(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、基板と垂直方向にレーザ光を発する発光部と、
前記基板上に形成され、前記発光部で発せられた光の一部を前記基板と水平方向に伝播させる光伝播部と、
前記光伝播部で伝播された光を前記発光部に向けて反射させる反射部とを備え、
前記基板上に、高屈折率層と低屈折率層の積層構造からなる第１の多層膜反射鏡、光を発することが可能な活性領域、および高屈折率層と低屈折率層の積層構造からなる第２の多層膜反射鏡が形成され、
前記発光部は、前記第１の多層膜反射鏡、前記活性領域および前記第２の多層膜反射鏡を含み、前記発光部は、前記第２の多層膜反射鏡の表面からレーザ光を出射し、
前記光伝播部は、前記第１の多層膜反射鏡、前記活性領域および前記第２の多層膜反射鏡を含み、
前記光伝播部は、発光部領域の等価屈折率よりも等価屈折率が小さい低等価屈折率領域と、前記低等価屈折率領域と前記反射部との間に配された前記低等価屈折率領域よりも等価屈折率が高い高等価屈折率領域とを含み、
前記低等価屈折率領域から前記光伝播部に漏洩された光は、前記第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡間で反射されながら進行し、かつ前記反射部によって反射されて前記低等価屈折率領域を介して前記発光部へ再注入される、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記低等価屈折率領域は、前記第２の多層膜反射鏡内に、前記基板と垂直方向に形成された溝を含む、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記発光部は、前記活性領域の近傍に電流狭窄層を含み、前記電流狭窄層は、選択的に酸化された酸化領域と当該酸化領域により周囲を囲まれた非酸化領域とを含み、前記非酸化領域は、前記酸化領域よりも高い等価屈折率を有し、
前記非酸化領域内に閉じ込められた光の一部が前記光伝播部に伝播される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
前記低等価屈折率領域は、前記非酸化領域内に形成される、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
前記反射部は、前記光伝播部の第１の多層膜反射鏡、活性領域および第２の多層膜反射鏡の側壁に形成される、請求項１ないし４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
前記第１の多層膜反射鏡は第１導電型を有し、前記第２の多層膜反射鏡は前記第１導電型と異なる第２導電型を有し、前記発光部は、前記第１の多層膜反射鏡に電気的に接続される第１の電極、および前記第２の多層膜反射鏡に電気的に接続される第２の電極を含み、前記第１および第２の電極に順方向バイアスの駆動信号が印加される、請求項１ないし５いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
基板上に形成され、基板と垂直方向にレーザ光を発する発光部と、
前記基板上に形成され、前記発光部で発せられた光の少なくとも一部を前記基板と水平方向に伝播させる光伝播部とを有し、
前記基板上に、高屈折率層と低屈折率層の積層構造からなる第１の多層膜反射鏡、光を発することが可能な活性領域、および高屈折率層と低屈折率層の積層構造からなる第２の多層膜反射鏡が形成され、
前記発光部は、前記第１の多層膜反射鏡、前記活性領域および前記第２の多層膜反射鏡を含み、
前記光伝播部は、前記第１の多層膜反射鏡、前記活性領域および前記第２の多層膜反射鏡を含み、
前記光伝播部は、発光部領域よりも等価屈折率が小さい低等価屈折率領域と、前記低等価屈折率領域に隣接しかつ前記低等価屈折率領域よりも等価屈折率が高い高等価屈折率領域とを含み、前記第２の多層膜反射鏡内の前記基板と垂直方向に延びる溝により前記低等価屈折率領域が形成され、前記発光部で発せられた光の一部は、前記低等価屈折率領域を介して前記高等価屈折率領域に伝播され、前記第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡間で反射されながら進行する面発光型半導体レーザと、
前記光伝播部で伝播される光の光量を調整するように駆動信号を印加する駆動信号印加手段と、
を備える光伝送装置。
【請求項８】
前記駆動信号は、伝播される光が吸収される逆バイアスの駆動信号である、請求項７に記載の光伝送装置。
【請求項９】
前記第１の多層膜反射鏡は第１導電型を有し、前記第２の多層膜反射鏡は第１導電型と異なる第２導電型を有し、
前記発光部は、前記第１の多層膜反射鏡に電気的に接続された第１の電極、および前記第２の多層膜反射鏡に電気的に接続された第２の電極を含み、前記第２の電極は前記第２の多層膜反射鏡の表面を覆うように形成され、
前記光伝播部は、前記第２の多層膜反射鏡に電気的に接続された第３の電極を含み、前記第３の電極に前記逆バイアスの駆動信号が印加され、前記光伝播部の前記第２の多層膜反射鏡の表面からレーザ光が出射される、請求項８に記載の光伝送装置。
【請求項１０】
前記発光部は、前記活性領域の近傍に電流狭窄層を含み、前記電流狭窄層は、選択的に酸化された酸化領域と当該酸化領域により周囲を囲まれた非酸化領域とを含み、前記非酸化領域は、前記酸化領域よりも高い等価屈折率を有し、
前記非酸化領域内に閉じ込められた光の一部が前記光伝播部に伝播される、請求項８または９に記載の光伝送装置。
【請求項１１】
前記低等価屈折率領域は、前記非酸化領域内に形成される、請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１２】
前記光伝播部はさらに、前記高等価屈折率領域に電気的に接続される第４の電極を含み、第４の電極に印加された順方向バイアスの駆動信号に応じて伝播されたレーザ光を増幅する、請求項８ないし１１いずれか１つに記載の光伝送装置。
【請求項１３】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載された面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザに駆動信号を印加する駆動信号印加手段と、
を備えた光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体レーザおよび光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光リンク伝送容量が加速度的に増加しており、〜１００Ｇｂｓ程度の高速伝送可能で低消費電力な光源が必要とされている。このような光源に面発光型半導体レーザを用いるためには、面発光型半導体レーザの変調速度をさらに高速にしなければならない。面発光型半導体レーザを高速変調する方法の１つに、基板上に面発光型半導体レーザと横導波路とをモノリシックに形成し、横導波路から面発光型半導体レーザに光を注入することで、面発光型半導体レーザの出射光をスイッチングまたは変調するものがある（特許文献１）。さらに、光伝送容量の増加は、面発光型半導体レーザの高出力化を必要とする。例えば、面発光型半導体レーザの光出射面に凹部によって囲まれた光閉じ込め領域を形成することで、モード数を削減し、高出力化が図られている（特許文献２）。
【０００３】
また、特許文献３は、モードロック端面発光型半導体レーザに関するものであるが、逆バイアス電圧を印加し変調要素の屈折率を変化させることで光を吸収する光吸収器セクションや、順方向バイアス電圧を印加することで光ゲインを発生する活性セクションを形成し、高速変調や高出力化を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２７４６４０号公報
【特許文献２】特開２００７−１８９０３３号公報
【特許文献３】特開２０１０−３９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、高速変調可能な面発光型半導体レーザおよびこれを用いた光伝送装置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】
【０００６】
請求項１は、基板上に形成され、基板と垂直方向にレーザ光を発する発光部と、前記基板上に形成され、前記発光部で発せられた光の一部を前記基板と水平方向に伝播させる光伝播部と、前記光伝播部で伝播された光を前記発光部に向けて反射させる反射部とを備え、前記基板上に、高屈折率層と低屈折率層の積層構造からなる第１の多層膜反射鏡、光を発することが可能な活性領域、および高屈折率層と低屈折率層の積層構造からなる第２の多層膜反射鏡が形成され、前記発光部は、前記第１の多層膜反射鏡、前記活性領域および前記第２の多層膜反射鏡を含み、前記発光部は、前記第２の多層膜反射鏡の表面からレーザ光を出射し、前記光伝播部は、前記第１の多層膜反射鏡、前記活性領域および前記第２の多層膜反射鏡を含み、前記光伝播部は、発光部領域の等価屈折率よりも等価屈折率が小さい低等価屈折率領域と、前記低等価屈折率領域と前記反射部との間に配された前記低等価屈折率領域よりも等価屈折率が高い高等価屈折率領域とを含み、前記低等価屈折率領域から前記光伝播部に漏洩された光は、前記第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡間で反射されながら進行し、かつ前記反射部によって反射されて前記低等価屈折率領域を介して前記発光部へ再注入される、面発光型半導体レーザ。
請求項２は、前記低等価屈折率領域は、前記第２の多層膜反射鏡内に、前記基板と垂直方向に形成された溝を含む、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３は、前記発光部は、前記活性領域の近傍に電流狭窄層を含み、前記電流狭窄層は、選択的に酸化された酸化領域と当該酸化領域により周囲を囲まれた非酸化領域とを含み、前記非酸化領域は、前記酸化領域よりも高い等価屈折率を有し、前記非酸化領域内に閉じ込められた光の一部が前記光伝播部に伝播される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項４は、前記低等価屈折率領域は、前記非酸化領域内に形成される、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項５は、前記反射部は、前記光伝播部の第１の多層膜反射鏡、活性領域および第２の多層膜反射鏡の側壁に形成される、請求項１ないし４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項６は、前記第１の多層膜反射鏡は第１導電型を有し、前記第２の多層膜反射鏡は前記第１導電型と異なる第２導電型を有し、前記発光部は、前記第１の多層膜反射鏡に電気的に接続される第１の電極、および前記第２の多層膜反射鏡に電気的に接続される第２の電極を含み、前記第１および第２の電極に順方向バイアスの駆動信号が印加される、請求項１ないし５いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項７は、基板上に形成され、基板と垂直方向にレーザ光を発する発光部と、前記基板上に形成され、前記発光部で発せられた光の少なくとも一部を前記基板と水平方向に伝播させる光伝播部とを有し、前記基板上に、高屈折率層と低屈折率層の積層構造からなる第１の多層膜反射鏡、光を発することが可能な活性領域、および高屈折率層と低屈折率層の積層構造からなる第２の多層膜反射鏡が形成され、前記発光部は、前記第１の多層膜反射鏡、前記活性領域および前記第２の多層膜反射鏡を含み、前記光伝播部は、前記第１の多層膜反射鏡、前記活性領域および前記第２の多層膜反射鏡を含み、前記光伝播部は、発光部領域よりも等価屈折率が小さい低等価屈折率領域と、前記低等価屈折率領域に隣接しかつ前記低等価屈折率領域よりも等価屈折率が高い高等価屈折率領域とを含み、前記第２の多層膜反射鏡内の前記基板と垂直方向に延びる溝により前記低等価屈折率領域が形成され、前記発光部で発せられた光の一部は、前記低等価屈折率領域を介して前記高等価屈折率領域に伝播され、前記第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡間で反射されながら進行する面発光型半導体レーザと、前記光伝播部で伝播される光の光量を調整するように駆動信号を印加する駆動信号印加手段と、を備える光伝送装置。
請求項８は、前記駆動信号は、伝播される光が吸収される逆バイアスの駆動信号である、請求項７に記載の光伝送装置。
請求項９は、前記第１の多層膜反射鏡は第１導電型を有し、前記第２の多層膜反射鏡は第１導電型と異なる第２導電型を有し、前記発光部は、前記第１の多層膜反射鏡に電気的に接続された第１の電極、および前記第２の多層膜反射鏡に電気的に接続された第２の電極を含み、前記第２の電極は前記第２の多層膜反射鏡の表面を覆うように形成され、前記光伝播部は、前記第２の多層膜反射鏡に電気的に接続された第３の電極を含み、前記第３の電極に前記逆バイアスの駆動信号が印加され、前記光伝播部の前記第２の多層膜反射鏡の表面からレーザ光が出射される、請求項８に記載の光伝送装置。
請求項１０は、前記発光部は、前記活性領域の近傍に電流狭窄層を含み、前記電流狭窄層は、選択的に酸化された酸化領域と当該酸化領域により周囲を囲まれた非酸化領域とを含み、前記非酸化領域は、前記酸化領域よりも高い等価屈折率を有し、前記非酸化領域内に閉じ込められた光の一部が前記光伝播部に伝播される、請求項８または９に記載の光伝送装置。
請求項１１は、前記低等価屈折率領域は、前記非酸化領域内に形成される、請求項１０に記載の光伝送装置。
請求項１２は、前記光伝播部はさらに、前記高等価屈折率領域に電気的に接続される第４の電極を含み、第４の電極に印加された順方向バイアスの駆動信号に応じて伝播されたレーザ光を増幅する、請求項８ないし１１いずれか１つに記載の光伝送装置。
請求項１３は、請求項１ないし６のいずれか１つに記載された面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザに駆動信号を印加する駆動信号印加手段と、を備えた光伝送装置。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、光の一部を基板と水平方向に伝播させる光伝播部を備えないものに比して、面発光型半導体レーザを高速変調することができる。また、光伝播部で伝播された光を反射させる反射部を備えないものに比して、光伝播部で伝播される光の光量の調整を容易に行うことができる。
請求項２の発明によれば、発光部と光伝播部とを同一基板上に形成しないものに比して、低屈折率領域の溝を容易に作成することができる。
請求項３の発明によれば、電流狭窄層により光閉じ込めと電流の狭窄を同時に行うことができる。
請求項４の発明によれば、非酸化領域内に閉じ込められた光の一部を高等価屈折率領域に導くことができる。
請求項５の発明によれば、光伝播部で伝播された光の光量の損失が生じないように効果的に反射させることができる。
請求項６の発明によれば、駆動信号に応じてレーザ光を変調させることができる。
請求項７の発明によれば、光の一部を基板と水平方向に伝播させる光伝播部を備えないものに比して、レーザ光が高速変調された光伝送装置を提供することできる。
請求項８の発明によれば、逆バイアスの駆動信号を印加しないものに比して、レーザ光を高速に変調させることができる。
請求項９の発明によれば、逆バイアスの駆動信号が印加される光伝播部を持たないものに比して、光の吸収を効果的に行うことができる。
請求項１０の発明によれば、電流狭窄層により光閉じ込めと電流の狭窄を同時に行うことができる。
請求項１１の発明によれば、非酸化領域内に閉じ込められた光を高等価屈折率領域に導くことができる。
請求項１２の発明によれば、順方向バイアスの駆動信号が印加される光伝播部を持たないものに比して、レーザ光の高出力化を図ることができる。
請求項１３の発明によれば、高速変調された光信号を伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの模式的な平面図とそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの等価屈折率と光閉じ込め分布を示す図である。
【図３】第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの光分布の計算結果を示すグラフである。
【図４】第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの周波数応答特性の計算結果を示すグラフである。
【図５】第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの信号特性の計算結果を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザの模式的な平面図とそのＢ−Ｂ線断面図である
【図７】第２の実施例に係る面発光型半導体レーザの光増幅量を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザを利用した光伝送装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザを利用した光伝送装置の一構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode、以下、ＶＣＳＥＬと称す）について図面を参照して説明する。また、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。
【実施例】
【００１０】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの模式的な平面図、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。同図に示すように、本実施例のＶＣＳＥＬ１０は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された上部および下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域１０４、活性領域１０４上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１０８を積層して構成される。図１(ａ)に示すＶＣＳＥＬ１０は、一方の端部が半円状であり、他方の端部が矩形状のポスト構造を有している。
【００１１】
ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、高屈折率層と低屈折率層の積層として、例えば、Ａｌ0.92Ｇａ0.08Ａｓ層とＡｌ0.16Ｇａ0.84Ａｓ層とのペアを複数積層する。各層の厚さは、λ／４ｎｒ（但し、λは発振波長、ｎｒは媒質の屈折率）であり、これらを交互に４０周期で積層する。ｎ型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０18ｃｍ-3である。
【００１２】
活性領域１０４の下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープＧａＡｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ0.３Ｇａ0.７Ａｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層である。
【００１３】
ｐ型の上部ＤＢＲ１０８は、高屈折率層と低屈折率層の積層として、例えば、Ａｌ0.92Ｇａ0.08Ａｓ層とＡｌ0.16Ｇａ0.84Ａｓ層とのペアを複数積層する。各層の厚さは、λ／４ｎｒであり、これらを交互に２４周期積層する。ｐ型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０18ｃｍ-3である。上部ＤＢＲ１０８の最下層もしくはその内部には、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層（またはＡｌＡｓ層）からなる電流狭窄層１０６が形成される。また、上部ＤＢＲ１０８の最上層に、ｐ型ＧａＡｓからなる不純物濃度が高い（例えば、１×１０1９ｃｍ-3）コンタクト層を形成するようにしてもよい。
【００１４】
電流狭窄層１０６は、下部ＤＢＲ１０２や上部ＤＢＲ１０８よりもＡｌ組成が高く、酸化工程において酸化が早く進む。図１（ａ）に示すようなポスト構造を酸化すると、ポスト構造の側壁から内部に向けて選択的に酸化された酸化領域１０６Ａ（図１（ｂ）のハッチングされた部分）と、酸化領域１０６Ａによって囲まれた非酸化領域１０６Ｂが形成される。非酸化領域１０６Ｂの平面形状は、ほぼポスト構造の平面形状を反映した形状となる。図１（ａ）に示す１０６Ｃは、酸化領域１０６Ａと非酸化領域１０６Ｂの境界を示している。好ましくは、非酸化領域１０６Ａの半円部分の直径Ｄ１は、基本横モード発振される程度の大きさである３ミクロン以下である。酸化領域１０６Ａの屈折率は、約１．７であり、非酸化領域（Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ）１０６Ｂの屈折率は、約３．０であり、屈折率の高い非酸化領域１０６Ｂ内に光を閉じ込めることが可能になる。また、非酸化領域１０６Ａは、導電領域であり、電極から注入されたキャリア密度を高め、それらを活性領域１０４に供給する機能を有する。
【００１５】
上部ＤＢＲ１０８上には、金属製の半円状のｐ側電極１１０が形成される。ｐ側電極１１０は、例えば、ＡｕまたはＴｉ／Ａｕなどを積層した金属から構成され、ｐ側電極１１０は、上部ＤＢＲ１０８と電気的に接続される。また、基板１００の裏面には、ｎ側電極１１２が形成される。
【００１６】
こうして、基板１００上には、垂直共振器構造をもつ発光部１３０が形成され、ｐ側電極１１０とｎ側電極１１２との間に順方向の駆動信号を印加することで、上部ＤＢＲ１０８の表面から基板と垂直方向にレーザ光が出射される。ここで順方向バイアスとは、半導体レーザ内のｐ型半導体層には正の電圧を、ｎ型半導体層には負の電圧を印加するものであり、逆方向バイアスとは、半導体レーザ内のｐ型半導体層には負の電圧を、ｎ型半導体層には正の電圧を印加するものである。但し、負の電圧は、接地電位（ＧＮＤ）を含む。
【００１７】
さらに本実施例では、発光部１３０の側部に光伝播部１４０がモノリシックに形成される。光伝播部１４０は、相対的に等価屈折率が小さい低等価屈折率領域１２０と、低等価屈折率領域１２０から導かれた光を伝播する高等価屈折率領域のスローライト部１２２とを有する。低等価屈折率領域１２０およびスローライト部１２２は、発光部１３０と実質的に同一の半導体層を用いて構成される。好ましくは、低等価屈折率領域１２０は、上部ＤＢＲ１０８内に基板と垂直方向に形成されたトレンチから構成される。このトレンチ１２０は、図１（ａ）に示す境界１０６Ｃの内側、すなわち発光部１３０で発生した光を閉じ込めた非酸化領域１０６Ｂに隣接するように形成される。本明細書中で用いられる等価屈折率とは、基板に対して垂直方向に積層している、屈折率の異なる半導体多層膜の実効的な屈折率（多層膜の屈折率を単層の屈折率とみなす）を、等価屈折率法によって求められたものを指す。
【００１８】
境界１０６Ｃ内に、トレンチ１２０を形成するのは、発光部１３０で発生された光の一部をスローライト部１２２に容易に導くためである。従って、トレンチ１２０は、発光部１３０の光を完全に閉じ込めるのではなく、その一部がスローライト部１２２に漏洩されるような位置、深さ、幅（Ｄ２）で形成される必要がある。トレンチ１２０の形状は問わないが、ここでは矩形状に形成される。本実施例では、発光部１３０の非酸化領域１０６Ｂの実質的な径Ｄ１を２μｍ、トレンチ１２０の幅Ｄ２を１μｍ、スローライト部１２２の距離Ｄ３を６μｍで形成している。
【００１９】
図２は、ＶＣＳＥＬ１０の等価屈折率と光閉じ込め分布の関係を示している。同図において、階段状の線が等価屈折率を示し、曲線は、光閉じ込め分布を表している。低等価屈折率ＮＬの領域Ｄ０（図１（ａ）を参照）は、発光部１３０の酸化領域１０６Ａに対応し、高等価屈折率ＮＨの領域Ｄ１は、非酸化領域１０６Ｂに対応し、低等価屈折率ＮＬの領域Ｄ２は、光伝播部１４０のトレンチ１２０に対応し、高等価屈折率ＮＨの領域Ｄ３は、光伝播部１４０のスローライト部１２２に対応する。
【００２０】
高低の等価屈折率となる領域Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が連続的に形成されることで、発光部１３０で発生された光の大部分は、領域Ｄ１に閉じ込められる。領域Ｄ１に閉じ込められる基本横モードの光Ｌｉｎはガウシアン分布となるが、トレンチ１２０（領域Ｄ２）は、光Ｌｉｎを完全に光を閉じ込めるのではなく、その裾野の一部の光をスローライト部１２２へ導く。発光部１３０において垂直共振されるレーザ光であっても、レーザ光には、垂直方向から若干の傾斜角を持つものが含まれる。このため、裾野の一部の光は、低等価屈折率の領域Ｄ２を介して高等価屈折率の領域Ｄ３へ導波される。スローライト部１２２に導かれた光は、スローライト部１２２内に閉じ込められた状態で、垂直共振器内を傾斜角の方向で共振されながら水平方向に伝播されるため、見かけ上、スローライト部１２２を水平方向に伝播する光の速度はゆっくりとしたものにみえる。
【００２１】
光伝播部１４０の発光部１３０と対向する端部には、光伝播部１４０で伝播された光量を調整する光量調整手段として光反射部１５０が設けられる。光反射部１５０は、例えばＳｉＯ２などの低屈折率の絶縁部材、金などの金属などによって構成される。下部ＤＢＲ１０２、活性領域１０４および上部ＤＢＲ１０８の側壁に光反射部１５０を形成することで、光量の大きな損失が生じないように反射させることが望ましい。光伝播部１４０内を伝播された光は、光反射部１５０により伝播して来た方向と反対の方向、すなわち発光部１３０へ向けて反射され、その光は、再び、発光部１３０へ注入される。
【００２２】
図３は、本実施例のＶＣＳＥＬの光分布の計算結果を示すグラフである。横軸は、距離（μｍ）、縦軸は、相対強度である。同図において、０−２μｍの範囲は、非酸化領域１０６Ｂの径Ｄ１に対応し、相対強度の大きなガウシアン分布のレーザ発振が生じる。２−３μｍの範囲は、トレンチ１２０の幅Ｄ２に対応し、ここでは、相対強度の小さな光が生じる。３−９μｍの範囲は、スローライト部１２２の距離Ｄ３に対応し、スローライト部１２２に閉じ込められて伝播するレーザ光を示している。
【００２３】
スローライト部１２２を伝播される光は、上記したように、下部ＤＢＲ１０２と上部ＤＢＲ１０８の間で反射されながら進行するため、スローライト部１２２の水平方向の距離Ｄ３が小さくとも、実際に光が走行する距離（光路長）は、その距離Ｄ３の数百倍に相当する。従って、光反射部１５０で反射されてスローライト部１２２内を往復する光の伝播時間Ｔは、あたかも光の速度が遅延されたのと同じような効果を有する。
【００２４】
ｐ側電極１１０とｎ側電極１１２に順方向バイアスの駆動信号を印加すると、発光部１３０で発振が生じ、上部ＤＢＲ１０８の表面から発振波長８５０ｎｍのレーザ光が出射される。この発振には、一定の内部ロスが存在する。また、発光部１３０で発生された光の一部が光伝播部１４０を水平方向に伝播され、光反射部１５０で反射された後に再び発光部１３０へ注入される。この伝播時間Ｔを経てレーザ光が再注入されることで、レーザ光量が増加し、伝播時間Ｔに応じた周波数での変調が容易になる。伝播時間Ｔは、スローライト部１２２の幾何学的な構成、すなわちスローライト部１２２の距離Ｄ３、および上下のＤＢＲの半導体層のペア数の関数となるため、スローライト部１２２を適宜調整することで、ＶＣＳＥＬ１０の高速変調が可能になる。
【００２５】
図４は、本実施例のＶＣＳＥＬと従来構造のＶＣＳＥＬの周波数応答特性の計算結果を比較するグラフである。縦軸は、応答（ｄＢ）、横軸は変調周波数（ＧＨｚ）である。信号強度の低下が−３ｄＢまで許容されるとした場合、従来の光伝播部を備えていない構造のＶＣＳＥＬでは、変調周波数が約２５ＧＨｚであるのに対し、本実施例のＶＣＳＥＬ１０では、変調周波数が約３５ＧＨｚまで向上させることができる。
【００２６】
図５は、本実施例のＶＣＳＥＬと従来構造のＶＣＳＥＬの信号特性の計算結果を比較するアイパターンを示している。伝送条件として、２８−１のワード長をもつ擬似ランダム信号ＰＲＢＳを４０Ｇｂｐｓで送信したときの例である。同図（ａ）に示す従来構造のＶＣＳＥＬのアイパターンに比べて、同図（ｂ）に示す本実施例のＶＣＳＥＬのアイパターンの品質が優れていることがわかる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図６は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａの模式的な平面図とそのＢ−Ｂ線断面図を示している。なお、第１の実施例と等価な構成については同一参照番号を付してある。
【００２８】
第１の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０は直接変調されるものであるのに対し、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａは、外部変調されるものである。図６に示すように、ＶＣＳＥＬ１０Ａは、第１の実施例と同様に、基板１００上に形成された、活性領域１０４を挟む下部ＤＢＲ１０２および上部ＤＢＲ１０８により発光部１３０Ａを構成するが、第２の実施例発光部１３０Ａは、ｐ側電極１１０Ａが上部ＤＢＲ１０８の光出射表面を覆っている点が異なる。発光部１３０Ａのｐ側電極１１０Ａとｎ側電極１１２との間には、常時、順方向バイアスの駆動電圧が印加され、これにより発生された光は、ｐ側電極１１０Ａによって反射されるため、より多くの光が光吸収部２００へ導かれる。
【００２９】
光吸収部２００は、発光部１３０Ａの側部にモノリシックに形成される。光吸収部２００は、第１の実施例のときと同様に発光部１３０Ａで発生された光の一部をスローライト部１２２Ａに導波するためのトレンチ１２０と、導波されたレーザ光を伝播させながらレーザ光の選択的な吸収を行うスローライト部１２２Ａとを有する。トレンチ１２０の深さは、第1の実施例のときよりも浅く形成される。
【００３０】
第２の実施例のスローライト部１２２Ａは、図６（ａ）に示すように、上部ＤＢＲ１０８上に形成された１対のｐ側の駆動電極２１０を有する。駆動電極２１０は、スローライト部２１２Ａの上部ＤＢＲ１０８と電気的に接続され、ｐ型駆動電極２１０とｎ側電極１１２との間には、逆バイアスの駆動パルス信号が印加される。スローライト部１２２Ａに逆バイアス電圧が印加されると、活性領域１０４の屈折率が変化しそこを通る光が吸収される。このような光の吸収原理は、電界吸収型（Electro Absorption）の変調器として知られており、ＥＡ変調器は、半導体ヘテロ結合で形成された量子井戸に電界を印加すると、吸収端が長波長側にシフトする性質を用いて変調を行う。
【００３１】
発光部１３０Ａから横方向に導き出されたレーザ光Ｌｍは、スローライト部１２２Ａの下部ＤＢＲ１０２から上部ＤＢＲ１０８の垂直共振器内を反射されながら水平方向に伝播される。このため、スローライト部１２２Ａの水平方向の距離Ｄ３が小さいものであっても、レーザ光Ｌｍは、その距離の数百倍に相当する回数で活性領域１０４を通過し、レーザ光Ｌｍがより効果的に吸収される。これにより、光吸収部２００の上部ＤＢＲ１０８の表面（境界１０６Ｃに相当するエリア）から、駆動パルス信号の周波数ｆに応じてスイッチングまたは変調されたレーザ光Ｌｎが出射される。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。第２の実施例では、スローライト部１２２Ａに逆バイアスの駆動パルス信号を印加することで光を吸収する例を示したが、第３の実施例は、スローライト部１２２Ａに順方向の駆動電圧を印加することで、発光部１３０Ａから導波されたレーザ光Ｌｍを増幅する。図６に示した光吸収部２００を、第３の実施例では光増幅部２２０と称する。光増幅器２２０は、半導体光増幅器（（Semiconductor Optical Amplifier: SOA）として知られている。
【００３３】
ｐ側駆動電極２１０とｎ側電極１１２との間に順方向バイアスの駆動電圧を印加すると、電極からキャリアが注入され、光増幅器２２０内のレーザ光のゲインが増幅される。発光部１３０から注入されたレーザ光Ｌｍは、スローライト部１２２Ａの垂直共振器内を反射されながら水平方向に伝播されるため、活性領域１０４を何度も通過し、その結果、レーザ光Ｌｍのゲインが増幅され、スローライト部１１２Ａの上部ＤＢＲ１０８の表面から高出力のレーザ光Ｌｎが出射される。
【００３４】
図７は、第３の実施例の光増幅器の光増幅量を示すグラフである。縦軸は利得、横軸は電流密度である。図から明らかにように、電流密度が増加すると、利得が増加することが分かる。つまり、光増幅部２２０からのキャリアからの注入量が増加すると、利得が増加する。
【００３５】
上記した第２および第３の実施例は、発光部１３０Ａの側部に光吸収部２００および光増幅部２２０を個々に形成するものであるが、発光部１３０Ａの側部に、光吸収部２００および光増幅部２２０の双方を形成することも可能である。例えば、発光部１３０Ａから注入されたレーザ光Ｌｍを光増幅部２２０において一定のゲインで増幅し、増幅されたレーザ光を光吸収部２００において選択的に吸収（変調）してもよい。また、これとは反対に、発光部１３０Ａから注入された光を光吸収部２００において選択的に吸収（変調）し、変調されたレーザ光を光増幅部２２０で増幅するようにしてもよい。光吸収部２００と光増幅部２２０の双方を設ける場合には、それぞれ別個にｐ側の駆動電極を形成する必要がある。
【００３６】
図８は、本実施例のＶＣＳＥＬを用いた光伝送装置の構成を示すブロック図である。本実施例の光伝送装置３００は、発光部１３０／１３０Ａを駆動するための順方向バイアスの駆動信号Ｓ１、光吸収部２００を駆動するための逆バイアスの駆動信号Ｓ２、および光増幅器２２０を駆動するための順方向バイアスの駆動信号Ｓ３を生成する駆動部３１０を備える。勿論、第１の実施例のＶＣＳＥＬ１０を駆動する場合には、駆動信号Ｓ２、Ｓ３は不要であり、第２の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ａを駆動する場合には、駆動信号Ｓ３は不要である。
【００３７】
図９は、本実施例の光伝送装置の一構成例を示す断面図である。光伝送装置４００は、ＶＣＳＥＬ１０／１０Ａや駆動部３１０が形成された電子部品４１０を搭載する金属ステム４２０を含み、ステム４２０が中空キャップ４３０で覆われ、キャップ４３０の中央にボールレンズ４４０が固定されている。ステム４２０にはさらに円筒状の筐体４５０が取り付けられ、筐体４５０の端部にフェルール４６０を介して光ファイバ４７０が固定される。電子部品４１０から変調されたレーザ光は、ボールレンズ４４０によって集光され、その光は、光ファイバ４７０に入射され、送信される。なお、ボールレンズ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いることができる。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。上記実施例では、ＡｌＧａＡｓの化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬを例示したが、これ以外のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を用いたＶＣＳＥＬであってもよい。さらに、上記実施例中のＶＣＳＥＬのポスト構造等の形状は例示であって、これ以外の形状であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０：面発光型半導体レーザ                １００：ＧａＡｓ基板
１０２：下部ＤＢＲ                        １０４：活性領域
１０６：電流狭窄層                        １０６Ａ：酸化領域
１０６Ｂ：非酸化領域                      １０６Ｃ：境界
１０８：上部ＤＢＲ                        １１０：ｐ側電極
１１２：ｎ側電極                          １２０：トレンチ（溝）
１２２、１２２Ａ：スローライト部          １３０、１３０Ａ：発光部
１４０：光伝播部                          １５０：光反射部
２００：光吸収部                          ２１０：ｐ側駆動電極
２２０：光増幅部
【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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