(57)【要約】【目的】  面発光型半導体レーザの主たる光路上にフォトダイオードを形成することにより発生する、フォトダイオードからの戻り光による面発光型半導体レーザの動作不安定性を防止する光装置を提供する。【解決手段】  面発光型半導体レーザ１１９は、基板１０１の法線方向に垂直な光共振器構造を持っている。基板１０１と平行な方向には、光を閉じ込め、反射するミラー構造がないため、垂直共振器中で往復している光の一部は、漏れ光として側面方向に出射され、凸レンズ形状を有する第１光学系１１７に入射する。第１光学系１１７により、屈折、反射された漏れ光はフォトダイオード１２０のｉ形ＧａＡｓ層１０３に導かれ、面発光型半導体レーザ１１９の光強度は、フォトダイオード１２０の電流値に変換される。この電流値を元に面発光型半導体レーザ１１９の動作を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザの活性層から、主たる光の出射光と略垂直方向に発せられる漏れ光の、少なくとも一部を受信し、光強度に対応した信号を出力する光センサと、を備えることを特徴とする光装置。
【請求項２】
前記漏れ光を前記光センサに導くための第１光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の光装置。
【請求項３】
前記光センサと前記面発光型半導体レーザとは同一基板上に作られていることを特徴とする請求項１または２に記載の光装置。
【請求項４】
前記光センサは、前記面発光型半導体レーザの周辺を囲うように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光装置。
【請求項５】
前記面発光型半導体レーザの主たる光の出射光と略垂直方向に発せられる漏れ光の光強度に対応した、前記光センサから出力された信号を用いて前記面発光型半導体レーザの光出力を制御する機構を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光装置。
【請求項６】
前記光センサは、前記光装置の外部から送信されてくる、強度変調された光の受信部を兼ねていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記光装置と、前記光装置と外部光源と光学的に結合させるための第２光学系とを備え、
前記面発光型半導体レーザから、前記第２光学系を通して前記光装置への光信号を送信するのと同時並行で、前記第２光学系を通して前記光装置に入射された光信号を前記光センサにより受信し、前記光センサにより受信された信号と、前記面発光型半導体レーザに加えられた駆動電流情報とを演算し、前記面発光型半導体レーザを駆動している前記電流情報と関連付けられている前記光信号成分を除去する処理を行なうことで、外部から与えられた光信号を取り出す工程と、を行なうことを特徴とする光通信方法。
【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から出射された光の一部をモニタ光として受光する光装置、及び光通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、光通信などの用途に対してその活用が期待されている。特に、面発光型半導体レーザは、例えば１ｍＡという低い閾値でレーザ発振が行なえることや、発光面の面積が端面発光型半導体レーザよりも広いことや、光ファイバ等の光学系とのカップリング性が良いといった利点を有していることから、中短距離での光通信に適していると言われている。
【０００３】
面発光型半導体レーザの駆動回路には、例えば、雰囲気温度の変化や、面発光型半導体レーザそのものが持つばらつきを補正して、光強度の平均値を所定の値に保つ装置が用いられている。
【０００４】
これは、面発光型半導体レーザからの光の一部を光センサに与えて光電変換し、この光電変換された信号を、面発光型半導体レーザを駆動する電流にフィードバックし、光センサからの電流強度の平均値が所定の値となるよう、面発光型半導体レーザを駆動する電流を制御する装置である。
【０００５】
面発光型半導体レーザの発光強度の平均値を所定の値に保つために、面発光型半導体レーザからの光の一部を取り出すための構造として、ガラス等からなる透過面を面発光型半導体レーザの光の出射方向に対して斜めに傾けたカンパッケージを用いるものがある。
【０００６】
このようなカンパッケージを用いて、カンパッケージのガラス等からなる透過面からの反射光を用いて、面発光型半導体レーザの出射光の一部をフォトダイオード等の受光手段に入力し光電変換して、この光電変換した値の平均値が一定となるように制御する方法が知られている。
【０００７】
また、特許文献１に示すように、面発光型半導体レーザの出射面にフォトダイオードを重ねて形成することで、面発光型半導体レーザの光を一部吸収させる構造が知られている。
【０００８】
また、特許文献２に示すように、レーザダイオードからの光の一部を抽出し光電変換した後、ＡＤ変換を行ない、レーザダイオードの光出力の平均値ではなく、レーザダイオードの光出力の微分量子効率を制御する構造が知られている。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２５１８２８号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】特開平５−９５１４６号公報（第３〜７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、光ファイバと面発光型半導体レーザを光結合させる場合、面発光型半導体レーザの光路上に斜めに傾けた透過面を挟まなかった場合と比べ、斜めに傾けた透過面を挟んだ場合には光ファイバと面発光型半導体レーザとの距離が大きくなるため、光ファイバと面発光型半導体レーザとの光の結合効率を上げることが困難になるという問題を有している。
【００１１】
また、特許文献１にあるように、面発光型半導体レーザの出射面にフォトダイオードを重ねて形成することで、面発光型半導体レーザの光を一部吸収させる構造では、面発光型半導体レーザの出射面にフォトダイオードを形成することになるため、フォトダイオードからの戻り光が面発光型半導体レーザに入ることとなり、面発光型半導体レーザの動作が不安定になるおそれがある。
また、特許文献２にあるように、レーザダイオードの光出力の微分量子効率を制御する方法では、綿密な信号処理が可能となる反面、演算時間が大きくなってしまい、高速のデジタル変調が行なわれている光通信システムへの適用が困難であるという問題点を有している。
【００１２】
そこで本発明は、光路長を大きくしてしまう、斜めに設置した光の透過面からの反射光を用いることなく、また、戻り光によりレーザ発振状態に影響を与えるおそれがある、面発光型半導体レーザの主たる光路上のフォトダイオードを設置することなく、面発光型半導体レーザの発光強度の平均値を所定の値に保つために面発光型半導体レーザからの光の一部を取り出せる構造を有する光装置、及びこの光装置を用いた光通信方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の光装置は、面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザの活性層から、主たる光の出射光と略垂直方向に発せられる漏れ光の、少なくとも一部を受信し、光強度に対応した信号を出力する光センサと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、面発光型半導体レーザの主たる光の出射光と略垂直方向に光センサを配置するため、面発光型半導体レーザに戻り光雑音を発生させることなく面発光型半導体レーザの光強度をモニタすることができる。
【００１５】
また、上記した本発明の光装置は、前記漏れ光を前記光センサに導くための第１光学系を有することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、光の反射・屈折を用いて漏れ光を光センサに導くことができるため、光センサの向きを、面発光型半導体レーザの漏れ光の向きによる制約を受けずに光センサの受光面を形成することができる。
【００１７】
また、上記した本発明の光装置は、前記光センサと前記面発光型半導体レーザとは同一基板上に作られていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、光センサを別の基板に作成し、面発光型半導体レーザの近傍に実装する工程等が省略できる。
【００１９】
また、上記した本発明の光装置は、前記光センサは、前記面発光型半導体レーザの周辺を囲うように形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、面発光型半導体レーザの側面からの漏れ光を効率良く収集することが可能となる。
【００２１】
また、上記した本発明の光装置は、前記面発光型半導体レーザの主たる光の出射光と略垂直方向に発せられる漏れ光の光強度に対応した、前記光センサから出力された信号を用いて前記面発光型半導体レーザの光出力を制御する機構を設けたことを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、面発光型半導体レーザの雰囲気温度等の変動による光出力変動を抑制することができる。
【００２３】
また、上記した本発明の光装置は、前記光センサは、前記光装置の外部から送信されてくる、強度変調された光の受信部を兼ねていることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、光センサを増設することなく外部からの光信号を受信することができる。
【００２５】
また、上記した本発明の光通信方法は、前記光装置と、前記光装置と外部光源と光学的に結合させるための第２光学系とを備え、前記面発光型半導体レーザから、前記第２光学系を通して前記光装置への光信号を送信するのと同時並行で、前記第２光学系を通して前記光装置に入射された光信号を前記光センサにより受信し前記光センサにより受信された信号と、前記面発光型半導体レーザに加えられた駆動電流情報とを演算し、前記面発光型半導体レーザを駆動している前記電流情報と関連付けられている前記光信号成分を除去する処理を行なうことで、外部から与えられた光信号を取り出す工程と、を行なうことを特徴とする。
【００２６】
この光通信方法を用いることで、送信と受信を同時並行して行なう全二重通信を行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態の説明に用いた各図では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００２８】
＜実施形態１＞
１．光装置の構成
１−１．フォトダイオードの構成
図１は、本発明を適用した実施形態１に係る光装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す光装置を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ´線における位置で切った断面図である。
【００２９】
フォトダイオード１２０は、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２、ｉ形ＧａＡｓ層１０３、ｐ形ＧａＡｓ層１０４の３層からなるｐｉｎ構造を有している。フォトダイオード１２０の構成要素であるｐ形ＧａＡｓ層１０４上には、後述する面発光型半導体レーザ１１９の形成に必要な層が積層されているが、フォトダイオード１２０の上部では、これらの層はエッチングにより取り除かれている。また、フォトダイオード１２０の周辺部には、フォトダイオード１２０の寄生容量を削減するため、溝状の分離領域１１８が形成されている。
【００３０】
また、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２は、フォトダイオードのｎ形ＰＤ電極１１４が備えられている。ｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２には、アルミニウムが添加されていないため、フォトダイオード１２０のｎ形ＰＤ電極１１４とオーム性接合が取りやすくなっている。なお、基板１０１にｎ形ＧａＡｓを使う場合には、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２を省略し基板１０１をｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２の代替品として用いても良い。
【００３１】
フォトダイオード１２０の入射面１２２上には、バンクを形成するための窒化珪素層１１５が備えられている。そして、フォトダイオード１２０のｐ形ＰＤ電極１１２は、フォトダイオード１２０の入光面の中心方向に向かって、窒化珪素層１１５よりも内側にまで張り出しており、フォトダイオード１２０のｐ形ＰＤ電極１１２が形成されている。
【００３２】
フォトダイオード１２０の入射面１２２脇に形成されたバンク内には、凸レンズ構造を持つ第１光学系１１７が備えられており、後述する面発光型半導体レーザ１１９の側面から出射される漏れ光をフォトダイオード１２０の入射面１２２上に導く機能を有している。
【００３３】
１−２．面発光型半導体レーザの構成
図１を用いて、面発光型半導体レーザ１１９の構成について説明する。
【００３４】
面発光型半導体レーザ１１９は、フォトダイオード１２０に用いる膜を全て積層した上に形成される。
【００３５】
ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの半導体多層膜からなる分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）である第１ミラー層１０５と、ＧａＡｓウェル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０６と、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの半導体多層膜からなる分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）である第２ミラー層１０７と、電極金属とコンタクトを取るためのｎ形ＧａＡｓコンタクト層１０８と、が順次積層されている。
【００３６】
柱状部１２３は、積層後、基板１０１の法線方向から見て円形となるような形状が与えられている。そして、第２ミラー層１０７中には、第２ミラー層１０７を構成する層のうち活性層１０６に近い領域に、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化することにより得られる電流狭窄層１１０が備えられている。電流狭窄層１１０は、基板１０１の法線方向から上から見てリング状に、かつ円柱状の構造と同軸状の形状を持っている。
【００３７】
ポリイミド層１０９は、この柱状部１２３を包むように構成されている。なおポリイミド層１０９は、面発光型半導体レーザ１１９のｐ形ＬＤ電極１１１を形成する部分についてはポリイミド層１０９を除去しておき、ｐ形ＧａＡｓ層１０４上にｐ形ＬＤ電極１１１を配置する。
【００３８】
第１ミラー層１０５は、例えば炭素（Ｃ）などがドーピングされることによりｐ型にされ、第２ミラー層１０７は、例えばケイ素（Ｓｉ）などがドーピングされることによりｎ型にされている。
【００３９】
面発光型半導体レーザ１１９の出射面１２１の周辺には、バンクを形成するための窒化珪素層１１５を有しており、面発光型半導体レーザ１１９のｎ形ＬＤ電極１１３は、面発光型半導体レーザ１１９の出光面の中心方向に向かって、窒化珪素層１１５よりも内側にまで張り出しており、面発光型半導体レーザ１１９のｎ形ＬＤ電極１１３を形成している。
【００４０】
バンク内に形成された凸レンズ１１６は、面発光型半導体レーザ１１９から出射されたレーザ光の広がりを抑え、例えば光ファイバ等との光結合率を上昇させる機能を有している。
ｐ形ＧａＡｓ層１０４上に形成されるｐ形ＰＤ電極１１２、ｎ形ＬＤ電極１１３には、金と亜鉛の合金層上に金の層を形成した複層膜を用いる。また、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２上に形成されるｎ形ＰＤ電極１１４、ｎ形ＬＤ電極１１３には、金とゲルマニウムの合金層上に金の層を形成した複層膜を用いる。
【００４１】
１−３．光装置の動作
まず、図１を用いて、面発光型半導体レーザ１１９からの光をフォトダイオード１２０で受光するための手段について説明する。
【００４２】
面発光型半導体レーザ１１９は、基板１０１の法線方向に垂直な光共振器構造を持っており、面発光型半導体レーザ１１９の出射面１２１から大部分の光は出力されるが、出射面１２１近傍の場所に光センサ（図示せず）を配置した場合、面発光型半導体レーザ１１９に光センサからの戻り光雑音が発生し、面発光型半導体レーザ１１９の信号品位が低下するおそれがあり、好ましくない。
また、光の出射面１２１と対向する第１ミラー層１０５の光反射率は、略１００％と扱える反射率を持っているため、ここから、光を取り出すことは困難である。しかしながら、基板１０１と平行な方向には、光を閉じ込め、反射するミラー構造がないため、垂直共振器中で往復している光の一部は、漏れ光として側面方向に出射される。
【００４３】
側面方向に出射された漏れ光は、基板と略水平な方向に光軸を持っており、凸レンズ形状を有する第１光学系１１７に入射する。第１光学系１１７により、屈折、反射された漏れ光はフォトダイオード１２０の光電変換部となるｉ形ＧａＡｓ層１０３に導かれる。
【００４４】
フォトダイオード１２０には必要に応じ、より高速応答を可能にするための逆バイアスが掛けられており、ｉ形ＧａＡｓ層１０３に漏れ光が入射すると、光励起によりｉ形ＧａＡｓ層１０３中にホールと電子が発生し、このホールと電子により電流が発生する。そのため、電流強度はｉ形ＧａＡｓ層１０３に浸入してきた光強度に比例する。つまり、フォトダイオード１２０に流れる電流の大きさで光強度を知ることができる。そのため、面発光型半導体レーザ１１９の出射光量に対応した電流が得られ、この電流を元に面発光型半導体レーザ１１９の動作を制御することができる。
【００４５】
１−４．光装置の製造方法
図１及び図２に示す光装置１００の製造工程について、図３〜図１３を参照して説明する。図３から図１３はそれぞれ図１〜図２に示す光装置１００の一製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【００４６】
まず、図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させ、多層構造を形成する。膜の構成は基板側から順に、フォトダイオード１２０（図１参照）を形成するための層として、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２、ｉ形ＧａＡｓ層１０３、ｐ形ＧａＡｓ層１０４を形成する。
【００４７】
次に、面発光型半導体レーザ１１９を形成するための層として、ｐ形ＧａＡｓ層１０４上にｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１ミラー層１０５と、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０６と、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー層１０７と、ｎ形ＧａＡｓコンタクト層１０８からなる。これらの層を順に基板１０１上に積層させて、半導体膜の多層構造を形成する工程を行なう。
【００４８】
なお、第２ミラー層１０７を成長させる際に、活性層１０６近傍の少なくとも１層がＡｌＡｓ層またはＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層に形成される。この層は後に酸化され、電流狭窄層となる（図７参照）。  また、エピタキシャル成長を行なう際の温度は、成長方法や原料、基板１０１の種類、第１ミラー層１０５、活性層１０６、第２ミラー層１０７、ｎ形ＧａＡｓコンタクト層１０８の組成、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行なう際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長法（MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）や、ＭＢＥ法（Molecular Beam Epitaxy）、あるいはＬＰＥ法（Liquid Phase Epitaxy）を用いることができる。
【００４９】
次に、図４に示すように、柱状部１２３を形成する。柱状部１２３の形成手段は公知のフォトリソグラフ工程と公知のドライエッチング工程を用いている形成している。
【００５０】
次に、図５に示すように、分離領域１１８を形成するためのレジスト層５０１を形成する工程を行なう。具体的には、まずフォトレジスト（図示せず）を塗布した後、フォトリソグラフィ法により該フォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層５０１を形成する。
【００５１】
次に、図６に示すように、レジスト層５０１をマスクとして、例えばドライエッチング法により、ｎ形ＧａＡｓコンタクト層１０８、第２ミラー層１０７、活性層１０６、および第１ミラー層１０５、ｐ形ＧａＡｓ層１０４の一部をエッチングした後、レジスト層５０１を除去する工程を行なう。この工程により分離領域１１８が形成される。
【００５２】
次に、図７に示すように、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部１２３が形成された基板１０１を投入し、前述の第２ミラー層１０７中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化することで、電流狭窄層１１０を形成する工程を行なう。
【００５３】
酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層（前記Ａｌ組成が高い層）のＡｌ組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層を備えた面発光型半導体レーザでは、駆動する際に、電流狭窄層が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。したがって、酸化によって電流狭窄層１１０を形成する工程を行なうことで電流狭窄層１１０の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【００５４】
次に、図８に示すように、面発光型半導体レーザ１１９の柱状部１２３の側面を絶縁物質で覆う工程を行なう。なお、ここでは、絶縁物質を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。
【００５５】
例えばスピンコート法を用いて、柱状部１２３を覆うようにポリイミド樹脂前駆体（図示せず）を塗布した後、イミド化させて、ポリイミド層１０９を形成する工程を行なう。前記樹脂前駆体の塗布方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、インクジェット法等の公知技術を利用することができる。次に、ポリイミド層１０９にフォトレジスト（図示せず）を塗布した後、フォトリソグラフィ法により該フォトレジストを柱状部１２３上部分及びフォトダイオード１２０部分及び面発光型半導体レーザ１１９のアノード電極となる部分を抜くようにパターニングされたレジスト層８０１を形成する工程を行なう。
【００５６】
次に、レジスト層８０１をマスクとして、例えばドライエッチング法によりポリイミド層１０９をエッチングする。その後、レジスト層８０１を除去する工程を行なう。
【００５７】
レジスト層８０１を除去した後、窒化珪素層１１５をＣＶＤ法（ Chemical Vapor Deposition）で成膜し、電気的なコンタクトを取る領域の窒化珪素層１１５を公知のフォトリソグラフ工程とドライエッチングにより除去する。図９は、電気的なコンタクトを取る領域と、面発光型半導体レーザ１１９の出射面１２１、フォトダイオード１２０の入射面１２２の窒化珪素層１１５を取り除いた後の工程断面図である。なお、窒化珪素層１１５は後述する凸レンズ１１６、第１光学系１１７を形成するためのバンクとしても機能している。
【００５８】
次に、電極を形成する。ｐ形ＧａＡｓ層１０４上に形成されるｐ形ＰＤ電極１１２、ｎ形ＬＤ電極１１３には、金と亜鉛の合金層上に金の層を形成した複層膜を形成する。電極の形成方法としては、リフトオフ法を用いる。また、ｎ形ＬＤ電極１１３、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２上に形成されるｎ形ＰＤ電極１１４には、金とゲルマニウムの合金層上に金の層を形成した複層膜を形成する。電極の形成方法としては、リフトオフ法を用いる。電極を形成した後、半導体層と電極とを馴染ませるためのアニールを行なう。アニール温度は、電極材料に依存するが、これらの電極材料を用いたときには４００℃程度の温度でアニールを行なう。図１０は、アニールを終了した後の工程断面図である。ｐ形ＰＤ電極１１２はフォトダイオード１２０の入射面１２２を取り囲むように形成され、ｎ形ＬＤ電極１１３は面発光型半導体レーザ１１９の出射面１２１を取り囲むように形成されている。
【００５９】
次に、面発光型半導体レーザ１１９から出射された漏れ光をフォトダイオード１２０で検知するための凸レンズ構造を持つ第１光学系１１７を形成する。
【００６０】
図１１は、フォトダイオード１２０の入射面１２２上に第１光学系１１７を形成する工程の模式図である。液状の光学部前駆体１１０１がインクジェットヘッド１１０２のノズル１１０３からフォトダイオード１２０の入射面１２２上に光学部前駆体１１０１を吐出する工程が示されている。光学部前駆体１１０１は、エネルギーを付加することによって硬化可能な性質を有している。
【００６１】
液状の光学部前駆体１１０１を吐出する方法としては、例えば、ディスペンサ法またはインクジェット法が挙げられる。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴を吐出する場合に有効である。また、インクジェット法は、インクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμｍオーダーの単位で制御が可能である。また、吐出する液滴の量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができる。これにより、フォトダイオードの入射面１２２上に、面発光型半導体レーザ１１９から発せられた漏れ光を効率よく集光できる第１光学系１１７を得ることができる。なお、この工程で、面発光型半導体レーザ１１９の出射面１２１上にも同じ材質で凸レンズ前駆体１１０４を形成する。
【００６２】
最後に、液状の光学部前駆体１１０１により所望の構造を形成した後、エネルギーとして紫外線を照射することで、液状の光学部前駆体１１０１を硬化させ、凸レンズ１１６と第１光学系１１７が形成され、光装置１００が得られる。図１２は、これらの工程を経て作られた光装置の断面図である。
【００６３】
これらの工程を用いることで、フォトダイオード１２０と、面発光型半導体レーザ１１９とを同一基板上に形成することができるため、光学的な位置合わせなどの作業を行なうことなくフォトダイオード１２０と面発光型半導体レーザ１１９とを同時に形成することができる。
【００６４】
＜変形例１＞
実施形態１で説明した光装置１００に関して、フォトダイオード１２０の形状を変えて形成した変形例１について説明する。
【００６５】
図１３は、フォトダイオード１２０を、面発光型半導体レーザ１１９を包むように配置して形成したものである。面発光型半導体レーザ１１９からの漏れ光は光強度が弱いため、受光信号が小さくなり、光信号に対してＳＮ比が低下するおそれがある。そこで、面発光型半導体レーザ１１９を包むようにフォトダイオード１２０を形成することで、面発光型半導体レーザ１１９の漏れ光を効率的に受光し、光信号を多く受けることができる。そのためＳＮ比の高い信号が得られ、光強度のモニタを精密に行なうことができるようになる。
【００６６】
次に、本実施形態の効果について記述する。
【００６７】
（１）面発光型半導体レーザ１１９の活性層１０６からの、横方向からの漏れ光を受光するため、主たる光の出射面１２１上にフォトダイオード１２０等の光センサを置く必要がなくなる。そのため、フォトダイオード１２０等の光センサからの戻り光に起因するレーザ発振の乱れを防ぐことができる。
【００６８】
また、主たる光の出射面１２１から光信号を得る必要がなくなるため、光の反射部を設置するために必要な空間が不要となり、光ファイバと面発光型半導体レーザとの距離を小さくできる。そのため、光ファイバと面発光型半導体レーザとの光の結合効率を向上させることができる。
【００６９】
（２）溝状の分離領域１１８を形成したため、フォトダイオード１２０の寄生容量を削減することができる。
【００７０】
（３）フォトダイオード１２０の入射面１２２上に形成されたバンク上に、凸レンズ構造を持つ第１光学系１１７を備えたため、面発光型半導体レーザ１１９の側面から出射される漏れ光をフォトダイオード１２０の入射面１２２上に導くことができる。
【００７１】
（４）フォトダイオード１２０と面発光型半導体レーザ１１９を同一基板上に形成するため、機械的な位置合わせが不要となり、面発光型半導体レーザ１１９からの漏れ光を確実に受光することができる。
【００７２】
（５）フォトダイオード１２０を、面発光型半導体レーザ１１９を包むように配置して形成することで、光強度が弱く、受光信号が小さい面発光型半導体レーザ１１９からの漏れ光を効率的に受光可能となり、漏れ光信号をより多く受けることができる。そのためＳＮ比の高い信号が得られ、光強度のモニタを精密に行なうことができるようになる。
【００７３】
＜実施形態２＞
２．光装置を用いた通信方法
２−１．光装置の光学系の構成
図１４は、本発明を適用した実施形態２に係る光経路を模式的に示す断面図である。実施形態１で説明した光装置１００上に、光ファイバ１４０１、ビームスプリッタ１４０２、反射板１４０３により、第２光学系１４００が形成されている。
【００７４】
次に、第２光学系１４００を含めた光装置１００の光路フローについて説明する。
【００７５】
面発光型半導体レーザ１１９から出射されたレーザ光はビームスプリッタ１４０２を通過後、光ファイバ１４０１に入射され、光ファイバ１４０１を介して相手方の機器に送られる。相手方の機器には特に制限はないが、例えば同じ光装置１００に同じ第２光学系を有するものを用いることができる。本実施形態では、同じ構造の光装置を相手方の光装置として用いた場合の動作について説明する。
【００７６】
まず、面発光型半導体レーザ１１９の横方向から出射された漏れ光は、フォトダイオード１２０上に形成された第１光学系１１７により、屈折、反射され、フォトダイオード１２０の入射面１２２よりフォトダイオード１２０に入射される。
【００７７】
そして、光ファイバ１４０１を通して送られてきた外部からの光は、ビームスプリッタ１４０２を経由して、反射板１４０３により反射され、フォトダイオード１２０の入射面１２２上に入力される。
【００７８】
このようにして、面発光型半導体レーザ１１９の横方向から出射された漏れ光と、光ファイバ１４０１から入射された外部からの光は共にフォトダイオード１２０に入射され、電気信号に変換される。
【００７９】
２−２．演算増幅器による信号処理（ＡＰＣ：自動出力制御）
図１５は、本発明を適用した実施形態２に係る演算増幅器による信号処理方法を示すための回路図である。以下、この回路図を参照し、フォトダイオード１２０が受信する光の直流成分を一定にするよう保つための信号処理について説明する。
【００８０】
まず、回路図の説明を行なう。
【００８１】
フォトダイオード１２０には、面発光型半導体レーザ１１９からの横方向漏れ光と、第２光学系１４００を経由してきた光が入射される。なお、第２光学系１４００を経由してきた光は、例えば８−１６変調方式等、直流成分が十分に抑圧された信号形式で送られてきているものとする。
【００８２】
フォトダイオード１２０は受信した光の光子数に略比例した電流を出力する。この電流は、抵抗１５０７によりオームの法則に従い、電圧信号に変換される。
【００８３】
電圧信号に変換された信号のうち直流成分は、インダクタ１５０６を経由してＯＰアンプ１５０１の非反転入力に印加される。ＯＰアンプ１５０１の反転入力には、参照電圧が印加されている。なお、外部から入力されている光信号は、その直流成分が十分抑圧された８−１６変調方式等を用いて光強度を変調させた光信号を用いているため、ＡＰＣ動作の誤差要因とはならない。
【００８４】
ここで、図１５で示す回路が、面発光型半導体レーザ１１９の光出力の直流成分を安定化させる動作をしていることについて説明する。例えば、温度変動等により、面発光型半導体レーザ１１９の発光強度の直流成分が若干増加した場合を想定する。面発光型半導体レーザ１１９の発光強度の直流成分が増加すると、面発光型半導体レーザ１１９からの横方向漏れ光の直流成分も増加する。そのため、フォトダイオード１２０が出力する直流電流が増え、抵抗１５０７に生じる直流電圧が増加する。すると、インダクタ１５０６を経由してＯＰアンプ１５０１の非反転入力に加わる電圧が上昇する。
【００８５】
ＯＰアンプ１５０１の非反転入力に加わる電圧が上昇するため、ＯＰアンプ１５０１の直流電流は正の方向にシフトする。面発光型半導体レーザ１１９に流れている電流は、ダイオードの順方向、すなわち負の電流が流れているため、正方向に電流がシフトすると、電流の絶対値が低下する。
ＯＰアンプ１５０１からの出力電流の絶対値が低下するため、面発光型半導体レーザ１１９の光出力の発光強度の直流成分は減少し、ＯＰアンプ１５０１の反転入力に加えられた電圧と、反転入力に加えられた電圧とが等しくなるよう動作する。従って、面発光型半導体レーザ１１９の直流出力は温度変化等の要因を受けることなく、参照電圧によってのみ制御される、いわゆるＡＰＣ動作が実現される。
【００８６】
なお、インダクタ１５０２は、信号源１５０４が発生する信号がＯＰアンプ１５０１の出力側に浸入することを防ぐためのハイカットフィルタであり、コンデンサ１５０３は、ＯＰアンプ１５０１からの直流成分の浸入を防ぐローカットフィルタである。
【００８７】
２−３．演算増幅器による信号処理（信号の送信）
次に、図１５に示されている回路図を参照し、送受信を同時に行なう全二重通信を行なうための信号処理について説明する。
【００８８】
前節２−２では、面発光型半導体レーザ１１９は、周囲温度の変動等が生じても、直流出力が一定になるよう制御されていることを説明した。
【００８９】
次に、直流出力が一定になるよう制御した面発光型半導体レーザ１１９に、信号源１５０４からの信号を重畳して加える。信号形式としては、例えば８−１６変調方式等、直流成分が十分に抑圧された信号を送信するものとする。
【００９０】
このように変調された信号光は、前述した図１４に示すように、光ファイバ１４０１に入射され、光装置外部に配置された相手方の光装置に送信される。
【００９１】
２−４．演算増幅器による信号処理（全二重通信）
次に、図１５に示されている回路図を参照し、送受信を同時に行なう全二重通信を行なうための信号処理について説明する。
【００９２】
前節２−３では、面発光型半導体レーザ１１９は、周囲温度の変動等が生じても、直流出力が一定になるよう制御された状態で面発光型半導体レーザ１１９から信号送出が行なえることを説明した。ここでは、送信と同時に受信を行なう、全二重通信を行なう場合について説明する。
【００９３】
まず、フォトダイオード１２０に流れる電流を電圧に変換している抵抗１５０７から、フォトダイオード１２０が受光している直流成分をコンデンサ１５０９により取り除いた形で、抵抗１５１０を介してＯＰアンプ１５０８の反転入力に入力する。
【００９４】
次に、信号源１５０４が発生している交流電流信号を可変抵抗器１５０５で電圧に変換し、さらに分圧してＯＰアンプ１５０８の反転入力端子に抵抗１５１１を介して入力する。
【００９５】
なお、抵抗１５１２はＯＰアンプ１５０８の総合利得を規定するための抵抗で、例えば利得を１０倍程度にして増幅するものである。
【００９６】
ＯＰアンプ１５０８の反転入力に繋げられた、フォトダイオード１２０からの信号と、面発光型半導体レーザ１１９を駆動する電流はＯＰアンプ１５０８により反転加算される。これは、面発光型半導体レーザ１１９に加えられる電流が増える、すなわち電流の絶対値が減る場合、面発光型半導体レーザ１１９の光強度が減るという関係であるため、光強度と、（反転した）電流強度の加算で、光強度と、電流強度との差分が得られることとなるからである。
【００９７】
次に、外部からの光を入れない状態で、可変抵抗器１５０５の調整を行ない、ＯＰアンプ１５０８の出力に、変調出力が略現れないように調整する。この調整により、面発光型半導体レーザ１１９の交流信号となる光変調信号は、駆動電流信号との引き算によって打ち消され、光信号として検出されなくなる。
【００９８】
この状態で、外部からの光が入射された場合、フォトダイオード１２０の出力に現れる信号に対しては、面発光型半導体レーザ１１９の駆動電流の変動を用いた打ち消し信号が発生されないため、そのままＯＰアンプ１５０８の出力として出力され、外部からの光信号のみを抽出することができる。
【００９９】
つまり、発光信号を外部に出力し続けながら、入射された光信号を受信することが可能となる、全二重通信を行なうことが可能となる。
【０１００】
なお、本実施形態２では、電流の差分を取るなどアナログ的に信号処理をしているが、これはもちろんＡＤ変換等の処理を行ない、コンピュータ等を用いて信号処理をしてもよい。
【０１０１】
また、光センサとしてフォトダイオード１２０を用いた例について説明したが、これはフォトダイオード１２０に代えて、フォトトランジスタ、またはアバランシェフォトダイオードを用いても良い。フォトトランジスタやアバランシェフォトダイオードを用いた場合、光電変換時に利得が得られるため、フォトダイオード１２０を用いた場合に比べ、信号増幅回路の設計が容易になるという利点が生じる。
【０１０２】
＜変形例２＞
本実施形態では、第２光学系１４００として光ファイバ１４０１、ビームスプリッタ１４０２、反射板１４０３を用いてフォトダイオード１２０に光を導いているが、フォトダイオード１２０に光を導くよう構成されていれば、この第２光学系１４００の構成にこだわることなく採用することができる。例えば、集光レンズや、収差を抑えるための構成等を用いても良い。
【０１０３】
また、第２光学系１４００として、光ファイバ１４０１のみを用いて、他の構成要素を用いないという構成をとることもできる。光ファイバ１４０１から発散される光は、かなり大きな広がりを持っているため、フォトダイオード１２０との光結合を行なうことが可能である。
【０１０４】
特に、変形例１で示したような、フォトダイオード１２０の面積が大きくなるように構成された光装置に応用する場合、受光感度を高くすることができる。
【０１０５】
次に、本実施形態の効果について記述する。
【０１０６】
（１）面発光型半導体レーザ１１９の光成分のうち直流出力は、参照電圧によってのみ制御される、いわゆるＡＰＣ動作が実現されているため、面発光型半導体レーザ１１９の光の直流出力は温度変化等の要因を受けることなく安定した状態を保つことができる。
【０１０７】
（２）第２光学系１４００を用いることで、面発光型半導体レーザ１１９の漏れ光を受光すると同時に、フォトダイオード１２０と別の光センサを設けることなく外部からの光信号を受信することができる。そのため、高速・広帯域を必要とするため、設計・実装が難しい光センサ用の増幅器を一つの光装置に最小の数となる一つだけで光信号の受信が可能となる。
【０１０８】
（３）光装置１００の面発光型半導体レーザ１１９の光出力と外部からの光信号を受信しているフォトダイオード１２０により出力される光信号のうち、面発光型半導体レーザ１１９を駆動する電流と対応して変化する光信号について、光信号−（定数倍した面発光型半導体レーザ１１９の駆動電流）という処理を行なうことで、面発光型半導体レーザ１１９を駆動している電流変化に対応した光出力を除去することができる。そのため、フォトダイオード１２０一つを用いて、外部から送信された光信号を受信することができる。
【０１０９】
（４）面発光型半導体レーザ１１９を駆動している電流変化に対応した光出力は引き算処理で除去できるため、外部から送信された光信号を受信するのと同時に外部に光信号を送信できる全二重通信を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】実施形態１に係る光装置を模式的に示す断面図。
【図２】実施形態１に係る光装置を模式的に示す平面図。
【図３】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図４】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図５】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図６】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図７】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図８】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図９】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図１０】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図１１】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図１２】実施形態１に係る光装置の製造工程を模式的に示す工程断面図。
【図１３】変形例１に係る光装置を模式的に示す平面図。
【図１４】実施形態２に係る光装置の光学部品配置を模式的に示す断面図。
【図１５】実施形態２に係る演算増幅器による信号処理方法を示すための回路図。
【符号の説明】
【０１１１】
１００…光装置、１０１…基板、１０２…ｎ形ＧａＡｓバッファ層、１０３…ｉ形ＧａＡｓ層、１０４…ｐ形ＧａＡｓ層、１０５…第１ミラー層、１０６…活性層、１０７…第２ミラー層、１０８…ｎ形ＧａＡｓコンタクト層、１０９…ポリイミド層、１１０…電流狭窄層、１１１…ｐ形ＬＤ電極、１１２…ｐ形ＰＤ電極、１１３…ｎ形ＬＤ電極、１１４…ｎ形ＰＤ電極、１１５…窒化珪素層、１１６…凸レンズ、１１７…第１光学系、１１８…分離領域、１１９…面発光型半導体レーザ、１２０…光センサとしてのフォトダイオード、１２１…出射面、１２２…入射面、１２３…柱状部、５０１…レジスト層、８０１…レジスト層、１１０１…光学部前駆体、１１０２…インクジェットヘッド、１１０３…ノズル、１２０１…光学部前駆体、１４００…第２光学系、１４０１…光ファイバ、１４０２…ビームスプリッタ、１４０３…反射板、１５０１…ＯＰアンプ、１５０２…インダクタ、１５０３…コンデンサ、１５０４…信号源、１５０５…可変抵抗器、１５０６…インダクタ、１５０７…抵抗、１５０８…ＯＰアンプ、１５０９…コンデンサ、１５１０…抵抗、１５１１…抵抗、１５１２…抵抗。
【図１】
2006179641.tif 000003
【図２】
2006179641.tif 000004
【図３】
2006179641.tif 000005
【図４】
2006179641.tif 000006
【図５】
2006179641.tif 000007
【図６】
2006179641.tif 000008
【図７】
2006179641.tif 000009
【図８】
2006179641.tif 000010
【図９】
2006179641.tif 000011
【図１０】
2006179641.tif 000012
【図１１】
2006179641.tif 000013
【図１２】
2006179641.tif 000014
【図１３】
2006179641.tif 000015
【図１４】
2006179641.tif 000016
【図１５】
2006179641.tif 000017