(57)【要約】【課題】広い環境温度範囲内で高い周波数における高速変調が安定して得られかつ低消費電力で動作が可能な発光モジュールを提供する。【解決手段】発光モジュールは、半導体レーザ素子、集積回路素子、電源端子、およびグランド端子を含み、レーザ素子は第１電極、第１導電型半導体基板、第１導電型バッファ層、第１導電型下クラッド層、活性層、第２導電型上クラッド層、第２導電型キャップ層、および第２電極をこの順で含み、下クラッド層は半導体基板に比べて大きなエネルギバンドギャップを有し、バッファ層は半導体基板のバンドギャップ以上で下クラッド層のバンドギャップ以下の範囲内のバンドギャップを有し、集積回路素子はレーザ素子の動作電流を制御する能動素子を含み、この能動素子とレーザ素子はグランド端子と電源端子との間で直列接続されている。【選択図】図１７
2008258275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に設けられた半導体レーザ素子、集積回路素子、電源端子、およびグランド端子を含む発光モジュールであって、
前記半導体レーザ素子は、第１の電極と、１層または複数の層からなる第１導電型の半導体基板と、第１導電型のバッファ層と、第１導電型の下クラッド層と、活性層と、第２導電型の上クラッド層と、第２導電型のキャップ層と、第２の電極とをこの順で含み、
前記下クラッド層は、前記半導体基板のうちで前記バッファ層と接する層に比べて大きなエネルギバンドギャップを有し、
前記バッファ層は、前記半導体基板のうちで前記バッファ層と接する層のバンドギャップ以上で前記下クラッド層のバンドギャップ以下の範囲内のバンドギャップを有し、
前記集積回路素子は前記レーザ素子の動作電流を制御するための能動素子を含み、
前記能動素子と前記レーザ素子は前記グランド端子と前記電源端子との間で電気的に直列接続されていることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記バッファ層のバンドギャップは、下クラッド層に近づくにつれて連続的または段階的に大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記バッファ層は、前記下クラッド層との界面において前記クラッド層と比べて同等のバンドギャップを有していることを特徴とする請求項２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子の上に、そのレーザ素子からの送信光を散乱させる光拡散部が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記第１導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項６】
回路基板に設けられた半導体レーザ素子、半導体受光素子、集積回路素子、電源端子、送信データに相当する電気信号を入力するデータ入力端子、受信データに相当する電気信号を出力するデータ出力端子、およびグランド端子を含む光伝送モジュールであって、
前記半導体レーザ素子は、第１の電極と、１層または複数の層からなる第１導電型の半導体基板と、第１導電型のバッファ層と、第１導電型の下クラッド層と、活性層と、第２導電型の上クラッド層と、第２導電型のキャップ層と、第２の電極とをこの順で含み、
前記下クラッド層は、前記半導体基板のうちで前記バッファ層と接する層に比べて大きなエネルギバンドギャップを有し、
前記バッファ層は、前記半導体基板のうちで前記バッファ層と接する層のバンドギャップ以上で前記下クラッド層のバンドギャップ以下の範囲内のバンドギャップを有し、
前記レーザ素子の上には、そのレーザ素子からの送信光を散乱させる光拡散部と、その光拡散部を通過した送信光を整形する送信用光学子が設けられており、
前記受光素子の上には、外部からの受信光を集光する受信用光学子が設けられており、
前記集積回路素子は、送信データに相当する電気信号に基づいて前記レーザ素子に送信光を発光させるためのレーザ素子駆動回路と、前記受光素子で受光した受信光を受信データに相当する電気信号として出力するための受光素子駆動回路とを含み、
前記レーザ素子駆動回路は、前記レーザ素子の動作電流を制御するための能動素子を含み、
前記能動素子と前記半導体レーザ素子は、前記グランド端子と前記電源端子との間で電気的に直列接続されていることを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項７】
前記バッファ層のバンドギャップは、下クラッド層に近づくにつれて連続的にまたは段階的に大きくなっていることを特徴とする請求項６に記載の光伝送モジュール。
【請求項８】
前記バッファ層は、前記下クラッド層との界面において前記クラッド層と比べて同等のバンドギャップを有していることを特徴とする請求項７に記載の光伝送モジュール。
【請求項９】
前記第１導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の光伝送モジュール。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれかの発光モジュールまたは請求項６から９のいずれかの光伝送モジュールを含むことを特徴とする携帯型電子機器。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれかの発光モジュールまたは請求項６から９のいずれかの光伝送モジュールを含むことを特徴とする屋外設置型の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体発光素子を光源として含む発光モジュールまたは光伝送モジュールに関連し、特に屋外での空間光通信用の電子機器に利用するに好適な発光モジュールまたは光伝送モジュールの改善に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）規格に準ずる赤外線通信において、現在では通信速度２．４〜１１５．２ｋｂｐｓのＳＩＲ（Serial IR）仕様、および、より高速の１．１５２ＭｂｐｓのＭＩＲ（Mid IR）仕様から４ＭｂｐｓのＦＩＲ（Fast IR）仕様までの光伝送モジュールが市販されて携帯端末などに利用されている。
【０００３】
最も多く用いられている光伝送モジュールは、通信相手へのデータ送信を行なう発光部と通信相手からのデータ受信を行なう受光部とが一体となった光伝送モジュールである（たとえば、特許文献１の特開２００２−２６８２３号公報、第６頁、図２を参照）。
【０００４】
図１９は従来から用いられている光伝送モジュールを模式的斜視図で示しており、図２０は図１９中の線Ｚ−Ｚに沿った模式的断面図を示している。この光伝送モジュール５００は、データ送信のための発光部５１０、データ受信のための受光部５２０、および電力やデータ信号などの入出力端子ａ〜ｇからなる端子群５４０を含んでいる。発光部５１０は発光ダイオード素子５１１とその上の送信用レンズ５１２を含んでおり、受光部５２０はフォトダイオード素子５２１とその上の受信用レンズ５２２を含んでいる。発光ダイオード素子５１１とフォトダイオード素子５２１は回路基板５０１上に実装され、それぞれワイヤ５１６と５２６によって回路基板５０１上の配線パターンに接続されている。また、回路基板５０１上では、光伝送モジュール５００を動作させるための集積回路素子５３０が、発光部５１０と受光部５２０との間の位置に設けられている。
【０００５】
回路基板５０１の上面、発光ダイオード素子５１１、フォトダイオード素子５２１、および集積回路素子５３０は、波長８５０〜９００ｎｍの光に対し透明なエポキシ樹脂モールド５０２によって覆われて保護されている。このエポキシ樹脂モールド５０２は、それ自体の形状によって、送信用レンズ５１２と受信用レンズ５２２の役割をも兼ねている。
【０００６】
グランド端子ａと電源端子ｄの間に電圧を印加した状態で、データ入力端子ｆから送信データの電気信号を入力すれば、集積回路素子５３０によって発光ダイオード素子５１１が発光させられて、光信号によるデータが送信される。また、受光部のフォトダイオード素子５２１に光信号によるデータが入力されれば、集積回路素子５３０によってデータ出力端子ｂから受信データの電気信号が出力される。他の端子ｃ、ｅ、およびｇは、光伝送モジュールごとの目的に応じて所定の動作がなされるように設けられている。
【０００７】
近年では、大容量通信の要求の高まりに応じて、ＩｒＤＡ規格の上位規格として通信速度１６ＭｂｐｓのＶＦＩＲ（Very Fast IR）仕様が策定され、さらには１００Ｍｂｐｓの高速通信を実現するためのＵＦＩＲ（Ultra Fast IR）仕様が策定されつつある。携帯電話などの携帯端末にて取り扱われるデータが急速に大容量化していることから、１００Ｍｂｐｓおよびそれ以上の高速での光通信の実用化の要望が高まっている。
【０００８】
これを実現するに好適な光伝送モジュールとしては、１００ＭＨｚ以上の高速変調での安定した送受信が可能であるべきことはもちろんであるが、携帯端末への搭載を想定すれば、低消費電力であること、さらには屋外での使用を想定して−２５℃から８５℃またはそれより広い環境温度範囲で動作することが要求される。
【０００９】
しかし、送信部５１０に用いられている発光ダイオード素子５１１は、一般に１００ＭＨｚ以上での高速変調では安定した動作が困難になってくる。また、発光ダイオード素子は、発光時のエネルギ効率が低いので送信時の消費電力も大きく、長時間駆動させた場合の光出力の低下もたとえば１０００時間駆動後で５０％程度になって顕著である。発光ダイオード素子の光出力の環境温度依存性も、２５℃から８５℃の範囲内で５０％程度低下する場合もある。
【００１０】
これらの観点から、光伝送モジュールにおいて、発光ダイオード素子を半導体レーザ素子に置き換える検討がなされている（たとえば、特許文献２の特開２００３−２５８３５３号公報を参照）。半導体レーザ素子は、発光ダイオード素子に比べて、高速変調性が高い上に少ない電流量で高い光出力が得られるなどの利点を有している。そして、半導体レーザ素子を利用すれば、１００Ｍｂｐｓでの送信も十分に可能となる。
【特許文献１】特開２００２−２６８２３号公報、第６頁、図２
【特許文献２】特開２００３−２５８３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のような背景技術の状況に鑑み、本発明は、従来に比べて広い環境温度範囲内でより高い周波数における高速変調が安定して得られかつ低消費電力で動作が可能な発光モジュールおよび光伝送モジュールを提供することを意図している。また、本発明は、そのような発光モジュールまたは光伝送モジュールを搭載した携帯型電子機器または屋外設置型の電子機器を提供することをも意図している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による発光モジュールは、回路基板に設けられた半導体レーザ素子、集積回路素子、電源端子、およびグランド端子を含み、半導体レーザ素子は第１の電極と、１層または複数の層からなる第１導電型の半導体基板と、第１導電型のバッファ層と、第１導電型の下クラッド層と、活性層と、第２導電型の上クラッド層と、第２導電型のキャップ層と、第２の電極とをこの順で含み、下クラッド層は半導体基板のうちでバッファ層と接する層に比べて大きなエネルギバンドギャップを有し、バッファ層は半導体基板のうちでそのバッファ層と接する層のバンドギャップ以上で下クラッド層のバンドギャップ以下の範囲内のバンドギャップを有し、集積回路素子はレーザ素子の動作電流を制御するための能動素子を含み、この能動素子と半導体レーザ素子はグランド端子と電源端子との間で電気的に直列接続されていることを特徴としている。
【００１３】
なお、この発光モジュールにおいて、半導体レーザ素子の上には、そのレーザ素子からの送信光を散乱させる光拡散部が設けられることが好ましい。
【００１４】
本発明による光伝送モジュールは、回路基板に設けられた半導体レーザ素子、半導体受光素子、集積回路素子、電源端子、送信データに相当する電気信号を入力するデータ入力端子、受信データに相当する電気信号を出力するデータ出力端子、およびグランド端子を含み、半導体レーザ素子は第１の電極と、１層または複数の層からなる第１導電型の半導体基板と、第１導電型のバッファ層と、第１導電型の下クラッド層と、活性層と、第２導電型の上クラッド層と、第２導電型のキャップ層と、第２の電極とをこの順で含み、下クラッド層は半導体基板のうちでバッファ層と接する層に比べて大きなエネルギバンドギャップを有し、バッファ層は半導体基板のうちでバッファ層と接する層のバンドギャップ以上で下クラッド層のバンドギャップ以下の範囲内のバンドギャップを有し、レーザ素子の上にはそのレーザ素子からの送信光を散乱させる光拡散部とその光拡散部を通過した送信光を整形する送信用光学子が設けられており、受光素子の上には外部からの受信光を集光する受信用光学子が設けられており、集積回路素子は送信データに相当する電気信号に基づいて半導体レーザ素子に送信光を発光させるためのレーザ素子駆動回路と、受光素子で受光した受信光を受信データに相当する電気信号として出力するための受光素子駆動回路とを含み、レーザ素子駆動回路はレーザ素子の動作電流を制御するための能動素子を含み、この能動素子と半導体レーザ素子はグランド端子と電源端子との間で電気的に直列接続されていることを特徴としている。
【００１５】
なお、上述のバッファ層のバンドギャップは、下クラッド層に近づくにつれて連続的または段階的に大きくなっていることが好ましい。また、バッファ層は、下クラッド層との界面においてクラッド層と比べて同等のバンドギャップを有していることが好ましい。さらに、第１導電型はｎ型であり得て、その場合には第２導電型はｐ型である。
【００１６】
上述の発光モジュールまたは光伝送モジュールを利用することによって、広い環境温度範囲で安定して動作し得る携帯型電子機器または屋外設置型の電子機器が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、発光モジュールまたは光伝送モジュールの光源として含まれる半導体レーザ素子において、そのレーザ素子を構成する半導体基板とその半導体基板に比べて大きなエネルギバンドギャップを有する下クラッド層との間に、半導体基板のバンドギャップ以上で下クラッド層のバンドギャップ以下の範囲内のバンドギャップを有するバッファ層が挿入されている。これによって、従来に比べて広い環境温度範囲の下でも、またＳＩＲのような低速変調時とＵＦＩＲのような高速変調時のいずれの場合でも、そのレーザ素子がほぼ一定の駆動電圧で動作することができ、駆動回路への影響が低減されて、光源としてのレーザ素子の光出力が安定化され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１による光伝送モジュールを示す模式的斜視図であり、図２は図１中の線Ｘ−Ｘに沿った模式的断面図である。この光伝送モジュール１００は、データ送信のための発光部１１０、データ受信のための受光部１２０、および電力やデータ信号などの入出力のための端子ａ〜ｇからなる端子群１４０を含んでいる。発光部１１０は半導体レーザ素子１１１を含み、その上方には送信光を整形する送信用光学子としての送信用レンズ１１２が設けられている。また、受光部１２０はフォトダイオード素子１２１を含み、その上方には外部からの受信光を集光する受信用光学子としての受信用レンズ１２２が設けられている。
【００１９】
半導体レーザ素子１１１およびフォトダイオード素子１２１は回路基板１０１上に実装され、それぞれワイヤ１１６、１２６によって回路基板１０１上の配線パターンに接続されている。また、発光部１１０と受光部１２０との間の位置には、光伝送モジュール１００を動作させるための集積回路素子１３０が設けられている。
【００２０】
回路基板１０１の上面、発光ダイオード素子１１１、フォトダイオード素子１２１、および集積回路素子１３０は、波長８５０〜９００ｎｍの光に対し透明なエポキシ樹脂モールド１０２によって覆われて保護されている。このエポキシ樹脂モールド１０２は、それ自体の形状によって、送信用レンズ１１２と受信用レンズ１２２の役割をも兼ねている。
【００２１】
図３は、光伝送モジュール１００の内部構造の理解を容易にするために、樹脂モールド１０２が省略された状態を斜視図で示している。また、図４は回路基板１０１のみを斜視図で図解しており、回路基板１０１はその両面に金属配線がなされているので、図４ではその基板の上面と下面の両方が示されている。
【００２２】
図４の回路基板１０１の上面における配線は、半導体レーザ素子の実装領域１５１、フォトダイオード素子の実装領域１５２、および集積回路素子の実装領域１５３を含んでいる。そして、図３に示されているように、それぞれの実装領域上に半導体レーザ素子１１１、フォトダイオード素子１２１、および集積回路素子１３０がそれらのｎ側を下にして実装されている。
【００２３】
半導体レーザ素子の実装領域１５１は、その中央に凹部１１３（深さ約３００μｍ）を含んでいる。半導体レーザ素子１１１は、その凹部１１３の底に銀ペーストで実装され、ワイヤ１１６によって回路基板１０１の上面の所定配線に電気的に接続されている。回路基板１０１の上面の配線はビアホール１７０を通じて下面の配線１６０に接続されており、下面の配線１６０は端子群１４０に接続されている。
【００２４】
グランド端子ａは、下面の配線１６０、ビアホール１７０、および実装領域１５３を介して集積回路素子１３０のｎ側面に接続されている。電源端子ｄは、下線の配線１６０、ビアホール１７０、およびワイヤボンドパッド１５５を介してワイヤによって集積回路素子１３０のｐ側面に接続されている。電源端子ｄはまた、下線の配線１６０、ビアホール１７０、およびワイヤボンドパッド１５４を介してワイヤ１１６によって半導体レーザ素子１１１のｐ側面にも接続されている。半導体レーザ素子の実装領域１５１は、集積回路素子１３０の所定の端子にワイヤ接続されており、またビアホール１７０と下面の配線１６０を介してレーザ素子駆動端子ｇにも接続されている。
【００２５】
フォトダイオード素子１２１のｎ側面は、実装領域１５２を介してワイヤによって集積回路素子１３０の所定の端子に接続されている。フォトダイオード素子１２１のｐ側面は、２本のワイヤとそれらの間の中継用ワイヤボンドパッド１５０を介して集積回路素子１３０の所定の端子に接続されている。他の端子ｂ、ｃ、ｅ、およびｆはそれぞれ下面の配線１６０、ビアホール１７０、およびワイヤボンドパッド１５６、１５７、１５９、１５８を介して集積回路素子１３０の所定の端子にワイヤで接続されている。
【００２６】
図５は、これらの配線、半導体レーザ素子１１１、フォトダイオード素子１２１、および集積回路素子１３０を含む電気回路を模式的ブロック図で示している。集積回路素子１３０内には、レーザ素子駆動回路１３１、フォトダイオード素子駆動回路１３２、およびその他の制御回路１３３が含まれている。データ入力端子ｆは、レーザ素子駆動回路１３１に接続されている。データ出力端子ｂは、フォトダイオード素子駆動回路１３２に接続されている。端子ｃとｅは制御回路１３３に接続され、たとえば光伝送モジュールの送受信動作停止などの特定の命令信号を入力するために設けられている。電源端子ｄとグランド端子ａの間に電圧が印加されれば、集積回路素子１３０が駆動される。
【００２７】
レーザ素子駆動回路１３１の内部の構成と動作の詳細は後述されるが、データ入力端子ｆにパルス状のデータ信号を入力すれば、レーザ素子駆動回路１３１の制御によってそのデータ信号に応じたパターンで所定の電流が半導体レーザ素子１１１に流れて、所定の光出力で発光が生じる。他方、フォトダイオード素子１２１に光が入射すれば、フォトダイオード素子１２１からフォトダイオード素子駆動回路１３２に電流が流れ、それに応じたデータ出力信号がデータ出力端子ｂを通して流れる。レーザ素子駆動端子ｇは、それと電源端子ｄとの間で電流を流すことによって、半導体レーザ素子１１１を任意に発光させ得る端子である。
【００２８】
レーザ素子駆動回路１３１内には、半導体レーザ素子１１１に流れる電流量を直接制御する能動素子１８１が設けられている。本実施形態１では、この能動素子１８１として、ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタが設けられている。すなわち、このトランジスタ１８１の３つの端子Ｓ、Ｄ、およびＧは、それぞれソース、ドレイン、およびゲートを表わしている。
【００２９】
半導体レーザ素子１１１は、電源端子ｄとトランジスタ１８１のドレインＤとの間に接続されている。そして、トランジスタ１８１のソースＳは、レーザ素子駆動回路１３１内の抵抗１８２を介してグランド端子ａへ接続されている。よって、光伝送モジュール１００に印加される電源電圧は、半導体レーザ素子１１１、トランジスタ１８１、および抵抗１８２の３つの素子へ直列に印加される。
【００３０】
他方、データ入力端子ｆは、レーザ素子駆動回路１３１内の主回路部１８３に接続され、この主回路部１８３はトランジスタ１８１のゲートＧへ接続されている。データ入力端子ｆから入力された送信データに基づいて、主回路部１８３からゲートＧへ所定の電圧が印加され、その電圧によってソースＳとドレインＤとの間の電流がオン／オフ制御されて、半導体レーザ素子１１１の発光が制御される。
【００３１】
図１２は、図２の光伝送モジュール１００における発光部１１０を拡大して示す模式的断面図である。この発光部分１１０において、凹部１１３内には、フィラーを含む液状のシリコーン樹脂１１４が光拡散部として埋め込まれる。このフィラーとしてたとえばポリスチレン製粒子を利用することでき、それらの粒子はたとえば約０．４μｍの最小粒径、約１．８μｍの最大粒径、および約１μｍの平均粒径を有することが好ましい。凹部１１３内に適量滴下されたシリコーン樹脂１１４は、その表面張力によって凹部１１３内に留まって半導体レーザ素子１１１を覆う。そして、その滴下されたシリコーン樹脂１１４は８０℃で約５分間加熱されて、ゼリー状になるまで硬化させられる。さらに、その上にエポキシ樹脂モールド１０２を被覆して、それによって送信用レンズ１１２が形成される。
【００３２】
図１２中の半導体レーザ素子１１１を駆動すれば、その側端面から水平方向に射出された光は、図中の矢印で示されているようにシリコーン樹脂１１４内に入射してその中のフィラーによって拡散されながら進み、実装領域１５１として凹部１１３の側面をも覆う金属膜によって反射されて上方に向かう。その後、光はシリコーン樹脂１１４の上方の透明なエポキシ樹脂モールド１０２に入り、そして送信用レンズ１１２で整形されて外部へ放出される。
【００３３】
半導体レーザ素子１１１の発光点は数μｍ径で非常に小さく、かつその射出光の強度が高い。したがって、レーザ素子からの射出光をそのまま外部へ放射させれば、眼に対する安全上の問題を生じる。しかし、本発明ではフィラーによって光が拡散され、外部から見た発光点はシリコーン樹脂１１４の上面部に広がって見えるので、安全上の問題を生じることはない。すなわち、図１２における構成によって、従来の発光ダイオード素子に変えて半導体レーザ素子１１１を用いることが可能となる。
【００３４】
図６は、本発明の重要な特徴である半導体レーザ素子の構造を模式的な断面図で図解している。この半導体レーザ素子１１１においては、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１の（１００）面上に、ｎ−ＧａＡｓ下地層２０２（厚さ：０．５μｍ）、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓバッファ層２０３（厚さ：０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.452Ｇａ0.548Ａｓ下クラッド層２０４（層さ：１．８８μｍ）、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下ガイド層２０５（厚さ：０．０９５μｍ）、多重歪量子井戸活性領域２０６、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上ガイド層２０７（厚さ：０．０９μｍ）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１上クラッド層２０８（厚さ：０．１５μｍ）、およびｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層２０９（厚さ：４．０ｎｍ）が順次積層されている。
【００３５】
多重歪量子井戸活性領域２０６においては、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ下部中間層（厚さ：３．０ｎｍ）上に、Ｉｎ0.072Ｇａ0.928Ａｓ圧縮歪量子井戸層（歪：０．７％、厚さ：４．６ｎｍ、２層）とＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ障壁層（基板側から厚さ２１．５ｎｍ、７．９ｎｍ、および２１．５ｎｍの３層）が交互に積層され、さらにＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ上部中間層（厚さ：３．０ｎｍ）が積層されている。
【００３６】
エッチングストップ層２０９上には、ストライプ形状のリッジ２１３を形成するように、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２上クラッド層２１０（厚さ：１．１８μｍ）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３上クラッド層２１１（厚さ：０．１μｍ）、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層２１２（厚さ：０．６７μｍ）が設けられている。
【００３７】
リッジ２１３の両側では、エッチングストップ層２０９上にｎ−Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ第１電流阻止層２２１（厚さ：０．６μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第２電流阻止層２２２（厚さ：０．３ｍ）、およびｐ−ＧａＡｓ第３電流阻止層２２３（厚さ：１．０５μｍ）が順次積層されている。
【００３８】
キャップ層２１２上と第３電流阻止層２２３上を覆って、ｐ−ＧａＡｓカバー層２３１（厚さ：３μｍ）とｐ−ＧａＡｓコンタクト層２３２（層厚：０．５μｍ）が順次積層されている。
【００３９】
このコンタクト層２３２上には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層金属薄膜からなるｐ側電極２４１が形成されている。また、基板２０１の裏面には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの多層金属薄膜からなるｎ側電極２４２が形成されている。
【００４０】
ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓバッファ層２０３におけるＡｌ組成ｘは、下地層２０２との界面から下クラッド層２０４との界面に向かって連続的に大きくなっている（すなわち、エネルギバンドギャップが連続的に大きくなっている）。下地層２０２との界面部ではｘは０．０１であり、下クラッド層２０４との界面ではｘは０．４５２であってその下クラッド層２０４のＡｌ組成と同じ値（すなわち、同じバンドギャップ）となっている。
【００４１】
図７から図１１は、図６の半導体レーザ素子の製造方法を模式的な断面図で図解している。まず、図７に示すように、ｎ−基板２０１上に、ｎ−下地層２０２（Ｓｉドーピング濃度：７．２×１０17ｃｍ-3）、ｎ−バッファ層２０３（Ｓｉドーピング濃度：７．２×１０17ｃｍ-3→５．４×１０17ｃｍ-3）、ｎ−下クラッド層２０４（Ｓｉドーピング濃度：５．４×１０17ｃｍ-3）、ｎ−下ガイド層２０５（Ｓｉドーピング濃度：５．４×１０17ｃｍ-3）、多重歪量子井戸活性領域２０６、ｐ−上ガイド層２０７（Ｚｎドーピング濃度：４×１０17ｃｍ-3、ただし最上部の厚さ０．０４μｍの領域において８×１０17ｃｍ-3）、ｐ−第１上クラッド層２０８（Ｚｎドーピング濃度：８×１０17ｃｍ-3）、ｐ−エッチングストップ層２０９（Ｚｎドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、ｐ−第２上クラッド層２１０（Ｚｎドーピング濃度：２．４×１０18ｃｍ-3）、ｐ−第３上クラッド層２１１（Ｚｎドーピング濃度：２．８１×１０19ｃｍ-3）、およびｐ−キャップ層２１２（Ｚｎドーピング濃度：１×１０20ｃｍ-3）をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法にて順次に結晶成長させる。こうして、複数の半導体層を含むウエハが形成される。
【００４２】
バッファ層２０３の成長の際には、成長開始時点にＡｌ組成比ｘを０．０１とし、成長していくに従って連続的にＡｌ組成比を上昇させ、バッファ層２０３の成長終了時にはｘが０．４５２となるように、原料ガスの組成比を変化させる。ｘの変化としては、バッファ層２０３の成長厚さにほぼ比例して増加させることが好ましい。
【００４３】
図７中に示すように、リッジを形成すべき領域２１４ａ上に、レジストマスク２１５（マスク幅６．０μｍ）をフォトリソグラフィによって形成する。このレジストマスク２１５は、形成すされるべきリッジが延びる方向に対応して、結晶の＜０１１＞方向に沿ってストライプ状に形成される。
【００４４】
図８においては、このレジストマスク２１５を利用して、キャップ層２１２、第３上クラッド層２１１、および第２上クラッド層２１０がリッジ形成外領域２１４ｂにおいてエッチングによって除去され、レジストマスク２１５の直下にストライプ状のリッジ２１３が形成される。このエッチングは、まず硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いて、第２上クラッド層２１０の厚さの途中まで行なわれる。続いて、エッチングストップ層２０９の表面が露出するまで、第２上クラッド層２１０の残りの厚さをフッ酸で除去する。こうして、リッジ２１３の最下部の幅が、約３．０μｍに形成される。エッチング終了後に、レジストマスク２１５は除去される。レジストマスク２１５が除去されたウエハに対しては、水洗を行なった後に窒素ブローなどで乾燥させる。
【００４５】
図９においては、ウエハの上側全面上に、ｎ−第１電流阻止層２２１（Ｓｉドーピング濃度：２×１０18ｃｍ-3）、ｎ−第２電流阻止層２２２（Ｓｉドーピング濃度：２×１０18ｃｍ-3）、およびｐ−第３電流阻止層２２３（Ｚｎドーピング濃度：１．８×１０18ｃｍ-3）をＭＯＣＶＤ法にて順次に結晶成長させる。そして、第３電流阻止層２２３の上面のうちでリッジ形成外領域２１４ｂ部分に相当する領域のみの上に、レジストマスク２２５をフォトリソグラフィによって形成する。
【００４６】
図１０では、リッジ２１３上に相当する領域において、第３電流阻止層２２３、第２電流阻止層２２２、および第１電流阻止層２２１をエッチングによって除去して、キャップ層２１２を露出させる。その後に、レジストマスク２２５が除去される。
【００４７】
図１１においては、全面にｐ−カバー層２３１（Ｚｎドーピング濃度：３×１０18ｃｍ-3）とｐ−コンタクト層２３２（Ｚｎドーピング濃度：１×１０20ｃｍ-3）をＭＯＣＶＤ法にて順次に結晶成長させる。
【００４８】
続いて、そのコンタクト層２３２上において、蒸着法にてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に金属薄膜を積層することによってｐ側電極２４１を形成する（図６参照）。その後、基板２０１を裏面側から所望の厚み（たとえば、約１００μｍ）にまで、ラッピング法により研削する。そして、その基板の裏面上において、蒸着法にてＡｕＧｅ合金（８８％Ａｕ−１２％Ｇｅ）、Ｎｉ、およびＡｕの薄膜を順次積層することによってｎ側電極２４２を形成する（図６参照）。こうしてｎ側とｐ側の両電極が形成されたウエハをＮ2雰囲気中で３９０℃において１分間加熱し、それら電極のアロイ処理を行なう。
【００４９】
その後、基板２０１を含むウエハは、所望の共振器長（たとえば、５００μｍ）が得られるように、リッジ２１３のストライプ方向に垂直な面に沿って劈開によって分割される。それらの劈開面の一方に端面コーティングを施すことによって、半導体レーザ素子１１１が作製され得る。
【００５０】
こうして作製された半導体レーザ素子１１１のｐ側電極２４１とｎ側電極２４２との間に電流を流せば、リッジ２１３領域のみに電流が狭窄されて流れる。よって、リッジ２１３直下の活性領域２０６にてレーザ光が発振し、端面コーティングが施されていない劈開面からレーザ光が射出される。
【００５１】
本発明による光伝送モジュール１００では、ＵＦＩＲ規格準拠として周波数１００ＭＨｚ以上での光送受信動作が望まれる。さらに、携帯端末など屋外でも使用される電子機器への搭載を考慮すれば、光伝送モジュール１００は光通信を行なうために電子機器の表面部またはその近くに搭載されるので、環境温度として低温側では−２５℃またはそれより低い温度での安定した動作が求められる。また、ＳＩＲのような低速変調とＵＦＩＲの高速変調の両方での安定した動作が求められる。
【００５２】
本発明では、発光デバイスとして、従来の発光ダイオード素子に代えて半導体レーザ素子を適用している。このことによって、通信速度１００Ｍｂｐｓ以上においても安定した送受信が可能となる。また、消費電力の改善、長時間駆動時の光出力の劣化率の低減、光出力の温度依存性の改善が得られる。さらに、本発明で用いられる半導体レーザ素子１１１においては、基板と下クラッド層との間に、Ａｌ組成ｘを連続的に変化させたバッファ層が介在させられている。このような半導体レーザ素子１１１は、−２５〜８５℃の環境温度において周波数１００ＭｈｚからＤＣ（直流）動作までの広範囲にわたって、動作電圧値の変化が０．１Ｖ未満に抑えられ得る。したがって、本発明による光伝送モジュール１００では、この半導体レーザ素子１１１を適用することによって、−２５〜８５℃の環境温度でＩｒＤＡ規格中の低速伝送のＳＩＲ規格から１００ＭｂｐｓのＵＦＩＲ規格までにおいて安定した動作を確保することが可能となる。
【００５３】
以下において、本実施形態１に用いられている半導体レーザ素子１１１の電圧特性の特徴が、比較例との比較において説明される。一般に、半導体レーザ素子は、その動作環境が高速変調化または低温化されれば、その素子内部の構造に依存して、動作に必要な電圧に大きな変化が現れる。
【００５４】
図１３と図１４のグラフは、半導体レーザ素子の内部構造の相違が動作電圧に及ぼす影響を評価した結果を示している。この評価は、半導体レーザ素子１１１と比較素子とについて行なわれた。その比較素子は、半導体レーザ素子１１１に比べて、バッファ層が０．５μｍの厚さと一定のＳｉドーピング濃度７．２×１０17ｃｍ-3を有するＧａＡｓ層に変更されていることのみにおいて異なっていた。そして、−２５℃〜２５℃の環境温度範囲下において、電流値１００ｍＡでデューティ（duty）５０％のパルス電流がその周波数を最大の１００ＭＨｚまで変えられながら印加され、その場合におけるレーザ素子の動作電圧が評価された。参考として、ＤＣ駆動による評価も行なわれた。
【００５５】
図１３のグラフにおいて、横軸は温度（℃）を表わし、縦軸はレーザ素子の動作電圧（Ｖ）を表わしている。また、このグラフ中の菱形印は半導体レーザ素子１１１に関する結果を表わし、三角印は比較素子に関する結果を表わしている。なお、図１３において、パルス条件は変調周波数が２ＭＨｚであって、駆動電流は上述のように１００ｍＡである。
【００５６】
図１３のグラフ中で室温付近の２５℃における動作電圧に着目すれば、レーザ素子１１１と比較素子のいずれにおいても２Ｖ以下になっている。しかし、より低温になれば、比較素子の動作電圧が上昇していくのに対して、本発明に用いる半導体レーザ素子１１１では−２５℃までほぼ一定の電圧で動作することがわかる。
【００５７】
図１４のグラフにおいて、横軸は変調周波数（ＭＨｚ）を表わし、縦軸はレーザ素子の動作電圧（Ｖ）を表わしている。また、このグラフ中の菱形印は半導体レーザ素子１１１に関する結果を表わし、三角印は比較素子に関する結果を表わしている。なお、図１４において、環境温度は−２５℃であって、動作電流は上述のように１００ｍＡである。また、図１４のグラフの横軸に沿って、ＳＩＲ、ＭＩＲ、ＦＩＲ、ＶＦＩＲ、およびＵＦＩＲの各仕様に相当する周波数も示されている。
【００５８】
図１４のグラフによれば、−２５℃において変調周波数を大きくしていけば、比較素子と半導体レーザ素子１１１との間で動作電圧に大きな差が生じてくる。すなわち、半導体レーザ素子１１１ではほとんど全域周波数領域において動作電圧が一定であるのに対して、比較素子の動作電圧はＤＣ駆動における２．０８Ｖから０．１ＭＨｚまでで２．３６Ｖまで上昇し、それ以上の高周波では２．３５Ｖで一定となる。このことは、比較素子を光伝送モジュールに搭載した場合に、ＳＩＲ仕様での動作とＵＦＩＲ仕様での動作では半導体レーザ素子の動作電圧が大きく変化してしまうことを意味している。
【００５９】
図１３と図１４に示す結果から、高周波数化または低温化の条件下では、バッファ層の相違に依存してレーザ素子の動作電圧にきわめて大きな違いの生じることが判明したが、これは以下の理由によると考えられる。
【００６０】
図１５の模式的なエネルギバンドギャップ図は、半導体レーザ素子１１１と比較素子に関して、下地層、バッファ層、および第１下クラッド層におけるバンドギャップを示している。すなわち、図１５中の実線Ｅｃが伝導帯の下端を表わし、実線Ｅｖが価電子帯の上端を表わしている。図１５中の上段に示された比較素子では、その伝導帯の下端Ｅｃにおいてバッファ層と下クラッド層との境界領域にスパイクが発生している。このようなスパイクは、下地層側からバッファ層を通過して下クラッド層に供給される電子にとってバリアとなる。
【００６１】
室温レベルや低い周波数におけるレーザ素子の動作では、キャリアである電子の有効質量が小さいこともあって、キャリアがスパイクを通過するに要する電圧は小さい。しかし、環境温度が下がるとともに、電子がこのスパイクをトンネルする確率やオーバーフローする確率が低下し、比較素子の動作電圧が上昇してしまう。他方、半導体レーザ素子１１１については、図１５に示されているように大きなスパイクが形成されない。したがって、電子の注入をほとんど障害なしに行なうことができ、低温の動作環境においても低くて安定した動作電圧を得ることができる。このような理由によって、図１３に示されているように、半導体レーザ素子１１１と比較素子との間において動作電圧の温度依存性に差が現れる。なお、２５℃以上の温度は図１３に示されていないが、いずれの素子においても動作電圧が１．８５Ｖ付近に収束していく。
【００６２】
他方、図１４に示す動作電圧の周波数依存性は、レーザ素子内部の温度の変化によって説明することができる。すなわち、レーザ素子を低周波数で動作させる場合には、１つ１つのパルス電流の幅が広くなって電流注入時間が長くなり、たとえ低温で動作させていても素子内部の温度が上昇するので、比較素子であってもスパイクによる影響が小さくなる。しかし、レーザ素子を高周波数で動作させれば、パルス電流の幅が短くなって素子内部の温度があまり上昇しなくなり、比較素子では電子がスパイクを通過するに要する電圧が上昇する。なお、前述のように、図１４において０．１ＭＨｚより高い周波数では動作電圧が一定になっている。これは、パルス電流のデューティが５０％であるのでパルス同士の間隔も短くなり、１つのパルス電流の入力で発生した熱が放熱されないうちに次のパルス電流が流れて、内部の温度が安定してしまうからであると考えられる。
【００６３】
次に、レーザ駆動回路１４１とトランジスタ１４３の動作を説明し、半導体レーザ素子１１１の動作電圧の安定性がいかに重要であるかを説明する。まず、トランジスタ１８１において、ゲートＧに電圧が印加されない場合には、ソースＳとドレインＤとの間に電流は流れない。そして、ゲートＧに電圧が印加されれば、トランジスタ１８１は図１６に示すような電圧電流特性を示す。
【００６４】
図１６のグラフにおいて、横軸はソースＳ−ドレインＤ間の電圧ＶＤＳを表わし、縦軸はソースＳ−ドレインＤ間の電流ＩＤＳを表わしている。このグラフ中の実線の曲線において、破線付近を境界として、ＶＤＳに対するＩＤＳの依存性の大きい領域が一般に遷移領域と呼ばれ、その依存性の小さい領域が飽和領域と呼ばれており、トランジスタ１８１は飽和領域において動作させられる。
【００６５】
図５に示されているように、トランジスタ１８１のドレインＤ側には半導体レーザ素子１１１と電源端子ｄが直列に接続され、ソースＳ側には抵抗１８２とグランド端子ａが直列に接続されている。光伝送モジュール１００へ印加される電圧（すなわち電源端子ｄとグランド端子ａの間に印加される電圧）から半導体レーザ素子１１１の動作電圧と抵抗１８２にかかる電圧（配線抵抗も含む）を引いた電圧がＶＤＳとなるが、光伝送モジュール１００ではこのＶＤＳが図１６における飽和領域内になるように設計されている。よって、電源端子ｄとグランド端子ａとの間へ電圧を印加した状態でゲートＧに電圧が印加されれば、トランジスタ１８１のソースＳ−ドレインＤ間に所定の電圧ＶＤＳがかかり、それによって図１６中のＩＤＳで示される大きさの電流がソースＳ−ドレインＤ間に流れる。このとき、トランジスタ１８１へ直列に接続された半導体レーザ素子１１１にも同じ大きさの電流が流れ、そのレーザ素子はその電流に応じた光出力で発光する。
【００６６】
理想的なトランジスタにおいては、図１６の飽和領域ではＶＤＳの大きさにかかわらずＩＤＳが一定であり、それによって半導体レーザ素子を同じ光出力で発光させることができる。しかし実際に製造されるトランジスタでは、飽和領域においてもＩＤＳがＶＤＳに対して依存性を有している。したがって、ＶＤＳが変動すればＩＤＳが変化し、それに応じてレーザ素子の光出力も変動する。このＶＤＳの変動を抑制するためには、トランジスタと直列に接続されている半導体レーザ素子の動作電圧の変動を抑制する必要がある。そこで、本発明による光伝送モジュールでは、従来に比べて動作電圧の変動が極めて小さい半導体レーザ素子１１１を用いているのである。
【００６７】
製品としての光伝送モジュール１００の使用環境としては、通常では−２５〜８５℃またはそれより広い温度範囲が想定される。また、光伝送モジュール１００に搭載される半導体レーザ素子は、ＳＩＲ通信からＵＦＩＲ通信までで２．５ｋ〜１００ＭＨｚの間の周波数で変調動作させられる。これらの条件下における半導体レーザ素子１１１の動作電圧は、８５℃における２．５ｋＨｚ変調時が最も小さくて１．８２Ｖであり、−２５℃における１００ＭＨｚ変調時が最も大きくて１．９２Ｖである。すなわち、その動作電圧の変動範囲は、僅かに０．１Ｖである。他方、比較素子の動作電圧は、８５℃における２．５ｋＨｚ変調時で最も小さい１．９０Ｖであるのに対して、−２５℃における１００ＭＨｚ変調時で最も大きい２．３５Ｖになる。すなわち、その動作電圧の変動範囲は０．４５Ｖにもなる。すなわち、仮に光伝送モジュール１００に比較素子を用いれば、その半導体レーザ素子の光出力は使用状況の変化による変動が顕著に大きくなることになる。
【００６８】
光伝送モジュールにおいて光出力が低くなれば、相手方の光伝送モジュールの受光部への入射光量が落ちて通信可能距離が低下したり、高速での通信が不能になったりする。他方、半導体レーザ素子の光出力が高くなり過ぎれば、半導体レーザ素子に特有の発光端面部の劣化を引き起こすこととなる。したがって、半導体レーザ素子の光出力は、所定の範囲内に収める必要がある。
【００６９】
ところが、実際に製造されて使用される光伝送モジュールでは、図１６に示すトランジスタのＶＤＳ−ＩＤＳ曲線が、製造上のばらつきや環境温度に依存して変動する。さらに、光伝送モジュールに印加される電源電圧も、たとえば一般的な３．３Ｖを用いる場合でも、規格上から±５％の変動が発生し得る。さらに、半導体レーザ素子や他の部品の特性にもばらつきが生じ得る。よって、光伝送モジュールの光出力を一定の範囲内に収めるためには、様々な変動要因を少しでも抑制しなければならない。このような状況において、前述のように光伝送モジュールに半導体レーザ素子１１１を用いれば、光出力の変動をより小さくすることができるのである。
【００７０】
なお、本実施形態１における半導体レーザ素子１１１のバッファ層２０３は、エネルギバンドギャップが連続的に変化させられているが、これは段階的に変化させられてもよい。たとえば、バッファ層２０３を基板側からＡｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ（厚さ：０．１７μｍ、Ｓｉドーピング濃度：６．８×１０17ｃｍ-3）、Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓ（厚さ：０．１７μｍ、Ｓｉドーピング濃度：６．３×１０17ｃｍ-3）、Ａｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓ（厚さ：０．１７μｍ、Ｓｉドーピング濃度：５．９×１０17ｃｍ-3）の３層構造に置き換えた場合でも、レーザ素子の動作電圧特性としては図１３のデータとほとんど同じ値が得られる。このバッファ層の構造では、それを構成する３層間、および下地層２０２ならびに下クラッド層２０４との間に複数のヘテロバリアが生じ、それぞれに前述のスパイクが発生することになる。しかし、互いに隣接する層の間のＡｌ組成差が小さいので、それぞれのスパイクは−２５℃程度の環境温度下では影響を無視し得るに小さくなり、動作電圧低減の効果が得られるものと考えられる。
【００７１】
また、半導体レーザ素子１１１として、本実施形態１ではリッジ構造の半導体レーザ素子を用いているが、これに限定されはしない。半導体基板または下地層のバンドギャップ以上で下クラッド層のバンドギャップ以下の範囲内のバンドギャップを有するバッファ層を含む半導体レーザ素子を光源として用いた光伝送モジュールであれば本発明の効果が得られる。バッファ層の厚、ドーピング濃度についても特に限定は無い。
【００７２】
さらに、本実施形態１では、トランジスタ１８１としてｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタが用いられているが、ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタを用いることも可能である。ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタのＶＤＳ−ＩＤＳ特性は、ｎチャンネル型に比べてＶＤＳの変化によるＩＤＳの変化がより大きいので、本実施形態１におけるような半導体レーザ素子１１１を用いることによる効果がより大きくなる。
【００７３】
（実施形態２）
図１７は、本発明の実施形態２による発光モジュール３００を模式的な断面図で図解している。この発光モジュール３００は、図１に示されている実施形態１の光伝送モジュール１００から受光部１２０を省いて構成されており、データ送信専用の発光モジュールである。
【００７４】
発光モジュール３００はデータ送信のための発光部３１０を含み、その内部には半導体レーザ素子１１１および送信光を整形する送信用光学子としての送信用レンズ３１２を含んでいる。レーザ素子１１１のそばには、発光モジュール３００を動作させるための集積回路素子３３０が設けられている。
【００７５】
光伝送モジュール１００におけると同様に、発光モジュール３００においても、半導体レーザ素子１１１を搭載する領域には深さ３００μｍの凹部３１３が設けられている。この凹部３１３の表面にはｎ側電極を兼ねた金属膜が形成されており、これが半導体レーザ素子の実装領域３５１として利用される。この半導体レーザ素子の実装領域３５１における凹部３１２の底面上に、半導体レーザ素子１１１がそのｎ電極側を下にして銀ペーストで固定されている。半導体レーザ素子１１１のｐ電極側に相当する上面側は、回路基板３０１上のワイヤボンドパッド３５４にワイヤ３１６によって接続されている。凹部３１３内には光拡散部として液状のシリコーン樹脂３１４が埋め込まれ、このシリコーン樹脂３１４中には光を拡散させるフィラーが混入されている。このフィラーとしてポリスチレン製粒子を利用することができ、それらの粒子はたとえば約１．８μｍの最大粒径、約０．４μｍの最小粒径、および約１μｍの平均粒径を有することが好ましい。
【００７６】
回路基板３０１上面側には、半導体レーザ素子の実装面３５１とワイヤボンドパッド３５４以外に、光伝送モジュール１００の場合と同様に、集積回路素子の実装面や他のワイヤボンドパッドも形成されている。また、光伝送モジュール１００の場合と同様に、回路基板３０１の下面側には、電源端子、送信データに相当する電気信号を入力するデータ入力端子、グランド端子などの複数の端子に繋がる金属配線が形成されている。そして、回路基板３０１の表面側の配線と裏面側の配線とは、ビアホールを介して電気的に接続されている。
【００７７】
回路基板３０１の上面、半導体レーザ素子１１１、および集積回路素子３３０は、波長８５０〜９００ｎｍの光に対し透明なエポキシ樹脂モールド３０２によって被覆されている。エポキシ樹脂モールド３０２は、それ自体の形状によって送信用レンズ３１２の役割を兼ねている。
【００７８】
集積回路素子３３０は、送信データに相当する電気信号に基づいて半導体レーザ素子１１１で送信光を発光させるためのレーザ素子駆動回路を含み、その駆動回路中には半導体レーザ素子１１１に流れる電流を直接制御するトランジスタが含まれている。
【００７９】
すなわち、本実施形態２の発光モジュール３００においても、実施形態１の光伝送モジュール１００中の発光部１１０やレーザ素子駆動回路１３１などのようにデータ送信に関する部分は同様に構成され、トランジスタと半導体レーザ素子１１１とがグランド端子と電源端子との間で電気的に直列接続されている。よって、発光モジュール３００においても、光伝送モジュール１００の場合と同様に、−２５〜８５℃またはそれより広い環境温度範囲内においてＵＦＩＲやＳＩＲのように大きく異なる通信速度でも安定してデータ送信をすることが可能となる。
【００８０】
（実施形態３）
図１８は、本発明の実施形態３による携帯型電子機器および屋外設置型電子機器を模式的な斜視図で示している。携帯型電子機器である携帯電話４０１には、その表面部に実施形態１の光伝送モジュール１００が搭載されている。また、屋外設置型電子機器である基地局４０２にも、同じ光伝送モジュール１００が搭載されている。このように、通信を行なう双方の電子機器にそれぞれ同じ光伝送モジュール１００を備えることによって、双方の光伝送モジュール間で光信号を送受信する光伝送システムが構成され得る。携帯電話４０１の光伝送モジュール中の半導体レーザ素子１１１から情報を含んで射出された光信号は、基地局４０２側の光伝送モジュール中のフォトダイオード素子１２１素子によって受信される。同様に、基地局４０２側の光伝送モジュール中の半導体レーザ素子１１１から発した光信号は、携帯電話４０１側の光伝送モジュール中のフォトダイオード素子１２１によって受信される。このようにして、赤外光によるデータ通信を実現することができる。
【００８１】
前述のように、光伝送モジュール１００は−２５℃またはそれ以下の環境温度でも安定して動作することが可能であり、これを搭載した携帯電話４０１や基地局４０２は、そのような低い環境温度でも大容量のデータを安定してやり取りすることが可能である。また、高効率で低素子抵抗の半導体レーザ素子１１１を含む光伝送モジュール１００の消費電力は従来に比べて大幅に低く抑えることができるので、このモジュールを搭載した携帯電話４０１や基地局４０２は、低消費電力で動作可能であって環境に対する負荷を小さくすることができる。また、携帯電話４０１のような携帯型電子機器にこの光伝送モジュール１００を搭載した場合には、バッテリの駆動時間を従来よりも長くすることができ、より快適に携帯型電子機器を使用することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明によれば、従来に比べて広い環境温度範囲内でより高い周波数における高速変調が安定して得られかつ低消費電力で動作が可能な発光モジュールおよび光伝送モジュールを提供することができ、そのようなモジュールを搭載した携帯型電子機器または屋外設置型の電子機器を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態１による光伝送モジュールを示す模式的斜視図である。
【図２】図１中の線Ｘ−Ｘに沿った模式的断面図である。
【図３】図１の光伝送モジュールにおける樹脂モールド１０２を除去した状態を示す斜視図である。
【図４】図１の光伝送モジュールに含まれる回路基板１０１をより詳細に図解する模式的斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１の光伝送モジュール１００を構成する部品の電気的接続を示す模式的ブロック図である。
【図６】本発明の実施形態１において使用され得る半導体レーザ素子の層構造を図解する模式的断面図である。
【図７】図６の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図８】図７に続く工程を説明するための模式的断面図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための模式的断面図である。
【図１０】図９に続く工程を説明するための模式的断面図である。
【図１１】図１０に続く工程を説明するための模式的断面図である。
【図１２】図２の光伝送モジュールにおける発光部１１０を拡大して示す断面図である。
【図１３】本発明において用いられる半導体レーザ素子と比較素子とに関して、その動作電圧に及ぼす環境温度変化の影響を示すグラフである。
【図１４】本発明において用いられる半導体レーザ素子と比較素子とに関して、その動作電圧と変調周波数との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明において用いられる半導体レーザ素子と比較素子とに関して、基板、バッファ層、および第１下クラッド層におけるエネルギバンドギャップを表わすエネルギバンド図である。
【図１６】ＭＯＳ型トランジスタのソース−ドレイン間における電圧と電流の関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施形態２による発光モジュールを示す模式的断面図である。
【図１８】本発明の実施形態３による携帯型電子機器および屋外設置型電子機器を示す模式斜視図である。
【図１９】従来の光伝送モジュールを示す模式的斜視図である。
【図２０】図１９中の線Ｚ−Ｚに沿った模式的断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００  光伝送モジュール、１０１  回路基板、１０２  樹脂モールド、１１０  発光部、１１１  半導体レーザ素子、１１２  送信用レンズ、１１３  凹部、１１４  シリコーン樹脂、１１６  ワイヤ、１２０  受光部、１２１  フォトダイオード素子、１２２  受信用レンズ、１２３  ワイヤ、１３０  集積回路素子、１３１  レーザ素子駆動回路、１３２  フォトダイオード素子駆動回路、１３３  制御回路、１４０  端子群、１５０  中継用ワイヤボンドパッド、１５１  レーザ素子の実装領域、１５２  フォトダイオード素子の実装領域、１５３  集積回路素子の実装領域、１５４，１５５，１５６，１５７，１５８，１５９  ワイヤボンドパッド、１６０  回路基板の下面の配線、１７０  ビアホール、１８１  トランジスタ、１８２  抵抗、１８３  主回路部、２０１  基板、２０２  下地層、２０３  バッファ層、２０４  下クラッド層、２０５  下ガイド層、２０６  活性領域、２０７  上ガイド層、２０８  第１上クラッド層、２０９  エッチングストップ層、２１０  第２上クラッド層、２１１  第３上クラッド層、２１２  キャップ層、２１３  リッジ、２１４ａ  リッジ形成領域、２１４ｂ  リッジ形成外領域、２１５  レジストマスク、２２１  第１電流阻止層、２２２  第２電流阻止層、２２３  第３電流阻止層、２２５  レジストマスク、２３１  カバー層、２３２  コンタクト層、２４１  ｐ側電極、２４２  ｎ側電極。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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