【手続補正書】
【提出日】平成16年10月28日(2004.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザチップと、該レーザチップと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは発振波長が１．１μｍ〜１．７μｍであり、光を発生する活性層の主たる元素がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓからなる層、もしくはＧａ、Ｉｎ、Ａｓよりなる層とし、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡は反射波長が１．１μｍ以上で該反射鏡を構成する材料層の屈折率が小大異なる値に周期的に変化し、入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）とし、前記屈折率が大の材料層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）とし、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と大の間の値をとるＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｙ＜ｚ＜ｘ≦１）よりなるヘテロスパイク緩衝層の厚さを、５ｎｍ〜５０ｎｍの厚さであって、前記半導体分布ブラッグ反射鏡の反射率変化が急激に大きくならない範囲とした反射鏡であるような面発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムであって、該光通信システムは、前記レーザチップと該レーザチップを搭載する第１の基板と該第１の基板を搭載する第２の基板よりなるレーザモジュールと該モジュールを冷却する手段よりなることを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
レーザチップと、該レーザチップと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは、光を発生する活性層の主たる元素がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓからなる層、もしくはＧａ、Ｉｎ、Ａｓよりなる層とし、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡を構成する材料層の屈折率が小大異なる値に周期的に変化し、入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）とし、前記屈折率が大の材料層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）とし、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と大の間の値をとるＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｙ＜ｚ＜ｘ≦１）よりなるヘテロスパイク緩衝層を２０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さに設けた反射鏡であるような面発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムであって、該光通信システムは、前記レーザチップと該レーザチップを搭載する第１の基板と該第１の基板を搭載する第２の基板よりなるレーザモジュールと該モジュールを冷却する手段よりなることを特徴とする光通信システム。
【請求項３】
レーザチップと、該レーザチップと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは、発振波長が１．１μｍ〜１．７μｍであり、光を発生する活性層の主たる元素がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓからなる層、もしくはＧａ、Ｉｎ、Ａｓよりなる層とし、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡は反射波長が１．１μｍ以上で該反射鏡を構成する材料層の屈折率が小大異なる値に周期的に変化し、入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）とし、前記屈折率が大の材料層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）とし、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と大の間の値をとるＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｙ＜ｚ＜ｘ≦１）よりなるヘテロスパイク緩衝層を２０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さに設けた反射鏡であるような面発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムであって、該光通信システムは、前記レーザチップと該レーザチップを搭載する第１の基板と該第１の基板を搭載する第２の基板よりなるレーザモジュールと該モジュールを冷却する手段よりなることを特徴とする光通信システム。
【請求項４】
レーザチップと、該レーザチップと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは発振波長が１．１μｍ〜１．７μｍであり、光を発生する活性層の主たる元素がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓからなる層、もしくはＧａ、Ｉｎ、Ａｓよりなる層とし、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡は反射波長が１．１μｍ以上で該反射鏡を構成する材料層の屈折率が小大異なる値に周期的に変化し、入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）とし、前記屈折率が大の材料層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）とした反射鏡であり、前記活性層と前記反射鏡の間に主たる組成がＧａｘＩｎ１−ｘＰｙＡｓ１−ｙ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層よりなる非発光再結合防止層を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムであって、該光通信システムは、前記レーザチップと該レーザチップを搭載する第１の基板と該第１の基板を搭載する第２の基板よりなるレーザモジュールと該モジュールを冷却する手段よりなることを特徴とする光通信システム。
【請求項５】
前記レーザチップの熱伝導率をＡ、前記第１の基板の熱伝導率をＢ、前記第２の基板熱伝導率をＣとするとき、それらの関係がＡ＜Ｂ＜Ｃとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光通信システム。
【請求項６】
前記レーザチップと第１の基板と第２の基板は互いの相対する面の中心線平均粗さＲａが、１０ｎｍ≦Ｒａ≦１０３ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の光通信システム。
【請求項７】
前記レーザチップと第１の基板と第２の基板はそれぞれの間に熱伝達層を介して密着させたことを特徴とする請求項５又は６に記載の光通信システム。
【請求項８】
前記第２の基板の第１の基板と密着していない部分の単位領域あたりの表面積を、密着している部分の単位領域あたりの表面積より大きくしたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、レーザチップと、該レーザチップと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは発振波長が１．１μｍ〜１．７μｍであり、光を発生する活性層の主たる元素がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓからなる層、もしくはＧａ、Ｉｎ、Ａｓよりなる層とし、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡は反射波長が１．１μｍ以上で該反射鏡を構成する材料層の屈折率が小大異なる値に周期的に変化し、入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）とし、前記屈折率が大の材料層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）とし、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と大の間の値をとるＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｙ＜ｚ＜ｘ≦１）よりなるヘテロスパイク緩衝層の厚さを、５ｎｍ〜５０ｎｍの厚さであって、前記半導体分布ブラッグ反射鏡の反射率変化が急激に大きくならない範囲とした反射鏡であるような面発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムであって、該光通信システムは、前記レーザチップと該レーザチップを搭載する第１の基板と該第１の基板を搭載する第２の基板よりなるレーザモジュールと該モジュールを冷却する手段よりなることを特徴とする。
コンピュータ・ネットワーク、長距離大容量通信の幹線系など光ファイバ通信が期待されているレーザ発振波長が１．１μｍ帯〜１．７μｍ帯の分野において、動作電圧、発振閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も少なく安定した発振ができる面発光型半導体レーザおよびそれを用いた通信システムが存在しなかったが、本発明のように半導体分布ブラッグ反射鏡を工夫することにより、動作電圧、発振閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も少なく安定した発振ができ、また低コストで実用的な光通信システムが実現できた。さらに、このような光通信システムに使用するレーザモジュールを冷却するようにしたので、レーザ素子チップの発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
かかる発明によれば、半導体分布ブラッグ反射鏡を工夫することにより、動作電圧、発振閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も少なく安定した発振ができ、また低コストで実用的な光通信システムが実現できた。
請求項２は、レーザチップと、該レーザチップと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは、光を発生する活性層の主たる元素がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓからなる層、もしくはＧａ、Ｉｎ、Ａｓよりなる層とし、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡を構成する材料層の屈折率が小大異なる値に周期的に変化し、入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）とし、前記屈折率が大の材料層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）とし、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と大の間の値をとるＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｙ＜ｚ＜ｘ≦１）よりなるヘテロスパイク緩衝層を２０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さに設けた反射鏡であるような面発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムであって、該光通信システムは、前記レーザチップと該レーザチップを搭載する第１の基板と該第１の基板を搭載する第２の基板よりなるレーザモジュールと該モジュールを冷却する手段よりなることを特徴とする。
請求項３は、レーザチップと、該レーザチップと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは、発振波長が１．１μｍ〜１．７μｍであり、光を発生する活性層の主たる元素がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓからなる層、もしくはＧａ、Ｉｎ、Ａｓよりなる層とし、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡は反射波長が１．１μｍ以上で該反射鏡を構成する材料層の屈折率が小大異なる値に周期的に変化し、入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）とし、前記屈折率が大の材料層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）とし、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と大の間の値をとるＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｙ＜ｚ＜ｘ≦１）よりなるヘテロスパイク緩衝層を２０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さに設けた反射鏡であるような面発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムであって、該光通信システムは、前記レーザチップと該レーザチップを搭載する第１の基板と該第１の基板を搭載する第２の基板よりなるレーザモジュールと該モジュールを冷却する手段よりなることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項４は、レーザチップと該レーザチップと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチップは発振波長が１．１μｍ〜１．７μｍであり、光を発生する活性層の主たる元素がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓからなる層、もしくはＧａ、Ｉｎ、Ａｓよりなる層とし、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡は反射波長が１．１μｍ以上で該反射鏡を構成する材料層の屈折率が小大異なる値に周期的に変化し、入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）とし、前記屈折率が大の材料層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）とした反射鏡であり、前記活性層と前記反射鏡の間に主たる組成がＧａｘＩｎ１−ｘＰｙＡｓ１−ｙ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）層よりなる非発光再結合防止層を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チップを発光光源とした光通信システムであって、該光通信システムは、前記レーザチップと該レーザチップを搭載する第１の基板と該第１の基板を搭載する第２の基板よりなるレーザモジュールと該モジュールを冷却する手段よりなることを特徴とする。
コンピュータ・ネットワーク、長距離大容量通信の幹線系など光ファイバ通信が期待されているレーザ発振波長が１．１μｍ帯〜１．７μｍ帯の分野において、安定して使用できる長波長帯面発光半導体レーザおよびそれを用いた通信システムが存在しなかったが、本発明のように、非発光再結合防止層を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チップとすることにより安定した発振が可能となり、これを発光光源とした実用的な光通信システムが実現できた。
さらに、このような光通信システムに使用するレーザモジュールを冷却するようにしたので、レーザ素子チップの発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。かかる発明によれば、非発光再結合防止層を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チップとすることにより安定した発振が可能となり、これを発光光源とした実用的な光通信システムが実現できた。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
請求項５は、前記レーザチップの熱伝導率をＡ、前記第１の基板の熱伝導率をＢ、前記第２の基板熱伝導率をＣとするとき、それらの関係がＡ＜Ｂ＜Ｃとしたことも本発明の有効な手段である。かかる技術手段によれば、レーザモジュールを構成するレーザチップを初めとする各種基板の熱伝導率の大小関係を適切に選んだので、レーザチップで発生する熱が蓄積されることなく、効果的に移動／冷却できるようになった。よって発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項６は、前記レーザチップと第１の基板と第２の基板は互いの相対する面の中心線平均粗さＲａが、１０ｎｍ≦Ｒａ≦１０３ｎｍであることも本発明の有効な手段である。かかる技術手段によれば、レーザモジュールを構成するレーザチップを初めとする各種基板の互いに相対する面の表面粗さをコスト上昇が生じない範囲内で適切に選んだので、適切なコスト内で互いの基板の密着度を上げることができるようになった。よって互いの基板間が良好な密着できるようになったので、レーザチップで発生する熱が蓄積されることなく、効果的に移動／冷却できるようになった。その結果、発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
請求項７は、前記レーザチップと第１の基板と第２の基板はそれぞれの間に熱伝達層を介して密着させたことも本発明の有効な手段である。かかる技術手段によれば、レーザモジュールを構成するレーザチップを初めとする各種基板間を熱伝達層を介して密着積層したので、基板間の薄い空気層の介在をなくすことができた。よって、このような基板間の薄い空気層の介在によって、レーザチップで発生する熱の基板間移動が妨げられることなく、効果的に熱移動／冷却できるようになった。その結果、発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
請求項８は、前記第２の基板の第１の基板と密着していない部分の単位領域あたりの表面積を、密着している部分の単位領域あたりの表面積より大きくしたことも本発明の有効な手段である。かかる技術手段によれば、放熱効率が上がるように基板の単位領域あたりの表面積が大きくなるような構造としたので、熱交換面積が増え、効率良く冷却ができるようになった。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１〜３の発明によれば、半導体分布ブラッグ反射鏡を工夫することにより、動作電圧、発振閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も少なく安定した発振ができ、また低コストで実用的な光通信システムが実現できた。さらに、このような光通信システムに使用するレーザモジュールを冷却するようにしたので、レーザ素子チップの発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
また請求項４では、非発光再結合防止層を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チップとすることにより安定した発振が可能となり、これを発光光源とした実用的な光通信システムが実現できた。さらに、このような光通信システムに使用するレーザモジュールを冷却するようにしたので、レーザ素子チップの発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
また請求項５では、レーザモジュールを構成するレーザチップを初めとする各種基板の熱伝導率の大小関係を適切に選んだので、レーザチップで発生する熱が蓄積されることなく、効果的に移動／冷却できるようになった。よって発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
また請求項６では、レーザモジュールを構成するレーザチップを初めとする各種基板の互いに相対する面の表面粗さをコスト上昇が生じない範囲内で適切に選んだので、適切なコスト内で互いの基板の密着度を上げることができるようになった。よって互いの基板間が良好な密着できるようになったので、レーザチップで発生する熱が蓄積されることなく、効果的に移動／冷却できるようになった。その結果、発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
また請求項７では、レーザモジュールを構成するレーザチップを初めとする各種基板間を熱伝達層を介して密着積層したので、基板間の薄い空気層の介在をなくすことができた。よって、このような基板間の薄い空気層の介在によって、レーザチップで発生する熱の基板間移動が妨げられることなく、効果的に熱移動／冷却できるようになった。その結果、発熱によるレーザの閾値電流密度変動を低減でき、安定したレーザ発光が実現し、信頼性の高い光通信システムを実現できた。
また請求項８では、放熱効率が上がるように基板の単位領域あたりの表面積が大きくなるような構造としたので、熱交換面積が増え、効率良く冷却ができるようになった。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2002329928.tif 000001
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2002329928.tif 000002