflector）ミラーが利用されている。
【０００３】
ここで、基板上にＤＢＲミラーを積層した場合、基板とＤＢＲミラーとの格子不整合によって転位が発生し、面発光レーザ素子の信頼性が低下し、または不良となるという問題があった。すなわち、ＤＢＲミラーは層厚が厚いため、格子不整合によってＤＢＲミラー中に歪みが蓄積する。そして、ＤＢＲミラーが厚くなってくると結晶欠陥が凝集して転位網を形成する。これは一般的に線状の転位（クロスハッチ）として観察され、面発光レーザ素子の活性層に導入されると不良の原因となる。特に、クロスハッチは、アレイ素子の場合には極度に製造歩留まりを下げることになる。アレイ素子の各活性層に一直線にクロスハッチが通過するためである。
【０００４】
この転位低減のため、従来、インジウム（Ｉｎ）を添加した基板を採用して基板の反りを低減し転位発生を低減した面発光レーザ素子（特許文献１参照）や、ＤＢＲミラーを構成する半導体材料をＡｌＧａＡｓＰやＡｌＧａＩｎＰなどの多元混晶系として、その格子定数をＧａＡｓ基板に近づけて格子整合を保持し、転位を低減した面発光レーザ素子（特許文献２および特許文献３参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５２１１１号公報
【特許文献２】特開２００２−１００８３４号公報
【特許文献３】特開平６−１９６８２１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】V.  Swaminathan  et  al.,”Temperature  and  Orientation  Dependence  of  Plastic  Deformation  in  GaAs  Single  Crystals  Doped  with  Si,  Cr,  or  Zn”  J.  Am.  Ceram.  Soc.,  58  (1975)  482.
【非特許文献２】M.  A.  Afromowitz,”Thermal  conductivity  of  Ga1?xAlxAs  alloys”  J.  Appl.  Phys.,  44  (1973)  1292.
【非特許文献３】T.  Ninomiya,  ”Velocities  and  internal  friction  of  dislocations  in  III-V  compounds”  J.  de  Phyique,  C6  Colloq  (1979)  C6-143.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、面発光レーザ素子において、ＤＢＲミラーを低熱抵抗化することが望ましい。ＤＢＲミラーの低熱抵抗化によって、活性層の温度上昇が抑制されるため信頼性が向上し、ロールオーバ電流値が上昇するため高周波変調をする際に有利であり、反射波長特性等の温度依存性が低減するため発振波長の安定性が向上するといったメリットがある。
【０００８】
ＤＢＲミラーの低熱抵抗化の方法として、ＤＢＲミラーを、熱伝導率が高いアルミニウム（Ａｌ）の組成が高い半導体材料、たとえばＡｌ組成が０．８以上に高いＡｌＧａＡｓにより構成する方法がある。
【０００９】
しかしながら、Ａｌ組成が高いＡｌＧａＡｓは、ＧａＡｓに対して、たとえば０．１４％程度の格子歪みを有するので、ＧａＡｓ基板上に形成したＡｌＧａＡｓからなるＤＢＲミラーにおいて、Ａｌ組成を高くすると、その表面に発生するクロスハッチが増大するという問題がある。
【００１０】
また、従来の転位低減技術については、以下の問題がある。すなわち、基板に対しＩｎを添加する技術については、Ｉｎを均一に添加することは技術的に大変困難である。また、ＤＢＲミラーを多元混晶系材料とする技術については、多元であるためにＡｌ組成を高くできない。すなわち、ＤＢＲミラーの低熱抵抗化と低転位化とを同時に実現することは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低熱抵抗かつ低転位の面発光レーザ素子、ならびに、これを用いた面発光レーザアレイ素子、面発光レーザ装置、光源装置、および光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】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ素子は、ＧａＡｓからなる基板と、前記基板上に形成された、ＡｌxＧａ1−xＡｓ（０．８≦ｘ≦１）からなる低屈折率層とＡｌyＧａ1−yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ）からなる高屈折率層との周期構造から形成され、かつ該低屈折率層および高屈折率層の少なくとも１層がｎ型である下部多層膜反射鏡と、前記下部多層膜反射鏡の上側に設けられた、低屈折率層と高屈折率層との周期構造から形成される上部多層膜反射鏡と、前記下部多層膜反射鏡と前記上部多層膜反射鏡との間に設けられた活性層と、少なくとも前記下部多層膜反射鏡と前記活性層との間に設けられた、前記活性層に電流を注入するための下部電極と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記低屈折率層はＡｌxＧａ1−xＡｓ（０．８５５＜ｘ）からなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記下部多層膜反射鏡の平均のｎ型キャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記下部多層膜反射鏡は、少なくとも前記低屈折率層がｎ型であり、前記高屈折率層は前記低屈折率層よりもキャリア濃度が低いことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記下部多層膜反射鏡は、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｇｅの少なくともいずれか一つが添加されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記基板と前記下部電極とが電気的に分離されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記下部多層膜反射鏡は、ｎ型ドーパントが添加され、該下部多層膜反射鏡における平均Ａｌ組成をｘave、ｎ型ドーパントの平均添加濃度をｎave（ｃｍ-３）、前記基板の厚さをｄ（μｍ）、前記基板のいずれか一つの頂点から重心を通って端部に到る線分のうち最も長い線分の長さをＤ（インチ）とすると、前記基板の反りが、以下の式（１）により規定される反りδ（μｍ）以上であることを特徴とする。
【数１】
2010251698.tif 000003
【００１９】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記の発明のいずれか一つの面発光レーザ素子を１次元的または２次元的に配列したものであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光源装置は、光増幅媒体と、上記の発明のいずれか一つの面発光レーザ素子または面発光レーザアレイ素子を有し、前記光増幅媒体を励起する励起光源と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明のいずれか一つの面発光レーザ素子または面発光レーザアレイ素子と、前記面発光レーザ素子または面発光レーザアレイ素子が出射するレーザ光を伝播する光導波路と、前記レーザ光を前記光導波路に結合させる光結合手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＤＢＲミラーのＡｌ組成を高めつつその降伏応力を高くできるので、低熱抵抗かつ低転位の面発光レーザ素子、ならびに、これを用いた面発光レーザアレイ素子、面発光レーザ装置、光源装置、および光モジュールを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態１に係る面発光レーザ素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、従来の面発光レーザ素子において転位が発生する機構を説明する図である。
【図３】図３は、図１に示す面発光レーザ素子において転位の発生が抑制される機構を説明する図である。
【図４】図４は、下部ＤＢＲミラーの平均Ｓｉ添加濃度と基板の反りとの関係を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る面発光レーザアレイ装置の模式的な斜視図である。
【図６】図６は、図５に示す面発光レーザアレイ装置の模式的な平面図である。
【図７】図７は、実施の形態３に係る面発光レーザパッケージの模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施の形態４に係る光ピックアップの模式的な一部断面図である。
【図９】図９は、実施の形態５に係る光ファイバレーザの模式的な構成図である。
【図１０】図１０は、実施の形態６に係る２つの光送受信モジュールが、２本の光導波路を介して接続している状態を示す模式な平面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す光送受信モジュールにおける面発光レーザ素子と光導波路との光結合部分の一例を示す側面図である。
【図１２】図１２は、面発光レーザ素子と光導波路との光結合部分の他の一例を示す側面図である。
【図１３】図１３は、面発光レーザ素子と光導波路との光結合部分のさらに他の一例を示す一部断面側面図である。
【図１４】図１４は、面発光レーザ素子と光導波路との光結合部分のさらに他の一例を示す側面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態７に係る波長多重伝送システムの模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して本発明に係る面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ素子、面発光レーザ装置、光源装置、および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、図面において、同一または対応する要素には、適宜同一符号を付している。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る面発光レーザ素子１００の模式的な断面図である。図１に示すように、この面発光レーザ素子１００は、アンドープのＧａＡｓ基板１上に積層された下部ＤＢＲミラー２、分離層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、電流狭窄層６、ｐ型クラッド層７、上部ＤＢＲミラー８、およびｐ側電極９、ｎ側電極１０を備える。このうち、ｎ型クラッド層４の上端部と、その上に積層された活性層５、電流狭窄層６およびｐ型クラッド層７とは、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１１として形成されている。
【００２６】
下部ＤＢＲミラー２は、ＡｌＡｓからなる低屈折率層２ａとＧａＡｓからなる高屈折率層２ｂとを組み合わせたＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる複合半導体層が複数積層された半導体多層膜ミラーとして形成されている。この複合半導体層を構成する各層の厚さは、λ／４ｎ（λ：発振波長、ｎ：屈折率）とされている。なお、この下部ＤＢＲミラー２には、ｎ型ドーパントであるシリコン（Ｓｉ）が添加されており、ｎ型の導電型となっている。
【００２７】
一方、上部ＤＢＲミラー８は、例えばＳｉＯ2からなる低屈折率層８ａとＳｉＮからなる高屈折率層８ｂとを組み合わせたＳｉＮ／ＳｉＯ2からなる複合誘電体層が複数積層された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と同様に各層の厚さがλ／４ｎとされている。
【００２８】
電流狭窄層６は、開口部６ａと選択酸化層６ｂとから構成されている。電流狭窄層６は、例えばＡｌＡｓからなるＡｌ含有層によって形成され、選択酸化層６ｂは、このＡｌ含有層が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輪帯上に形成されており、開口部６ａは、酸化されていない層として形成される。選択酸化層６ｂは、絶縁性を有し、ｐ側電極９から注入される電流を狭窄して開口部６ａ内に集中させることで、開口部６ａ直下における活性層５内の電流密度を高めている。
【００２９】
活性層５は、例えばＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓからなる３層の量子井戸構造を有し、ｐ側電極９から注入されて電流狭窄層６によって狭窄された電流をもとに自然放出光を発する。この自然放出光は、下部ＤＢＲミラー２と上部ＤＢＲミラー８とが構成する共振器と活性層５の誘導放出による増幅作用によってたとえば１．３μｍ帯である１２７０ｎｍの波長でレーザ発振する。その結果、上部ＤＢＲミラー８の上面からレーザ光が射出される。
【００３０】
一方、ｐ側電極９は、ｐ−ＧａＡｓからなるｐ型クラッド層７上に積層され、リング状に形成されている。一方、下部電極であるｎ側電極１０は、ｎ−ＧａＡｓからなるｎ型クラッド層４上に積層され、メサポスト１１の底面部をその積層面に沿って取り囲むようにＣ字状に形成されている。すなわち、ｎ型クラッド層４は、ｎ側電極１０に対するコンタクト層の役割も果たしている。これらｐ側電極９およびｎ側電極１０は、それぞれｐ型引出電極およびｎ側引出電極によって、外部回路（電流供給回路等）に電気的に接続されている。
【００３１】
また、分離層３は、アンドープのＧａＡｓからなり、下部ＤＢＲミラー２とｎ型クラッド層４とを電気的に分離している。
【００３２】
上記のように、この面発光レーザ素子１００は、ｐ側電極９とｎ側電極１０とが、下部ＤＢＲミラー２の上側に位置している。そして、ｎ型クラッド層４、電流狭窄層６、ｐ型クラッド層７、ｐ側電極９、ｎ側電極１０が構成する電流注入構造が、下部ＤＢＲミラー２と上部ＤＢＲミラー８とが構成する共振器の内側に位置する、いわゆるイントラキャビティコンタクト構造を有するものである。
【００３３】
なお、この面発光レーザ素子１００を製造する際には、はじめに、たとえばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用いて、たとえば直径３インチ（７６．２ｍｍ）の基板１上に、下部ＤＢＲミラー２、分離層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、電流狭窄層６を形成するためのＡｌＡｓ層、ｐ型クラッド層７を順次エピタキシャル成長させる。
【００３４】
その後、フォトリソグラフィーによってメサポスト１１のパターニングを行い、エッチング加工によってｎ型クラッド層４に到る深さまでエッチングして、メサポスト１１を多数形成する。その後、メサポスト１１に加工した積層構造を水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポスト１１内のＡｌＡｓ層の外周側領域を選択的に酸化させる。この選択酸化によって、例えば幅が１０μｍの外周側領域が酸化され、選択酸化層６ｂとなり、中央に残されたＡｌＡｓからなる領域が開口部６ａとなり、電流狭窄層６が形成される。その後、ｐ側電極９、ｎ側電極１０を形成し、上部ＤＢＲミラー８を形成し、面発光レーザ素子１００ごとに素子分離し、面発光レーザ素子１００が完成する。
【００３５】
ここで、この面発光レーザ素子１００においては、下部ＤＢＲミラー２の低屈折率層２ａは、Ａｌ組成が１と高いＡｌＡｓからなるので、低熱抵抗となっている。その一方で、低屈折率層２ａのＡｌ組成が高いため、下部ＤＢＲミラー２は、基板１との格子不整合が大きくなっている。しかしながら、この面発光レーザ素子１００においては、下部ＤＢＲミラー２にＳｉが添加されてｎ型になっているため、その降伏応力が高くなっている。その結果、基板１と下部ＤＢＲミラー２との間に格子不整合によるミスフィット転位が発生しても、このミスフィット転位が下部ＤＢＲミラー２の表面まで貫通することが抑制されるので、低転位なものとなっている。
【００３６】
以下、具体的に説明する。従来のイントラキャビティコンタクト構造の面発光レーザ素子では、絶縁性を確保するために、基板とその上に形成する下部ＤＢＲミラーをアンドープのものとしていた。
【００３７】
図２は、従来の面発光レーザ素子において転位が発生する機構を説明する図である。図２に示すように、アンドープのＧａＡｓ基板１の上に、アンドープの下部ＤＢＲミラー１２を成長する場合、ＧａＡｓ基板１と下部ＤＢＲミラー１２との間の格子不整合によって歪が生じ、成長層にある程度の歪が蓄積されると点転位が発生し、さらに歪が増大するとミスフィット転位Ｍが発生し、これが下部ＤＢＲミラー１２を貫通転位Ｔとして伸び、その表面にクロスハッチＣとして現われていた。
【００３８】
一方、図３は、図１に示す面発光レーザ素子１００において転位の発生が抑制される機構を説明する図である。図３に示すように、この面発光レーザ素子１００においては、下部ＤＢＲミラー２にＳｉが添加されてｎ型になっているため、その降伏応力が高くなり、結晶が硬化する（非特許文献１参照）。その結果、ミスフィット転位Ｍが下部ＤＢＲミラー２の表面まで貫通することが抑制されるので、表面にクロスハッチは発生せず、または減少し、低転位なものとなる。
【００３９】
すなわち、ミスフィット転位Ｍの発生は基板１と下部ＤＢＲミラー２との格子不整合によって決まるので、その発生を抑制することは困難である。これに対して、この面発光レーザ素子１００においては、下部ＤＢＲミラー２を硬化することによって、ミスフィット転位Ｍがクロスハッチとして問題となる程度を減少させている。
【００４０】
なお、上記のように下部ＤＢＲミラー２をｎ型としているので、この面発光レーザ素子１００では下部ＤＢＲミラー２とｎ型クラッド層４との間に分離層３を介挿して、下部ＤＢＲミラー２と活性層５に対する電流注入構造との電気的な分離を実現し、低容量を実現している。
【００４１】
また、上記実施の形態では、下部ＤＢＲミラー２は、ＡｌＡｓからなる低屈折率層２ａとＧａＡｓからなる高屈折率層２ｂとを組み合わせて形成されているが、ＡｌxＧａ1−xＡｓ（０．８≦ｘ≦１）からなる低屈折率層とＡｌyＧａ1−yＡｓ（０≦ｙ＜ｘ）からなる高屈折率層とを組み合わせたものであればよい。なお、非特許文献２によれば、ＡｌxＧａ1-xＡｓの熱伝導率は、３００Ｋ（ケルビン）において、Ａｌ組成ｘを用いて、０．５５−２．１２ｘ＋２．４８ｘ2と表される。したがって、ＡｌxＧａ1-xＡｓは、Ａｌ組成ｘが０．８５５のときに、熱伝導率が約０．５５Ｗ／（ｃｍ・Ｋ）となり、ｘがゼロであるＧａＡｓと同じになる。ゆえに、下部ＤＢＲミラー２の低屈折率層を、０．８５５<ｘを満たすＡｌxＧａ1−xＡｓとすることが、熱伝導率を高くする点から好ましい。また、高屈折率層のＡｌ組成ｙについては、低屈折率層よりも高屈折率となるように０≦ｙ＜ｘの範囲に設定される。また、下部ＤＢＲミラー２におけるペア数は、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、下部ＤＢＲミラー２において達成すべき反射率（たとえば９９％以上）に応じて適宜決定される。
【００４２】
また、上記実施の形態では、下部ＤＢＲミラーのｎ型ドーパントとしてＳｉを用いたが、ｎ型ドーパントとしては特に限られず、たとえばテルル（Ｔｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などを用いてもよい。また、下部ＤＢＲミラーは、ｎ型ドーパントを添加しなくても、ｎ型キャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3以上のｎ型の導電型となっていればよい。
【００４３】
すなわち、たとえば非特許文献３には、ＧａＡｓ結晶中の転位速度は、ドーパントの種類によらず、ｎ型キャリアの濃度が高ければそれだけ低下することが示唆されている。この転位速度の低下にともなってＧａＡｓ結晶の降伏応力も高くなっていると考えられる。本発明者らの検討によれば、ＧａＡｓ結晶中だけでなく、ＡｌＡｓ結晶やＡｌＧａＡｓ結晶中においても同様の降伏応力の上昇効果があることを見出した。したがって、本発明における下部ＤＢＲミラーについても、ｎ型ドーパントを添加するなどして、ｎ型となっていればその効果を奏するものとなる。
【００４４】
また、上記実施の形態では、下部ＤＢＲミラー２の低屈折率層２ａと高屈折率層２ｂとの両方にＳｉを添加してｎ型としているが、低屈折率層２ａおよび高屈折率層２ｂのうちの少なくとも１層がｎ型であればよく、これによって下部ＤＢＲミラー２内の平均のｎ型キャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3以上となっていればよい。すなわち、たとえば下部ＤＢＲミラー２を形成する低屈折率層２ａの少なくとも１層がｎ型であれば、残りの低屈折率層２ａおよび高屈折率層２ｂがｉ型であってもよいし、高屈折率層２ｂの少なくとも１層がｎ型であれば、残りの高屈折率層２ｂおよび低屈折率層２ａがｉ型であってもよい。なお、上述したように、高屈折率層よりも低屈折率層の方がＡｌ組成は高く、格子歪みが大きい。したがって、下部ＤＢＲミラーとしては、少なくとも低屈折率層がｎ型であり、高屈折率層は低屈折率層よりもキャリア濃度が低いようなものを用いてもよい。この場合、高屈折率層としては、添加するｎ型ドーパントの濃度を低くしたものや、あるいはノンドープとしたものを採用することができる。
【００４５】
また、上記実施の形態では、分離層３を、下部ＤＢＲミラー２とｎ型クラッド層４との間に介挿しているが、基板１とｎ型クラッド層４との間のいずれかの位置に介挿するようにしてもよい。また、分離層３は必ずしも形成しなくても良いが、形成しない場合は、基板１とｎ側電極１０との電気的分離を実現するために、下部ＤＢＲミラー２のうちｎ型クラッド層４側に接触する低屈折率層または高屈折率層をノンドープの層とすることが好ましい。
【００４６】
以下、本発明についてさらに具体的に説明するために、Ｓｉを添加した下部ＤＢＲミラーと、基板に発生する反りとの関係について説明する。
【００４７】
はじめに、下部ＤＢＲミラーの平均層内歪を定義する。この平均層内歪εaveは、下部ＤＢＲミラーを構成するＡｌＧａＡｓからなる高屈折率層と低屈折率層との基板に対する平均歪として、以下の式（２）のように定義される。
【００４８】
【数２】
2010251698.tif 000004
【００４９】
ただし、式（２）において、ａh：高屈折率層の格子定数、ａl：低屈折率層の格子定数、ａsub：基板の格子定数（ＧａＡｓの場合５．６５３３オングストローム）、ｔh（λ）：高屈折率層のλ／４層厚、ｔl（λ）：低屈折率層のλ／４層厚である。なお、単位はいずれもオングストロームである。また、λは下部ＤＢＲミラーの反射中心波長であり、単位はｎｍである。
【００５０】
ａh、ａlはそれぞれのＳｉの添加濃度ｎh、ｎlと、Ａｌ組成ｘh、ｘlとに応じて下記式（３）、式（４）のように変化する。
【００５１】
【数３】
2010251698.tif 000005
【数４】
2010251698.tif 000006
【００５２】
式（３）、式（４）を式（２）に代入すると、平均層内歪εaveは以下の式（５）のようになる。
【００５３】
【数５】
2010251698.tif 000007
【００５４】
ここで、下部ＤＢＲミラー層内の平均Ａｌ組成と平均添加濃度をそれぞれｘave、ｎaveとすると、平均層内歪εaveは下記式（６）のようになる。
【００５５】
【数６】
2010251698.tif 000008
【００５６】
つぎに、基板の反りδについて考える。ここで、クロスハッチが発生しない場合、下部ＤＢＲミラー層内の平均層内歪が基板の反りに転換されるため、基板の反りは平均層内歪に比例する量として表される。
【００５７】
そこで、本発明者らは、様々な直径（２〜３インチ）および厚さ（４５０〜６２５μｍ）を有するＧａＡｓ基板上に、Ｓｉの平均添加濃度が異なるＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる下部ＤＢＲミラーを積層し、そこに発生する基板の反りの測定と表面に現われるクロスハッチの観察とを行なった。
【００５８】
以下では、反りが最も顕著に発生した直径３インチで厚さ４５０μｍのＧａＡｓ基板を用いた場合について具体的に説明する。まず、このＧａＡｓ基板上に、λを１２７０ｎｍに設定し、Ｓｉを添加したＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる下部ＤＢＲミラーを３０ペア積層した。このとき、ＡｌＡｓ層の層厚は、λ／４層厚である１０８．３ｎｍであり、ＧａＡｓ層の層厚は、λ／４層厚である９１．９３ｎｍとしている。したがって、ｘave＝０．５４０９である。そして、Ｓｉの平均添加濃度が異なる場合について、その表面に現われるクロスハッチを観察する実験を行なった。その結果、平均添加濃度が小さい場合には表面にクロスハッチが観察され、基板の反りもほぼ一定値の７０μｍ程度であった。たとえば、平均添加濃度１×１０16ｃｍ-3の場合は、反りが６９．６μｍであり、クロスハッチの密度は７００本／ｍｍ2であった。しかしながら、平均添加濃度１．３８×１０18ｃｍ-3を閾値としてクロスハッチが観察されなくなった。また、平均添加濃度が２．７×１０18ｃｍ-3の場合はクロスハッチが観察されないとともに基板の反りが８６μｍに増加した。つぎに、本発明者らは、この閾値と反りとの関係から、Ｓｉによる格子定数の縮みの効果を含めた上での反りδ（μｍ）と平均層内歪εaveとの比例係数を実験的に求めたところ、以下の式（７）のようになった。
【００５９】
【数７】
2010251698.tif 000009
【００６０】
さらに、式（７）をもとに、波長λ、基板の厚さｄ（μｍ）、基板の直径Ｄ（インチ）も含めた基板の反りδ（μｍ）を検討したところ、反りδ（μｍ）が式（１）で表されることを見出した。
【００６１】
【数８】
2010251698.tif 000010
【００６２】
図４は、上記において検討を行なった下部ＤＢＲミラーの平均Ｓｉ添加濃度と基板の反りとの関係を示す図である。なお、図４において、破線とひし形の記号は実験値を示しており、線Ｌ１が式（１）でｄ＝４５０μｍ、Ｄ＝３インチとした場合の計算値を示している。この式（１）が示す線Ｌ１は、クロスハッチが消失する閾値であり、この線Ｌ１を含めこれよりも上側の領域はクロスハッチがない領域となる。すなわち、基板の反りとしては、式（１）に示す反りδ以上の値であることが好ましい。
【００６３】
（実験例１）
つぎに、上記式（１）の妥当性について確認するために、実験例１として、直径３インチで厚さ４５０μｍのＧａＡｓ基板上に、λを１２７０ｎｍに設定し、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる下部ＤＢＲミラーを３０ペア積層した場合において、ＡｌＡｓ層のＳｉ添加濃度を２×１０18ｃｍ-3とし、ＧａＡｓ層のＳｉ添加濃度を１．２×１０18ｃｍ-3とした。この下部ＤＢＲミラーを積層した基板の反りを測定したところ、７０．８μｍであった。また、下部ＤＢＲミラーの表面にクロスハッチは確認されなかった。
【００６４】
一方、このとき、ｎaveは１．６３×１０18ｃｍ-3である。また、ＡｌＡｓ層の層厚は１０８．３ｎｍであり、ＧａＡｓ層の層厚は９１．９３ｎｍであるから、ｘave＝０．５４０９である。そこで、これらの値を用いて、式（１）より反りδを計算したところ、反りδとして７０．６μｍが得られ、上記実験例１で測定された反りよりも小さい値となった。すなわち、式（１）で計算される反りδよりも大きな反りが得られるような条件であれば、クロスハッチの発生を防止できることが確認された。
【００６５】
（実験例２）
つぎに、実験例２として、直径３インチで厚さ４５０μｍのＧａＡｓ基板上に、λを１２７０ｎｍに設定し、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／ＧａＡｓからなる下部ＤＢＲミラーを３０ペア積層した場合において、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層のＳｉ添加濃度を１×１０18ｃｍ-3とし、ＧａＡｓ層をアンドープとした。この下部ＤＢＲミラーを積層した基板の反りを測定したところ、６７．１μｍであった。また、下部ＤＢＲミラーの表面にクロスハッチは確認されなかった。
【００６６】
一方、このとき、ｎaveは５．３６×１０17ｃｍ-3である。また、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層の層厚はλ／４ｎ層厚である１０６．２ｎｍであり、ＧａＡｓ層の層厚は９１．９３ｎｍであるから、ｘave＝０．４８２４である。そこで、これらの値を用いて、式（１）より反りδを計算したところ、反りδとして６４．１μｍが得られ、上記実験例２で測定された反りよりも小さい値となった。すなわち、式（１）で計算される反りδよりも大きな反りが得られるような条件であれば、クロスハッチの発生を防止できることが確認された。
【００６７】
（実験例３）
つぎに、実験例３として、直径３インチで厚さ４５０μｍのＧａＡｓ基板上に、λを１２７０ｎｍに設定し、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる下部ＤＢＲミラーを３０ペア積層した場合において、ＡｌＡｓ層のＳｉ添加濃度を１．２×１０18ｃｍ-3とし、ＧａＡｓ層のＳｉ添加濃度を２．０×１０18ｃｍ-3とした。この下部ＤＢＲミラーを積層した基板の反りを測定したところ、７０．５μｍであった。また、下部ＤＢＲミラーの表面に密度３６本／ｍｍ2でクロスハッチが確認された。
【００６８】
一方、このとき、ｎaveは１．５６×１０18ｃｍ-3である。また、ＡｌＡｓ層の層厚は１０８．３ｎｍであり、ＧａＡｓ層の層厚は９１．９３ｎｍであるから、ｘave＝０．５４０９である。そこで、これらの値を用いて、式（１）より反りδを計算したところ、反りδとして７０．６６μｍが得られ、上記実験例１で測定された反りよりも大きい値となった。すなわち、式（１）で計算される反りδよりも小さな反りが得られるような条件の場合は、クロスハッチが発生することが確認された。ただし、この実験例３では、たとえば図４に示すような、平均Ｓｉ添加濃度が１×１０16ｃｍ-3のように低い場合と比較すれば、クロスハッチの密度はより低くなっている。その理由は、平均Ｓｉ添加濃度を高くしたことによって、結晶内の転位の転位速度が抑制された結果、下部ＤＢＲミラーの降伏応力が高まり、基板との界面、および下部ＤＢＲミラー中のミスフィット転位の表面方向への伝播が抑制されたためであると考えられる。
【００６９】
なお、転位の伝播は、蓄積された歪を緩和し基板の反りを低減する。したがって、式（１）で計算される反りδよりも大きな反りを得るためには、具体的には、転位の伝播を抑制する程度のｎ型ドーパントの添加が効果的である。
【００７０】
なお、上記式では、Ｄとは、面発光レーザ素子を素子分離する前の円形の基板の直径である。面発光レーザ素子や、たとえば円形の基板を１／４に割って形成された基板に対しては、Ｄとして、基板のいずれか一つの頂点から重心を通って端部に到る線分のうち最も長い線分の長さを用いればよい。
【００７１】
また、上記実験では、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いているが、他のｎ型ドーパントを用いる際には、式（１）におけるｎave（ｃｍ-３）をそのｎ型ドーパントの平均添加濃度とすればよい。
【００７２】
また、上記実施の形態では、上部ＤＢＲミラー８として誘電体多層膜ミラーを用いているが、上部ＤＢＲミラーとしてｐ型の半導体多層膜ミラーを用い、この上部ＤＢＲミラーの上にｐ側電極を形成するようにし、上部ＤＢＲミラーも電流注入構造の一部としたイントラキャビティコンタクト構造としてもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態では、活性層５がＧａＩｎＮＡｓ系材料で形成された発振波長が１．３μｍ帯である面発光レーザ素子を例にとって説明したが、面発光レーザ素子の発振波長帯や活性層等を構成する材料は、適宜選択可能である。例えば、発振波長が６５０ｎｍ帯である面発光レーザ素子はＡｌＧａＩｎＰ系材料及びＩｎＧａＡｓＰ系材料を選択することが可能であり、また発振波長が１μｍ帯である面発光レーザ素子は、ＩｎＧａＡｓ系材料を選択することが可能であり、発振波長が１．３〜１．６μｍ帯である面発光レーザ素子はＧａＩｎＡｓＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料及びＧａＩｎＮＡｓＳｂ系材料を選択することが可能であり、発振波長が８５０ｎｍ帯である面発光レーザ素子はＡｌＧａＡｓ系材料を選択することが可能である。
【００７４】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２として、本発明の面発光レーザ素子を用いた、光インターコネクション用の信号光源等に用いられる面発光レーザアレイ装置について説明する。図５は、実施の形態２に係る面発光レーザアレイ装置の模式的な斜視図である。図５に示すように、この面発光レーザアレイ装置２００は、ＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｌｅａｄｅｄ  ｃｈｉｐ  ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれる周知のフラットパッケージ２０１に、面発光レーザアレイチップ２１０が実装されたものである。なお、面発光レーザアレイチップ２１０は、不図示の配線によって金属キャスター（電極）２０２と接続している。
【００７５】
図６は、図５に示す面発光レーザアレイチップ２１０の模式的な平面図である。図６に示すように、面発光レーザアレイチップ２１０は、中央部に設けられ、本発明の複数の面発光レーザ素子２０６を２次元的に配列して構成された面発光レーザアレイ素子部２０５と、面発光レーザアレイ素子部２０５の周囲に設けられ、面発光レーザアレイ素子部２０５の各面発光レーザ素子２０６の電極と不図示の配線で接続した複数の電極パッド２０３とを有している。さらに、各電極パッド２０３はフラットパッケージ２０１の金属キャスター２０２と接続している。さらに、金属キャスター２０２は、各面発光レーザ素子２０６の発光を制御するための外部の制御回路（図示しない）に電気的に接続している。なお、面発光レーザ素子２０６としては、たとえば実施の形態１に係る面発光レーザ素子１００を使用することができる。
【００７６】
つぎに、この面発光レーザアレイ装置２００の動作を説明する。面発光レーザアレイ素子部２０５の各面発光レーザ素子２０６は、外部の制御回路から金属キャスター２０２と電極パッド２０３とを介して変調信号を含んだ電流を供給され、それぞれの上部から所定の波長のレーザ信号光を出射する。
【００７７】
この面発光レーザアレイ装置２００は、本発明の低熱抵抗かつ低転位の面発光レーザ素子２０６を使用しているため、信頼性が高く、高周波変調特性に優れ、発振波長の安定性が高く、かつ放熱性が高いので素子を高密度集積できるものとなる。また、特に、この面発光レーザアレイ装置２００は、アレイ素子の製造歩留まりを極度に下げる要因であるクロスハッチの発生が抑制されているので、製造歩留まりが高く、低コストなものとなる。
【００７８】
なお、この面発光レーザアレイ装置２００の面発光レーザアレイ素子部２０５は、面発光レーザ素子２０６を２次元的に配列したものであるが、１次元的に配列してもよい。
【００７９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３として、本発明の面発光レーザ素子を備えた面発光レーザ装置であり、光インターコネクション用の信号光源等に用いられる面発光レーザパッケージについて説明する。図７は、本実施の形態３に係る面発光レーザパッケージの模式的な断面図である。図７に示すように、この面発光レーザパッケージ３００は、本発明の面発光レーザ素子３１２、面発光レーザ素子３１２を載置する基板３１１、基板３１１に設けられた電極３１３、および面発光レーザ素子３１２と電極３１３とを接続するワイヤ３１４を備える面発光レーザモジュール３１０と、面発光レーザモジュール３１０を収容するハウジング３２０と、面発光レーザモジュール３１０の上方に設けられ、アーム３２４によってハウジング３２０に保持されたレンズ３２３と、ハウジング３２０上部に設けられた光ファイバマウント３２１と、光ファイバマウント３２１に挿通保持された光ファイバ３２２とを備えている。電極３１３は、面発光レーザモジュール３１０の発光状態を制御するための外部の制御回路（図示しない）に電気的に接続している。なお、面発光レーザ素子３１２としては、たとえば実施の形態１に係る面発光レーザ素子１００を使用することができる。
【００８０】
つぎに、この面発光レーザパッケージ３００の動作を説明する。面発光レーザ素子３１２は、外部の制御回路から電極３１３とワイヤ３１４とを介して変調信号を含む電流を供給され、その上部から所定の波長のレーザ信号光Ｌ２を出射する。レンズ３２３はレーザ信号光Ｌ２を集光し、光ファイバ３２２に結合する。光ファイバ３２２は結合されたレーザ信号光Ｌ２を伝送する。
【００８１】
この面発光レーザパッケージ３００は、本発明の低熱抵抗かつ低転位の面発光レーザ素子３１２を使用しているため、信頼性が高く、高周波変調特性に優れ、発振波長の安定性が高く、かつ放熱性が高いものとなる。
【００８２】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４として、本発明の面発光レーザ素子を備えた面発光レーザ装置であり、光記憶媒体の書き込み／読み出し装置に用いられる光ピックアップについて説明する。図８は、本実施の形態４に係る光ピックアップの模式的な一部断面図である。図８に示すように、この光ピックアップ３０１は、本発明の面発光レーザ素子３３２、面発光レーザ素子３３２を載置する基板３３１、基板３３１に設けられた電極３３３、基板３３１に載置された駆動ＩＣ３３４、面発光レーザ素子３３２と駆動ＩＣ３３４と電極３３３とを順次接続するワイヤ３３５、およびこれらの要素を封止する樹脂３３６からなる面発光レーザモジュール３３０と、面発光レーザモジュール３３０の上方に設けられたハーフミラー３４０と、面発光レーザモジュール３３０とハーフミラー３４０との間に設けられた回折格子３４１と、ハーフミラー３４０と光記憶媒体３６０との間に設けられたレンズ３４２と、ハーフミラー３４０を挟んで光記憶媒体３６０とは反対側に設けられた光センサ３５０とを備えている。
【００８３】
なお、面発光レーザ素子３３２としては、たとえば実施の形態１に係る面発光レーザ素子１００を使用することができる。また、樹脂３３６の上部は凸状に加工され、レンズ３３６ａを構成している。また、電極３３３は、光ピックアップ３０１の発光状態を制御するための不図示の外部の制御回路（図示しない）に電気的に接続している。
【００８４】
つぎに、この光ピックアップ３０１の動作を、光記憶媒体３６０に記録された情報の読み出しを行なう場合について説明する。面発光レーザ素子３３２は、外部の制御回路から電極３３３とワイヤ３３５とを介して電流を供給された駆動ＩＣ３３４によって、その上部からレーザ光Ｌ３を出射する。樹脂３３６のレンズ３３６ａはレーザ光Ｌ３を平行光（レーザ光Ｌ４）とする。ハーフミラー３４０はレーザ光Ｌ４を光記憶媒体３６０の所定の箇所に集光させる。すると、レーザ光Ｌ４は光記憶媒体３６０によって反射され、光記憶媒体３６０に記録された情報を含む反射信号光Ｌ５が発生する。反射信号光Ｌ５は、レンズ３４２、ハーフミラー３４０を順次通過する。そして、光センサ３５０は反射信号光Ｌ５を受光する。その後、光センサ３５０は反射信号光Ｌ５を電気信号に変換し、変換された電気信号は書き込み／読み出し装置に接続されたパーソナルコンピュータ等に送信され、記録された情報の読み出しが行なわれる。
【００８５】
この光ピックアップ３０１は、本発明の低熱抵抗かつ低転位の面発光レーザ素子３３２を使用しているため、信頼性が高く、高周波変調特性に優れ、発振波長の安定性が高く、かつ放熱性が高いものとなる。
【００８６】
なお、上記実施の形態３、４において、各面発光レーザ素子をたとえば実施の形態２のような面発光レーザアレイ装置に適宜置き換えてもよい。
【００８７】
また、上記実施の形態３、４では、本発明の面発光レーザ素子を通信用の面発光レーザパッケージ、あるいは光記憶媒体の書き込み／読み出し装置に用いられる光ピックアップに適用したものであるが、本発明の面発光レーザ素子はこれに限らず、測量機器、レーザーポインター、光学マウスなどの光学機器、あるいはプリンタ、フォトレジストの走査露光用光源、レーザポンピング用光源や、加工用ファイバレーザの光源として用いることもできる。
【００８８】
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５として、本発明の面発光レーザアレイ素子を励起光源として用い、光増幅媒体として増幅用光ファイバを用いた光源装置である光ファイバレーザについて説明する。図９は、本実施の形態５に係る光ファイバレーザの模式的な構成図である。図９に示すように、この光ファイバレーザ４００は、マルチモード光ファイバ４０１ａを有する面発光レーザアレイパッケージ４０１と、光ファイバグレーティング４０２と、増幅用光ファイバ４０３と、光ファイバグレーティング４０４と、光アイソレータ４０５と、光出力端子４０６とを備えている。なお、各要素は、上述した順番で適宜接続用光ファイバを介して接続している。
【００８９】
面発光レーザアレイパッケージ４０１は、図７に示す面発光レーザパッケージ３００において、面発光レーザ素子３１２を図５に示すような面発光レーザアレイ素子部を有する面発光レーザアレイ装置に置き換え、レンズ３２３をマイクロレンズアレイと集光レンズを組み合わせたレンズ群に置き換え、かつ光ファイバ３２２をマルチモード光ファイバ４０１ａとした構成を有している。マイクロレンズアレイは、小さいコリメートレンズが２次元アレイ状に配列するような形状に表面が微細加工されたものであって、面発光レーザアレイ素子部を構成する各面発光レーザ素子が出射する各レーザ光をコリメート光とするように構成されている。また、集光レンズは、たとえば球面、非球面の凸レンズであり、マイクロレンズアレイがコリメート光とした各レーザ光を集光し、マルチモード光ファイバに光学的に結合させるように構成されている。
【００９０】
増幅用光ファイバ４０３は、光増幅作用を有する希土類元素であるイッテルビウム（Ｙｂ）イオンをコア部に添加したダブルクラッド型光ファイバである。光ファイバグレーティング４０２、４０４は、Ｙｂの発光波長、たとえば１０６４ｎｍ近傍の光を所定の反射率で選択的に反射するように構成されており、光共振器を形成している。また、光アイソレータ４０５は、光を一方向にのみ透過し逆方向の光を遮る機能を有するものである。また、光出力端子４０６は、たとえば光コネクタである。
【００９１】
つぎに、この光ファイバレーザ４００の動作を説明する。面発光レーザアレイパッケージ４０１は、外部の制御回路から電流を供給された各面発光レーザ素子から出射したレーザ光を、レンズ群によってマルチモード光ファイバ４０１ａに光学的に結合させて、励起光として出射する。この励起光は複数の面発光レーザ素子から出射したレーザ光を合成したものであり、その光強度はきわめて大きくなる。なお、各面発光レーザ素子が出射するレーザ光の波長は、Ｙｂを添加した増幅用光ファイバ４０３を増幅するためにたとえば９１５ｎｍ近傍に設定されている。そのため各面発光レーザ素子は、ＩｎＧａＡｓ系材料からなる活性層を用いている。
【００９２】
マルチモード光ファイバ４０１ａから出射した励起光は、光ファイバグレーティング４０２を通過し、増幅用光ファイバ４０３に入射する。すると、励起光が入射された増幅用光ファイバ４０３において、Ｙｂイオンが発光し、この発光をもとに増幅用光ファイバ４０３の光増幅作用と光ファイバグレーティング４０２、４０４の光共振器としての作用とによってレーザ発振が起こり、波長１０６４ｎｍ近傍のレーザ光Ｌ６が光アイソレータ４０５を通過して光出力端子４０６から出力する。なお、光アイソレータ４０５によって逆方向の光は遮られるので、光ファイバレーザ４００は安定に動作する。
【００９３】
この光ファイバレーザ４００は、本発明の低熱抵抗かつ低転位の面発光レーザアレイ素子を使用しているため、信頼性が高く、放熱性が高く、かつ低コストなものとなる。また発振波長の安定性が高い面発光レーザ素子を使用しているため、増幅用光ファイバ４０３の増幅状態も安定し、レーザ光Ｌ６の出力も安定したものとなる。
【００９４】
なお、本実施の形態５では、面発光レーザアレイ素子を励起光源として使用しているが、単一の面発光レーザ素子を励起光源としてもよい。また、本実施の形態５では、光増幅媒体として増幅用光ファイバを用いているが、増幅媒体としてＹＡＧ結晶やＹＬＦ結晶等を使用し、固体レーザ装置を構成してもよい。
【００９５】
（実施の形態６）
本発明の面発光レーザ素子および面発光レーザアレイ素子は、光導波路と組み合わせて様々な光モジュールを構成することができる。以下では、本発明の実施の形態６として、本発明の面発光レーザ素子を用いた光モジュールである光送受信モジュールについて説明する。図１０は、本実施の形態６に係る２つの光送受信モジュール５００Ａ、５００Ｂが、２本の光導波路５１０Ａ、５１０Ｂを介して接続している状態を示す模式な平面図である。図１０において、光送受信モジュール５００Ａは、保持部材５０１Ａと、保持部材５０１Ａ上に設けられた各要素、すなわち、光ファイバ等の光導波路５１０Ａ、５１０Ｂを載置してこれらの位置決めを行うためのスペーサ５０６Ａ、光導波路５１０Ａを介して光信号を送信する本発明の面発光レーザ素子５０２Ａ、光導波路５１０Ｂを介して送信されてきた光信号を受信し電気信号に変換する受光素子５０３Ａ、面発光レーザ素子５０２Ａの発光状態を制御する駆動回路５０４Ａ、および受光素子５０３Ａが変換した電気信号を増幅する増幅回路５０５Ａとで構成されている。面発光レーザ素子５０２Ａは外部の制御部（図示しない）からの制御信号によって駆動回路５０４Ａを介して発光制御される。また、受光素子５０３Ａが変換した電気信号は増幅回路５０５Ａを介して制御部へ送信される。なお、煩雑さを避けるために、駆動回路５０４Ａと面発光レーザ素子５０２Ａおよび増幅回路５０５Ａと受光素子５０３Ａのワイヤボンディングは記載を省略している。
【００９６】
なお、光送受信モジュール５００Ｂは、光送受信モジュール５００Ａと同様の構成を有するが、光送受信モジュール５００Ａとは送信に係る構成と受信に係る構成とが入れ替わっている。すなわち、光送受信モジュール５００Ｂは、保持部材５０１Ｂと、保持部材５０１Ｂ上に設けられた各要素、すなわち、光導波路５１０Ａ、５１０Ｂの位置決めを行うためのスペーサ５０６Ｂ、光導波路５１０Ｂを介して光信号を送信する本発明の面発光レーザ素子５０２Ｂ、光導波路５１０Ａを介して送信されてきた光信号を受信し電気信号に変換する受光素子５０３Ｂ、面発光レーザ素子５０２Ｂの発光状態を制御する駆動回路５０４Ｂ、および受光素子５０３Ｂが変換した電気信号を増幅する増幅回路５０５Ｂとで構成されている。面発光レーザ素子５０２Ｂは外部の制御部（図示しない）からの制御信号によって駆動回路５０４Ｂを介して発光制御される。また、受光素子５０３Ｂが変換した電気信号は増幅回路５０５Ｂを介して制御部へ送信される。
【００９７】
この光送受信モジュール５００Ａ、５００Ｂは、本発明の低熱抵抗かつ低転位の面発光レーザ素子５０２Ａ、５０２Ｂを使用しているため、信頼性が高く、高周波変調特性に優れ、発振波長の安定性が高く、かつ放熱性が高いものとなる。
【００９８】
つぎに、図１０に示す光送受信モジュール５００Ａ、５００Ｂにおける面発光レーザ素子５０２Ａ、５０２Ｂと光導波路５１０Ａ、５１０Ｂとの光結合部分について具体的に説明する。なお、以下では、光送受信モジュール５００Ａと面発光レーザ素子５０２Ａと光導波路５１０Ａとを用いて光結合部分の説明を行うが、これらの光結合部分は光送受信モジュール５００Ｂと面発光レーザ素子５０２Ｂと光導波路５１０Ｂとの組み合わせに対しても適用できるものである。
【００９９】
はじめに、図１１は、図１０に示す光送受信モジュール５００Ａにおける面発光レーザ素子５０２Ａと光導波路５１０Ａとの光結合部分の一例を示す側面図である。図１１に示すように、光導波路５１０Ａの端面はその光軸に対して略４５度傾斜するように加工されており、かつ端面には光結合手段としての反射膜５１１Ａが形成され、鏡面加工されている。また、面発光レーザ素子５０２Ａと反射膜５１１Ａとの相対位置はスペーサ５０６Ａによって位置決めされており、面発光レーザ素子５０２Ａが反射膜５１１Ａの下方に位置するように調整されている。そして、面発光レーザ素子５０２Ａから出射した光信号Ｌ７は反射膜５１１Ａによって反射されて光導波路５１０Ａに結合し、光導波路５１０Ａ内を伝播する。
【０１００】
図１２は、面発光レーザ素子５０２Ａと光導波路５１０Ａとの光結合部分の他の一例を示す側面図である。図１２に示す例では、光結合手段として、面発光レーザ素子５０２Ａ上であって光導波路５１０Ａの端面側方に、面発光レーザ素子５０２Ａに対向する入射面５２０ａと光導波路５１０Ａの端面に対向する出射面５２０ｂとを有し、内部に反射面５２１の設けられたミラーアセンブリ５２０が設置されている。そして、面発光レーザ素子５０２Ａから出射した光信号Ｌ７は、ミラーアセンブリ５２０に入射面５２０ａから入射し、反射面５２１によって反射され、出射面５２０ｂから出射されて光導波路５１０Ａの端面で結合し、光導波路５１０Ａ内を伝播する。なお、ミラーアセンブリ５２０の入射面５２０ａおよび／または出射面５２０ｂに、コリメートや集光を行なうためのマイクロレンズ（アレイ）を設けてもよい。
【０１０１】
また、図１３は、面発光レーザ素子５０２Ａと光導波路５１０Ａとの光結合部分のさらに他の一例を示す一部断面側面図である。図１３に示す例では、スペーサ５０６Ａに載置されたコネクタハウジング５３０内に光ファイバである光導波路５１０Ａが保持され、さらに光結合手段として、光ファイバ心線５３１が、なめらかに屈曲して一方の端面が光導波路５１０Ａに接続するとともに他方の端面が面発光レーザ素子５０２Ａに対向するように保持されている。そして、面発光レーザ素子５０２Ａから出射した光信号Ｌ７は、光ファイバ心線５３１の端面から入射して光ファイバ心線５３１を伝播し、その後光導波路５１０Ａ内に結合されて伝播する。
【０１０２】
また、図１４は、面発光レーザ素子５０２Ａと光導波路５１０Ａとの光結合部分のさらに他の一例を示す側面図である。図１４に示す例では、スペーサ５０６Ａに載置された光導波路５１０Ａには、光軸に対して略４５度傾斜する傾斜内面を有する楔形の溝５１２Ａが形成されている。また、この傾斜内面には反射膜５１１Ａが形成され、鏡面加工されている。そして、溝５１２Ａと反射膜５１１Ａとが光結合手段を構成している。また、面発光レーザ素子５０２Ａは、この溝５１２Ａ上の位置において、光導波路５１０Ａに直接取り付けられている。なお、この面発光レーザ素子５０２Ａは、その基板側すなわち下方へ光信号Ｌ７を出射するように構成されている。そして、面発光レーザ素子５０２Ａから出射した光信号Ｌ７は、溝５１２Ａの傾斜内面に形成された反射膜５１１Ａによって反射されて光導波路５１０Ａに結合し、光導波路５１０Ａ内を伝播する。
【０１０３】
（実施の形態７）
つぎに、本発明の実施の形態７として、本発明の面発光レーザ素子および面発光レーザアレイ素子を用いた光通信システムについて説明する。図１５は、本実施の形態７に係る波長多重伝送システムの模式的な構成図である。図１５に示すように、この波長多重伝送システム６００は、コンピュータ、ボードあるいはチップ等である信号生成処理手段６０１と、信号生成処理手段６０１と電気配線６０８Ａ、６０８Ｂで接続し、ＣＰＵ、ＭＰＵ、波長制御回路等から構成される通信制御回路６０２と、通信制御回路６０２とそれぞれ電気配線６０９Ａ、６０９Ｂで接続した面発光レーザアレイ素子６０３および受光素子集積部６０４と、面発光レーザアレイ素子６０３と光ファイバアレイ６１０Ａで接続した波長多重光合波器６０５と、受光素子集積部６０４と光ファイバアレイ６１０Ｂで接続した波長多重光分波器６０６と、波長多重光合波器６０５および波長多重光分波器６０６のそれぞれと１本の光ファイバ６１１Ａ、６１１Ｂで接続したネットワーク、ＰＣ、ボード、チップ等である通信対象６０７とを備える。なお、面発光レーザアレイ素子６０３は、発振波長が互いに異なる本発明の面発光レーザ素子を１次元的または２次元的に配列したものである。
【０１０４】
つぎに、波長多重伝送システム６００の動作を説明する。信号生成処理手段６０１は、通信対象６０７に送信すべき電気信号を生成し、電気配線６０８Ａを介して通信制御回路６０２に送信する。通信制御回路６０２は電気配線６０９Ａを介して面発光レーザアレイ素子６０３に駆動電力を与えるとともに、面発光レーザアレイ素子６０３を構成する各面発光レーザ素子に互いに異なる信号を与えて光信号を発生させる。光ファイバアレイ６１０Ａを構成する各光ファイバは面発光レーザアレイ素子６０３を構成する各面発光レーザ素子に光学的に結合しており、発生した各光信号を信号光ごとに異なる光ファイバによって波長多重光合波器６０５に伝送する。波長多重光合波器６０５は伝送された各光信号を波長多重合波して１本の光ファイバ６１１Ａに結合する。光ファイバ６１１Ａは波長多重合波した光信号を通信対象６０７に伝送する。
【０１０５】
一方、波長多重光分波器６０６は、通信対象６０７から光ファイバ６１１Ｂを介して伝送されてきた波長多重合波された光信号を波長ごとに分波し、光ファイバアレイ６１０Ｂを構成する各光ファイバに光信号毎に結合させる。光ファイバアレイ６１０Ｂは、各光信号を受光素子集積部６０４に伝送する。光ファイバアレイ６１０Ｂを構成する各光ファイバは受光素子集積部６０４を構成する各受光素子は、光ファイバアレイ６１０Ｂを構成する各光ファイバに光学的に結合しており、各光信号を受光して電気信号に変換し、各電気信号を、電気配線６０９Ｂを介して通信制御回路６０２に伝送する。通信制御回路６０２は各電気信号を、電気配線６０８Ｂを介して信号生成処理手段６０１に伝送する。信号生成処理手段６０１は各電気信号の信号処理を行なう。
【０１０６】
この波長多重伝送システム６００は、本発明の低熱抵抗、低転位、かつ発振波長の安定性が高い面発光レーザアレイ素子６０３を使用しているため、高い信頼性で高密度大容量の波長多重伝送が可能なものとなる。また、面発光レーザアレイ素子６０３を構成する各面発光レーザ素子からの各光信号を波長多重光合波器６０５によって１本の光ファイバ６１１Ａに結合させるようにしているので、１本のファイバで、高スループットに大容量の信号伝送ができる。
【０１０７】
なお、用途に応じては、この波長多重伝送システム６００の構成において、面発光レーザアレイ素子６０３および受光素子集積部６０４のそれぞれを、光ファイバアレイによってそのまま通信対象６０７に接続して並列伝送システムとすることもできる。この場合、本発明の面発光レーザアレイ素子６０３は、モードが安定しており、且つ、各発振波長が安定しているので、複数の光源をもつ信頼性の高い並列伝送システムの構築が容易になる。さらに、本発明の面発光レーザアレイ素子は、高周波変調特性にも優れているので、５０Ｇｂｉｔ／ｓを超える伝送速度で、１０ｋｍを超える長距離通信を実現することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、３１１、３３１  基板
２    下部ＤＢＲミラー
２ａ、８ａ  低屈折率層
２ｂ、８ｂ  高屈折率層
３    分離層
４    ｎ型クラッド層
５    活性層
６    電流狭窄層
６ａ  開口部
６ｂ  選択酸化層
７    ｐ型クラッド層
８    上部ＤＢＲミラー
９    ｐ側電極
１０  ｎ側電極
１１  メサポスト
１２  下部ＤＢＲミラー
１００、２０６、３１２、３３２、５０２Ａ、５０２Ｂ  面発光レーザ素子
２００  面発光レーザアレイ装置
２０１  フラットパッケージ
２０２  金属キャスター
２０３  電極パッド
２０５  面発光レーザアレイ素子部
２１０  面発光レーザアレイチップ
３００  面発光レーザパッケージ
３０１  光ピックアップ
３１０、３３０  面発光レーザモジュール
３１３、３３３  電極
３１４、３３５  ワイヤ
３２０  ハウジング
３２１  光ファイバマウント
３２２、６１１Ａ、６１１Ｂ  光ファイバ
３２３、３３６ａ、３４２  レンズ
３２４  アーム
３３４  駆動ＩＣ
３３６  樹脂
３４０  ハーフミラー
３４１  回折格子
３５０  光センサ
３６０  光記憶媒体
４００  光ファイバレーザ
４０１  面発光レーザアレイパッケージ
４０１ａ  マルチモード光ファイバ
４０２、４０４  光ファイバグレーティング
４０３  増幅用光ファイバ
４０５  光アイソレータ
４０６  光出力端子
５００Ａ、５００Ｂ  光送受信モジュール
５０１Ａ、５０１Ｂ  保持部材
５０３Ａ、５０３Ｂ  受光素子
５０４Ａ、５０４Ｂ  駆動回路
５０５Ａ、５０５Ｂ  増幅回路
５０６Ａ、５０６Ｂ  スペーサ
５１０Ａ、５１０Ｂ  光導波路
５１１Ａ  反射膜
５１２Ａ  溝
５２０  ミラーアセンブリ
５２１  反射面
５３１  光ファイバ心線
６００  波長多重伝送システム
６０１  信号生成処理手段
６０２  通信制御回路
６０３  面発光レーザアレイ素子
６０４  受光素子集積部
６０５  波長多重光合波器
６０６  波長多重光分波器
６０７  通信対象
６０８Ａ、６０８Ｂ、６０９Ａ、６０９Ｂ  電気配線
６１０Ａ、６１０Ｂ  光ファイバアレイ
Ｃ    クロスハッチ
Ｌ１  線
Ｌ２  レーザ信号光
Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６  レーザ光
Ｌ５  反射信号光
Ｌ７  光信号
Ｍ    ミスフィット転位
Ｔ    貫通転位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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