(57)【要約】【課題】光検出機能を有していても、小型で狭い実装スペースに搭載できる半導体レーザ及び光モジュールを実現する。【解決手段】素子本体５の内部に活性層４が設けられると共に、素子本体５の上面には第１の電極６が形成され、素子本体５の下面には第２の電極７、及び第３の電極８が形成されている。そして、素子本体５の一方の端部は、第１の電極６から第２の電極７にかけて超薄膜の量子ドット膜９が形成されている。これをＡＰＣ駆動回路に接続し、量子ドット膜９で検出された光をモニタすることにより、半導体レーザに入力されるバイアス電流をフィードバック制御する。【選択図】図１
2011096833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子本体の内部に活性層が設けられると共に、前記素子本体の上下両主面に電極が形成され、
前記素子本体の一方の端部には、前記電極と接するように超薄膜の量子ドット膜が形成されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記量子ドット膜は、前記活性層から出力されるレーザ光を検出することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記素子本体の上下主両面に形成された電極のうち、いずれか一方の主面に形成された電極は、レーザ駆動用電極と光検出用電極とを兼ねた共通電極であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記量子ドット膜は、半導体超微粒子で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記量子ドット膜は、波長帯域に応じた材料及び平均粒径が選択されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体レーザを備えてい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】
本発明は半導体レーザ、及び光モジュールに関し、より詳しくは光通信用の半導体レーザ、及びこの半導体レーザが搭載された光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光通信に用いる送信モジュールは、主に半導体レーザとその駆動回路で構成されている。
【０００３】
そして、この種の光通信では、通常、半導体レーザの出力が常に一定に保持されるように、自動出力制御（Auto Power Control；以下、「ＡＰＣ」という。）が行なわれており、例えば、図７に示すように、半導体レーザ１０１の出力光Ｐmonをフォトダイオード１０２（モニタフォトダイオード；以下、「ＭＰＤ」という。）で受光し、ＡＰＣ回路１０３ではＭＰＤ１０２から入力されるモニタ電流ＩMPDを信号として半導体レーザ１０１のバイアス電流Ｉbiasを出力している。すなわち、ＡＰＣ回路１０３では、出力光Ｐmonの平均値が一定となるようにフィードバック制御し、半導体レーザ１０１の出力光Ｐmonが大きすぎる場合はバイアス電流Ｉbiasを低下させ、半導体レーザ１０１の出力光Ｐmonが小さすぎる場合はバイアス電流Ｉbiasを増加させることによってレーザ出力を一定に保っている。
【０００４】
そして、特許文献１には、図８に示すような半導体レーザが開示されている。
【０００５】
すなわち、この半導体レーザは、半導体光増幅素子１０５と、電界吸収型半導体素子１０６とが結合素子１０７を介して接合され、内部に光導波路１０８が設けられている。また、この半導体レーザは、反射を抑制するための反射防止膜１０９、１１０が端面に設けられている。
【０００６】
この特許文献１では、半導体光増幅素子１０５と電界吸収型半導体素子１０６とを接合し、図７のＭＰＤ１０２の機能を電界吸収型半導体素子１０６に担わせることにより、ＭＰＤ１０２を不要としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２３６２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、ＡＰＣ回路１０３のＭＰＤ１０２の機能を電界吸収型半導体素子１０６に担わせているものの、該電界吸収型半導体素子１０６を半導体光増幅素子１０５と一体化させているため、電界吸収型半導体素子１０６及び結合素子１０７の寸法だけチップサイズが大きくなり、このため大きな実装面積を必要とするという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、光検出機能を有していても、小型で狭い実装スペースに搭載できる半導体レーザ、及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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明に係る半導体レーザは、素子本体の内部に活性層が設けられると共に、前記素子本体の上下両主面に電極が形成され、  前記素子本体の一方の端部には、前記電極と接するように超薄膜の量子ドット膜が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の半導体レーザは、前記量子ドット膜は、前記活性層から出力されるレーザ光を検出することを特徴としている。
【００１２】
さらに、本発明の半導体レーザは、前記素子本体の上下主両面に形成された電極のうち、いずれか一方の主面に形成された電極は、レーザ駆動用電極と光検出用電極とを兼ねた共通電極であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の半導体レーザは、前記量子ドット膜が、半導体超微粒子で形成されていることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の半導体レーザは、前記量子ドット膜は、波長帯域に応じた材料及び平均粒径が選択されることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係る光モジュールは、上記いずれかに記載の半導体レーザを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体レーザは、素子本体の内部に活性層が設けられると共に、前記素子本体の上下両主面に電極が形成され、前記素子本体の一方の端部には、前記電極と接するように超薄膜の量子ドット膜が形成されているので、素子本体の大きさと略同一のスペースに実装することが可能な光検出機能を有する半導体レーザを得ることができる。
【００１７】
また、前記量子ドット膜は、前記活性層から出力されるレーザ光を検出するので、別途ＭＰＤを要することもなくレーザ光を検出することができる。
【００１８】
また、前記素子本体の上下主両面に形成された電極のうち、いずれか一方の主面に形成された電極は、レーザ駆動用電極と光検出用電極とを兼ねた共通電極であるので、他方の主面に形成された電極をレーザ駆動用単独電極、光検出用単独電極とすることにより、所望の光モジュールを容易に組み立てることが可能となる。
【００１９】
また、前記量子ドット膜は、半導体超微粒子で形成されているので、量子サイズ効果により、バルク半導体よりもバンドギャップエネルギーを短波長側にシフトすることが可能となる。そして、使用する波長帯域に応じた材料及び平均粒径が選択されることにより、所望の通信波長帯域での光検出をモニタすることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の光モジュールは、上記いずれかに記載の半導体レーザを備えているので、別途ＭＰＤを設けなくとも、小型で種々の使用通信波長帯域での光検出をモニタできる光モジュールを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る半導体レーザの一実施の形態（第１の実施の形態）を示す斜視図である。
【図２】上記半導体レーザの縦断面図である。
【図３】本発明に係る光モジュールの一実施の形態（第１の実施の形態）を示す斜視図である。
【図４】上記光モジュールの駆動回路を示す電気回路図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザの第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る光モジュールの第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図７】ＡＰＣ機能の概略を示すブロック構成図である。
【図８】特許文献１に記載された一体型半導体素子の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。
【００２３】
図１は本発明に係る半導体レーザの一実施の形態（第１の実施の形態）示す斜視図であり、図２は図１の縦断面図である。
【００２４】
この半導体レーザ１は、ＩｎＰ等で形成された第１及び第２のレーザ素子２、３を有すると共に、第１のレーザ素子２の中央部に設けられた凹溝にはＩｎＧａＡｓＰ等らなる活性層４が形成されている。そして、第１のレーザ素子２、第２のレーザ素子３、及び活性層４で素子本体５を形成している。
【００２５】
また、第１のレーザ素子２の上面には第１の電極６が形成されると共に、前記第２のレーザ素子３の下面には第２の電極７、及び第３の電極８が形成されている。
【００２６】
具体的には、第１の電極６は、第１のレーザ素子２の一方の端部の側面に沿うように略Ｔ字状に形成されている。また、第２の電極７は、素子本体５を介して第１の電極６と対向するように前記第２のレーザ素子３の端部に形成されている。さらに、第３の電極８は、第２の電極７と電気的に接しないように該第２の電極７と一定の離間距離を有して前記第２のレーザ素子３の下面に形成されている。
【００２７】
この半導体レーザ１は、素子本体５の一方の端面から第１の電極６の上面、及び第２の電極７の下面に架けて超薄膜の量子ドット膜９が形成されている。
【００２８】
そして、この第１の実施の形態では、素子本体５、第１の電極６、及び第３の電極８でレーザダイオード部（以下、「ＬＤ部」という。）１０を構成し、量子ドット膜９、第１の電極６、及び第２の電極７で光検出部１１を構成している。すなわち、第１の電極６は、レーザ出力用陽極と光検出用陰極とを共用する共通電極とされると共に、第２の電極７が光検出用陽極を形成し、さらに第３の電極８がレーザ出力用陰極を形成し、これにより、ＬＤ部１０の活性層４から出力されるレーザ光１２に比例した漏れ光を光検出部１１で検出している。
【００２９】
上記量子ドット膜９は、以下のような方法で容易に製造することができる。
【００３０】
まず、量子ドットが界面活性剤を介して分散溶媒中に分散した量子ドット分散溶液を用意する。
【００３１】
ここで、量子ドットは、平均粒径Ｄが２〜１０ｎｍの超微粒子からなり、通信する波長帯域のバンドギャップエネルギーＥｇｏに応じ、所望の材料が適宜選択される。
【００３２】
すなわち、バルク半導体のバンドギャップエネルギーＥｇｏ（ｅＶ）は、波長をλ（ｎｍ）とすると数式（１）で表わされる。
【００３３】
Ｅｇｏ＝１２４０／λ  …（１）
また、表１は、量子ドット膜９となるバルク半導体とバンドギャップエネルギーＥｇｏ及び波長λとの関係を示している。
【００３４】
【表１】
2011096833.tif 000003
【００３５】
量子ドットは、上述したように平均粒径Ｄが２〜１０ｎｍの超微粒子であるから、量子サイズ効果により、バルク半導体のバンドギャップエネルギーＥｇｏより大きくなり、短波長側にシフトする。
【００３６】
すなわち、量子ドットのバンドギャップエネルギーＥｇは、有効質量近似で数式（２）で表わすことができる。
【００３７】
【数１】
2011096833.tif 000004
【００３８】
ここで、ｈはプランク定数、ｍは電子の有効質量、ｅは電気素量、εは誘電率である。
【００３９】
この数式（２）から明らかなように、量子ドットの平均粒径Ｄが小さくなるほど、量子ドットのバンドギャップエネルギーＥｇは大きくなる。そして、量子ドットの材料種及び平均粒径を適宜選択することによって所望の通信波長帯での光検出を行なうことができる。
【００４０】
尚、分散溶媒としては、量子ドットを分散させることができるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、トルエンや、ヘキサンとオクタンの混合溶液を使用することができる。
【００４１】
また、界面活性剤は、量子ドットが分散溶液中で凝集したり沈澱するのを避けるために添加されるものであり、例えば、ヘキサデシルアミン（ＨＤＡ、ＣＨ３（ＣＨ２）15ＮＨ２）、トリ−ｎ−オクチルフォスフィンオキシド（ＴＯＰＯ、ｎ−（Ｃ８Ｈ17）３Ｐ＝Ｏ）等を使用することができる。
【００４２】
そして、この量子ドット分散溶液をディップコート法等で塗布し、乾燥することにより、容易に量子ドット膜９を得ることができる。
【００４３】
尚、量子ドット膜９の膜厚は、光検出機能を奏する程度であれば十分であり、例えば、５０〜１００ｎｍ程度に制御するのが好ましい。
【００４４】
このように構成された半導体レーザ１では、第１の電極（レーザ出力用陽極）６と第３の電極（レーザ出力用陰極）８との間に閾値を超える電圧が印加されると、活性層４からレーザ光１２が出力される。そして出力されるレーザ光１２に比例した漏れ光が量子ドット膜９で検出され、第１の電極（光検出用陰極）６と第２の電極（光検出用陽極）７を介して光電流が取り出され、これによりレーザ光１２をモニタすることができる。
【００４５】
このように本第１の実施の形態では、量子ドット膜９の厚みは超微小であり、ＬＤ部１０の外径寸法と略同一寸法であるので、素子本体５の大きさと略同一のスペースに実装することが可能となる。
【００４６】
図３は上記半導体レーザ１が搭載された光モジュールとしての光通信モジュールの一実施の形態（第１の実施の形態）を示す斜視図であって、ＴＯ−ＣＡＮパッケージに実装されている。
【００４７】
すなわち、台座１３に載設されたステム１４の一方の表面にサブマウント１５が設けられると共に、該サブマウント１５に上記半導体レーザ１が搭載され、該半導体レーザ１はステム１４にダイボンド接続されている。また、この光通信モジュールは、共通電極である第１の電極６接続用の第１の接続端子１６、第２の電極７接続用の第２の接続端子１７、及び第３の電極８接続用の第３の接続端子１８が台座１３に貫設され、さらに、台座１３の下面にはケース端子１９が設けられている。そして、第１の電極６は第１のワイヤ２０により第１の接続端子１６にボンディング接続され、第２の電極７は第２のワイヤ２１により第２の接続端子１７にボンディング接続され、第３の電極８は第３のワイヤ２２により第３の接続端子１８にボンディング接続されている。そして、この光通信モジュールは、不図示のレンズキャップが被せられて封止されている。
【００４８】
図４は光通信モジュールの電気回路図である。
【００４９】
半導体レーザ１は、ＡＰＣ駆動回路２３に接続されている。そして、ＡＰＣ駆動回路２３が駆動すると、該ＡＰＣ駆動回路２３からバイアス電流ＩBIAS及び変調電流ＩＭがＬＤ部１０に供給され、これによりＬＤ部１０には変調された光電流が入力される。すなわち、ＡＰＣ駆動回路２３から出力される変調電流ＩＭは補正回路２４で出力波形が整合され、コイル２５を通過したバイアス電流ＩBIASと合流して所定の光電流をＬＤ部１０に供給する。
【００５０】
そして、変調された光信号の出力強度(平均値)を光検出部１１で検出し、その検出信号であるモニタ電流ＩMPDがＡＰＣ駆動回路２３にフィードバックされ、該ＡＰＣ駆動回路２３はバイアス電流ＩBIASを制御する。すなわち、ＡＰＣ駆動回路２３に入力されるモニタ電流ＩMPDが所定値より小さい場合はバイアス電流ＩBIASを大きくし、モニタ電流ＩMPDが所定値より大きい場合はバイアス電流ＩBIASを小さくし、これにより、光信号の出力強度が所定値となるようにフィードバック制御される。
【００５１】
そして、本第１の実施の形態では、素子本体５の端部に量子ドット膜９を形成し、この量子ドット膜９に光検出機能を担わせているので、先行技術のように電子吸収型半導体素子を一体形成するほどの素子サイズの拡大を招くことはなく、ＬＤ部１０と略同一の外径寸法でもって光検出機能を得ることができ、ＡＰＣ機能を実現することができる。
【００５２】
図５は本発明に係る半導体レーザの第２の実施の形態を示す斜視図である。
【００５３】
すなわち、この半導体レーザ３０は、素子本体５の上面に短冊上の第１の電極（ＬＤ用陰極）３１が形成されると共に、第１のレーザ素子２の一方の端部には側面に沿うように第２の電極（光検出用陽極）３２が形成され、第１の電極３１と第２の電極３２とは電気的に接続されないように一定の離間距離を有している。また第２のレーザ素子３の下面の全域には第３の電極（ＬＤ用陽極兼光検出用陰極）３３が形成されている。
【００５４】
そして、この半導体レーザ３０は、素子本体５、第１の電極３１、及び第３の電極３３でＬＤ部３４を構成し、量子ドット膜９、第２の電極３２、及び第３の電極３３で光検出部３５を構成している。
【００５５】
図６は本発明の係る光モジュールとしての光通信モジュールの第２の実施の形態を示す斜視図である。
【００５６】
この第２の実施の形態では、半導体レーザ３０は台座３６上に設けられたステム３７に直接実装され、さらに第３の電極３３はステム３７を介してケース端子３８に直接接続されている。また、第１の電極３１は第１のワイヤ３９を介して第１の接続端子４０にボンディング接続され、第２の電極３２は第２のワイヤ４１を介して第２の接続端子４２にボンディング接続されている。
【００５７】
このように本第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様、量子ドット膜９の厚みだけ素子が大きくなるのみで、先行技術のように電子吸収型半導体素子を一体形成するほどの素子サイズの拡大を招くことはなく、ＬＤ部３４と略同一の外径寸法でもって光検出機能を得ることができ、ＡＰＣ機能を実現することができる。
【００５８】
しかも、素子本体５の下面の第３の電極３３がＬＤ部３４と光検出部３５の共通電極を構成しているため、サブマウントが不要となり、ワイヤボンド工程も簡素なものとなり、光通信モジュールの簡略化を図ることが可能となる。また、半導体レーザ３０がステム３７に直接実装されるので、放熱性を向上させることが可能となる。
【００５９】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能であるのはいうまでもない。また、本発明で光検出を担わせている量子ドット膜９は、光検出の応答は速くはないが、光検出はモニタ電流ＩMPDの平均値を検出できれば十分であることから、高速で応答する必要性はなく、したがって、量子ドット膜９はこのような低応答性で十分に足りる用途に適したものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
別途ＭＰＤを設けなくとも、素子に光検出機能を持たせることができ、かつ実装スペースもレーザ素子の大きさと略同一である。
【符号の説明】
【００６１】
１  半導体レーザ
４  活性層
５  素子本体
６  第１の電極
７  第２の電極
８  第３の電極
９  量子ドット膜
３０  半導体レーザ
３１  第１の電極
３２  第２の電極
３３  第３の電極
【図１】
2011096833.tif 000005
【図２】
2011096833.tif 000006
【図３】
2011096833.tif 000007
【図４】
2011096833.tif 000008
【図５】
2011096833.tif 000009
【図６】
2011096833.tif 000010
【図７】
2011096833.tif 000011
【図８】
2011096833.tif 000012