(57)【要約】【課題】簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かし、樹脂封止後も半導体レーザ素子の特性が変動しない光通信用装置を提供する。【解決手段】ＤＦＢレーザ素子４５は、第１層の材質はアルミナ、第２層はアモルファスシリコン、第３層はアルミナからなる３層低反射膜を有する。光ファイバ４１は、この低反射膜の出射端面から約３０μｍほど離れた位置に、光ファイバ支持用シリコン基板４４の上にセットされ、フェルール４２でパッケージ４３に固定される。実装基板４７の上に、ＤＦＢレーザ素子４５と受光素子４６がセットされる。シリコーン樹脂４８は、光ファイバ４１の先端部とＤＦＢレーザ素子４５と受光素子４６を覆うように充填される。光ファイバ支持シリコン基板４４、実装基板４７は、搭載台４９の上にセットされる。【選択図】        図７
2004214328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、前記低反射膜が２層以上の多層膜で、樹脂を充填する前の前記低反射膜の反射波ベクトルをｒ、第ｉ層（ｉは前記半導体レーザ素子と前記低反射膜の界面から順番に、１、２、３、・・・、ｎ−１、ｎと定義される）の厚さをｄｉ、第ｉ層の屈折率をｋｉ、第ｉ層の位相膜厚をｚｉ、樹脂を充填する前に該低反射膜と接している媒質の屈折率をｋ０、前記半導体積層構造の等価屈折率をｋｓ、虚数をｊ、前記半導体レーザ素子の発振波長をｗとするとき、
ｒ＝ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚｎ）＋ｒ３ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１））＋ｒ４ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１＋ｚｎ−２））＋・・・・・＋ｒｎｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ−１））＋ｒｎ＋１ｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ））
ここで、
第ｎ層と前記樹脂を充填する前に第ｎ層と接している媒質との界面における反射波ベクトルはｒ１、
第ｎ層と第ｎ−１層との界面における反射波ベクトルはｒ２、
・・・・・・・
第２層と第１層との界面における反射波ベクトルはｒｎ、
第１層と前記半導体積層構造との界面における反射波ベクトルはｒｎ＋１、
であり、さらに
ｒ１＝（ｋ０−ｋｎ）／（ｋ０＋ｋｎ）
ｒ２＝（ｋｎ−ｋｎ−１）／（ｋｎ＋ｋｎ−１）
ｒ３＝（ｋｎ−１−ｋｎ−２）／（ｋｎ−１＋ｋｎ−２）
・・・・・・・・・・・・・・・
ｒｎ＝（ｋ２−ｋ１）／（ｋ２＋ｋ１）
ｒｎ＋１＝（ｋ１−ｋＳ）／（ｋ１＋ｋＳ）
ｚｉ＝２πｋｉｄｉ／ｗ
が成立し、かつ、
前記樹脂を充填・固着した後の前記低反射膜の反射波ベクトルをＲ、第ｉ層と前記樹脂との界面における反射波ベクトルをＲ１、前記樹脂の屈折率をｋｒとするとき、
Ｒ＝Ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚｎ）＋ｒ３ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１））＋ｒ４ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１＋ｚｎ−２））＋・・・・・＋ｒｎｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ−１））＋ｒｎ＋１ｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ））
Ｒ１＝（ｋｒ−ｋｎ）／（ｋｒ＋ｋｎ）
が成立し、かつ、前記反射波ベクトルｒの実部の絶対値と前記反射波ベクトルＲの実部の絶対値がほぼ等しくなるように、前記多層膜の各層の厚さｄｉを設定することを特徴とする光通信用装置。
【請求項２】
前記多層膜は前記半導体レーザ素子と前記低反射膜の界面から順番に第１層、第２層、第３層の３層膜からなり、樹脂を充填する前の３層低反射膜の反射波ベクトルをｒ’、樹脂で充填・固着した後の３層低反射膜の反射波ベクトルをＲ’、前記第３層と樹脂を充填する前に該第３層と接している媒質との界面における反射波ベクトルをｒ’１、前記第３層と前記第２層の界面における反射波ベクトルをｒ’２、前記第２層と前記第１層の界面における反射波ベクトルをｒ’３、前記第３層と前記半導体積層構造の界面における反射波ベクトルをｒ’４、前記第１層の厚さをｄ’１、前記第２層の反射膜の厚さをｄ’２、前記第３層の反射膜の厚さをｄ’３、前記第１層の屈折率をｋ’１、前記第２層の屈折率をｋ’２、前記第３層の屈折率をｋ’３、樹脂を充填する前に該第３層と接している媒質の屈折率をｋ’０，前記樹脂の屈折率をｋ’ｒ、前記半導体積層構造の等価屈折率をｋ’ｓ、前記第１層と前記樹脂との界面における反射波ベクトルをＲ’１、虚数をｊ’、前記第１層の位相膜厚をｚ’１、前記第２層の位相膜厚をｚ’２、前記第３層の位相膜厚をｚ’３、前記半導体レーザ素子の発振波長をｗ’とするとき、
ｒ’＝ｒ’１＋ｒ’２ｅｘｐ（ｊ’２ｚ’３）＋ｒ’３ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２））＋ｒ’４ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２＋ｚ’１））
ｒ’１＝（ｋ’０−ｋ’３）／（ｋ’０＋ｋ’３）
ｒ’２＝（ｋ’３−ｋ’２）／（ｋ’３＋ｋ’２）
ｒ’３＝（ｋ’２−ｋ’１）／（ｋ’２＋ｋ’１）
ｒ’４＝（ｋ’１−ｋ’Ｓ）／（ｋ’１＋ｋ’Ｓ）
ｚ’１＝２πｋ’１ｄ’１／ｗ’
ｚ’２＝２πｋ’２ｄ’２／ｗ’
ｚ’３＝２πｋ’３ｄ’３／ｗ’
が成立し、かつ、
Ｒ’＝Ｒ’１＋ｒ’２ｅｘｐ（ｊ’２ｚ’３）＋ｒ’３ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２））＋ｒ’４ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２＋ｚ’１））
Ｒ’１＝（ｋ’ｒ−ｋ’３）／（ｋ’ｒ＋ｋ’３）
が成立し、かつ、前記反射波ベクトルｒ’の実部の絶対値と前記反射波ベクトルＲ’の実部の絶対値がほぼ等しくなるように、前記３層膜の各層の厚さｄ’１、ｄ’２、ｄ’３を設定することを特徴とする請求項１の光通信用装置。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子の発振波長が１４００〜１６００ｎｍの範囲で、前記低反射膜の反射率が１．５％以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の光通信用装置。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子の発振波長が１２００〜１４００ｎｍの範囲で、前記低反射膜の反射率が１．５％以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の光通信用装置。
【請求項５】
活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、前記低反射膜が２層以上の多層膜で、前記半導体レーザ素子の発振波長が１４００〜１６００ｎｍの範囲で、前記低反射膜と接する媒質が空気の場合における低反射膜の反射率と、前記低反射膜と接する媒質が樹脂の場合における低反射膜の反射率との差が、０．５％以下であることを特徴とする光通信用装置。
【請求項６】
活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、前記低反射膜が２層以上の多層膜で、前記半導体レーザ素子の発振波長が１２００〜１４００ｎｍの範囲で、前記低反射膜と接する媒質が空気の場合における低反射膜の反射率と、前記低反射膜と接する媒質が樹脂の場合における前記低反射膜の反射率との差が、０．５％以下であることを特徴とする光通信用装置。
【請求項７】
活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、前記低反射膜が２層以上の多層膜で、前記半導体レーザ素子の発振波長が１４００〜１６００ｎｍの範囲で、前記低反射膜の変動係数が４０％未満であることを特徴とする光通信用装置。
【請求項８】
活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、前記低反射膜が２層以上の多層膜で、前記半導体レーザ素子の発振波長が１２００〜１４００ｎｍの範囲で、前記低反射膜の変動係数が４０％未満であることを特徴とする光通信用装置。
【請求項９】
前記光導波路は、光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光通信用装置。
【請求項１０】
前記３層膜は、第１層がアルミナ、第２層がアモルファスシリコン、第３層がアルミナであることを特徴とする請求項２に記載の光通信用装置。
【請求項１１】
前記３層膜は、第１層がＳｉＮｘ、第２層がアモルファスシリコン、第３層がＳｉＮｘであることを特徴とする請求項２に記載の光通信用装置。
【請求項１２】
前記半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射される光を導波する光ファイバと、前記光ファイバをパッケージに固定するために用いられるフェルールとを有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光通信用装置。
【請求項１３】
前記光ファイバを支持するために用いられる光ファイバ支持基板を有することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の光通信用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用装置、さらに詳しくは半導体レーザ素子と光導波路を組み合わせた半導体レーザ素子の光出射部を樹脂で封止する構造部をもつ光通信用装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信サービスの普及に伴い、通信システムに用いる光伝送装置の小型化、低価格化が求められている。このため、光伝送装置に含まれる光モジュールに関していえば、モジュールの構造と組立て及び実装工程を簡略化し、光モジュールを小型、低価格化する試みがなされている。
【０００３】
従来の光モジュールの実装工程では、モジュールに搭載した素子の腐食劣化を防ぐため、モジュール内の気密性を保つように、強固な封止を実施している。しかし、この封止方式では、モジュールのパッケージの材料が高価であること、封止工程が複雑であること等の理由により、モジュールの低価格化を図ることは困難である。これに対し、封止工程の抜本的簡素化のため、モジュール内の光素子を防水性樹脂で充填した簡素な構造を有するモジュール、すなわち樹脂封止光モジュールの開発が活発に行われている。（例えば特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−４２１６９号公報
【０００５】
樹脂封止方式では、実装基板上に所望の光素子を配置した後、素子周辺部に樹脂を充填し、パッケージを簡易封止する。このため、気密封止工程が不要であり、実装工程を大幅に簡易化することができる。
【０００６】
送信用光モジュールについていえば、これまで樹脂封止技術は、特に１０ＧＨｚ以上の高速通信用光モジュールに対して簡易実装化が要求されている。この高速通信用光モジュールの送信光源である分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ素子の樹脂封止化技術は重要な技術である。
【０００７】
光モジュールの製造工程は、一般に、（１）素子の製造、（２）実装基板への素子の搭載、（３）素子周辺部へ樹脂充填、の順に進行する。光素子を樹脂で充填する場合、樹脂充填前後で光素子を覆う媒質の屈折率が変化するため、素子の端面反射率が変化する。レーザ素子についていえば、樹脂充填による端面反射率の変化により、特性が樹脂充填の前後で変化する。ＤＦＢレーザ素子の特性はファブリペロ（ＦＰ）レーザ素子にくらべ、端面の反射率変化の影響を受けやすく、電流−光出力特性及び発振スペクトルが端面反射率によって大きく変化する。
【０００８】
ＤＦＢレーザ素子では、光出射端面の反射率を２％以下、できれば１％以下となるよう、端面の低反射率化を行い、ＦＰモードでの発振を抑制し、安定な単一縦モード発振を実現する。低反射率化のために、化学的に安定な誘電体の薄膜がＤＦＢレーザ素子の端面に形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように低反射率を実現する誘電体膜を形成した場合において、樹脂充填後に端面の反射率が上昇することがある。これは、誘電体膜が接している外部の媒質の屈折率が変化するためである。ＤＦＢレーザ素子の光出射端面での反射率が上昇した場合、上記のように、ＦＰモードでの発振が起こり、ＤＦＢレーザ素子の波長スペクトルはもはや単一モードではなくなり、ＤＦＢレーザ素子本来の単色性の良い波長スペクトルは得られない。このように、ＤＦＢレーザ素子の素子特性が樹脂充填の前後で大きく変化する場合、樹脂充填後に再度選別工程が必要になる。しかしながら、再選別の実施は大幅なコストアップとなる。従ってＤＦＢレーザ素子を有する光モジュールの構造簡易化において、樹脂充填前後で特性変動を伴わない樹脂充填技術、すなわち、樹脂充填の前後での光出射端面の反射率の変化を抑制する技術が必要である。
【００１０】
従って、本発明の目的は、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かし、樹脂封止後も半導体レーザ素子の特性が変動しない光通信用装置、特にＤＦＢレーザ素子と光導波路を組み合わせた光通信用装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる光通信用装置は、活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、前記低反射膜が２層以上の多層膜で、樹脂を充填する前の前記低反射膜の反射波ベクトルをｒ、第ｉ層（ｉは前記半導体レーザ素子と前記低反射膜の界面から順番に、１、２、３、・・・、ｎ−１、ｎと定義される）の厚さをｄｉ、第ｉ層の屈折率をｋｉ、第ｉ層の位相膜厚をｚｉ、樹脂を充填する前に該低反射膜と接している媒質の屈折率をｋ０、前記半導体積層構造の等価屈折率をｋｓ、虚数をｊ、前記半導体レーザ素子の発振波長をｗとするとき、
ｒ＝ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚｎ）＋ｒ３ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１））＋ｒ４ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１＋ｚｎ−２））＋・・・・・＋ｒｎｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ−１））＋ｒｎ＋１ｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ））
ここで、
第ｎ層と前記樹脂を充填する前に第ｎ層と接している媒質との界面における反射波ベクトルはｒ１、
第ｎ層と第ｎ−１層との界面における反射波ベクトルはｒ２、
・・・・・・・
第２層と第１層との界面における反射波ベクトルはｒｎ、
第１層と前記半導体積層構造との界面における反射波ベクトルはｒｎ＋１、
であり、さらに
ｒ１＝（ｋ０−ｋｎ）／（ｋ０＋ｋｎ）
ｒ２＝（ｋｎ−ｋｎ−１）／（ｋｎ＋ｋｎ−１）
ｒ３＝（ｋｎ−１−ｋｎ−２）／（ｋｎ−１＋ｋｎ−２）
・・・・・・・・・・・・・・・
ｒｎ＝（ｋ２−ｋ１）／（ｋ２＋ｋ１）
ｒｎ＋１＝（ｋ１−ｋＳ）／（ｋ１＋ｋＳ）
ｚｉ＝２πｋｉｄｉ／ｗ
が成立し、かつ、
前記樹脂を充填・固着した後の前記低反射膜の反射波ベクトルをＲ、第ｉ層と前記樹脂との界面における反射波ベクトルをＲ１、前記樹脂の屈折率をｋｒとするとき、
Ｒ＝Ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚｎ）＋ｒ３ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１））＋ｒ４ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１＋ｚｎ−２））＋・・・・・＋ｒｎｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ−１））＋ｒｎ＋１ｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ））
Ｒ１＝（ｋｒ−ｋｎ）／（ｋｒ＋ｋｎ）
が成立し、かつ、前記反射波ベクトルｒの実部の絶対値と前記反射波ベクトルＲの実部の絶対値がほぼ等しくなるように、前記多層膜の各層の厚さｄｉを設定することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２にかかる光通信用装置は、上記発明において、前記多層膜は前記半導体レーザ素子と前記低反射膜の界面から順番に第１層、第２層、第３層の３層膜からなり、樹脂を充填する前の３層低反射膜の反射波ベクトルをｒ’、樹脂で充填・固着した後の３層低反射膜の反射波ベクトルをＲ’、前記第３層と樹脂を充填する前に該第３層と接している媒質との界面における反射波ベクトルをｒ’１、前記第３層と前記第２層の界面における反射波ベクトルをｒ’２、前記第２層と前記第１層の界面における反射波ベクトルをｒ’３、前記第３層と前記半導体積層構造の界面における反射波ベクトルをｒ’４、前記第１層の厚さをｄ’１、前記第２層の反射膜の厚さをｄ’２、前記第３層の反射膜の厚さをｄ’３、前記第１層の屈折率をｋ’１、前記第２層の屈折率をｋ’２、前記第３層の屈折率をｋ’３、樹脂を充填する前に該第３層と接している媒質の屈折率をｋ’０，前記樹脂の屈折率をｋ’ｒ、前記半導体積層構造の等価屈折率をｋ’ｓ、前記第１層と前記樹脂との界面における反射波ベクトルをＲ’１、虚数をｊ’、前記第１層の位相膜厚をｚ’１、前記第２層の位相膜厚をｚ’２、前記第３層の位相膜厚をｚ’３、前記半導体レーザ素子の発振波長をｗ’とするとき、
ｒ’＝ｒ’１＋ｒ’２ｅｘｐ（ｊ’２ｚ’３）＋ｒ’３ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２））＋ｒ’４ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２＋ｚ’１））
ｒ’１＝（ｋ’０−ｋ’３）／（ｋ’０＋ｋ’３）
ｒ’２＝（ｋ’３−ｋ’２）／（ｋ’３＋ｋ’２）
ｒ’３＝（ｋ’２−ｋ’１）／（ｋ’２＋ｋ’１）
ｒ’４＝（ｋ’１−ｋ’Ｓ）／（ｋ’１＋ｋ’Ｓ）
ｚ’１＝２πｋ’１ｄ’１／ｗ’
ｚ’２＝２πｋ’２ｄ’２／ｗ’
ｚ’３＝２πｋ’３ｄ’３／ｗ’
が成立し、かつ、
Ｒ’＝Ｒ’１＋ｒ’２ｅｘｐ（ｊ’２ｚ’３）＋ｒ’３ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２））＋ｒ’４ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２＋ｚ’１））
Ｒ’１＝（ｋ’ｒ−ｋ’３）／（ｋ’ｒ＋ｋ’３）
が成立し、かつ、前記反射波ベクトルｒ’の実部の絶対値と前記反射波ベクトルＲ’の実部の絶対値がほぼ等しくなるように、前記３層膜の各層の厚さｄ’１、ｄ’２、ｄ’３を設定することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３にかかる光通信用装置は、請求項１または２にかかる発明において、半導体レーザ素子の発振波長が１４００〜１６００ｎｍの範囲で、低反射膜の反射率が１．５％以下であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４にかかる光通信用装置は、請求項１または２にかかる発明において、半導体レーザ素子の発振波長が１２００〜１４００ｎｍの範囲で、低反射膜の反射率が１．５％以下であることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項５にかかる光通信用装置は、活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、半導体レーザ素子の発振波長が１４００〜１６００ｎｍの範囲で、前記低反射膜と接する媒質が空気の場合における低反射膜の反射率と、前記低反射膜と接する媒質が樹脂の場合における低反射膜の反射率との差が、０．５％以下であることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項６にかかる光通信用装置は、活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、半導体レーザ素子の発振波長が１２００〜１４００ｎｍの範囲で、前記低反射膜が接する媒質が空気の場合における低反射膜の反射率と、前記低反射膜が接する媒質が樹脂の場合における低反射膜の反射率との差が、０．５％以下であることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項７にかかる光通信用装置は、活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、半導体レーザ素子の発振波長が１４００〜１６００ｎｍの範囲で、低反射膜の変動係数が４０％未満であることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項８にかかる光通信用装置は、活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子と、前記光を伝播する光導波路と、少なくとも前記低反射膜と前記光導波路の端部を充填・固着する樹脂とを有する光通信用装置において、半導体レーザ素子の発振波長が１２００〜１４００ｎｍの範囲で、低反射膜の変動係数が４０％未満であることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項９にかかる光通信用装置は、請求項１乃至８にかかる発明において、光導波路は光ファイバであることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１０にかかる光通信用装置は、請求項２にかかる発明において、３層膜は、第１層がアルミナ、第２層がアモルファスシリコン、第３層がアルミナであることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１１にかかる光通信用装置は、請求項２にかかる発明において、３層膜は、第１層がＳｉＮｘ、第２層がアモルファスシリコン、第３層がＳｉＮｘであることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１２にかかる光通信用装置は、上記発明において、さらに、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射される光を導波する光ファイバと、光ファイバをパッケージに固定するために用いられるフェルールとを有することを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１３にかかる光通信用装置は、請求項９乃至１２にかかる発明において、さらに、光ファイバを支持するために用いられる光ファイバ支持基板を有することを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明者等は本目的を達成するために以下の順番で鋭意検討した。すなわち、最初に低反射膜が単層の場合について検討し、その後反射膜が多層膜の場合について検討した。
図６は、ＤＦＢレーザ素子２０の断面図を示す。ＤＦＢレーザ素子２０は、ｎ型ＩｎＰ基板１、ｎ型ＩｎＰクラッド層２、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ、略してＭＱＷ）−光閉じ込め（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、略してＳＣＨ）活性層３、ｐ型ＩｎＰスペーサ層４、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５を有する。ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層３とＩｎＧａＡｓＰ回折格子５の構造は、室温で発振波長が１５５０ｎｍとなるように形成する。ｎ型ＩｎＰクラッド層２から回折格子層（図示しないが、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５の位置にある）までは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成する。
【００２５】
次に、回折格子層までをＭＯＣＶＤ法で形成した後、干渉露光法、ウエットまたはドライエッチング法でＩｎＧａＡｓＰ回折格子５を形成し、ｐ型ＩｎＰスペーサ層４をＭＯＣＶＤ法で形成し、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５を埋め込む構造とする。図２は、ＤＦＢレーザ素子２０の部分欠き斜視図を示す。ウエットエッチングを用いたメサストライプ形成工程とＭＯＣＶＤ法による埋め込み再成長プロセスで、ｐ型ＩｎＰブロッキング層２１、ｎ型ＩｎＰブロッキング層２２を形成した。その後ｐ型ＩｎＰクラッド層６、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７をＭＯＣＶＤ法で形成し、ｐ側電極８、ｎ側電極９を蒸着法で形成する。
【００２６】
ＤＦＢレーザ素子２０はＦＰモード発振を抑制し、単一モード発振を得るため、片側の端面に単層の誘電体膜からなる低反射膜１０、他方の端面には、反射率９０％程度の高反射膜１１を形成する。
【００２７】
次に、低反射膜の設計方法について説明する。図３（ａ）は単層の誘電体からなる低反射膜３１の断面図を示す。具体的には、低反射膜３１と接する媒質が空気の場合で、半導体積層構造３０の上に単層の低反射膜３１が形成されている。ここで、半導体積層構造３０とは、前記ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層３を含むｎ型ＩｎＰ基板１からｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７までに相当する構造をいう。図３（ｂ）は低反射膜３１と接する媒質が樹脂の場合で、半導体３０の上に低反射膜３１が形成される。媒質が空気と樹脂とで変わることにより屈折率が変化しても、低反射膜３１の反射率が変化しない条件は下記の式で与えられる。
【００２８】
実部｛ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚ１）｝＝−実部｛Ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚ１）｝
ｒ１＝（ｋ０−ｋ１）／（ｋ０＋ｋ１）
ｒ２＝（ｋ１−ｋＳ）／（ｋ１＋ｋＳ）
ｚ１＝２πｋ１ｄ１／ｗ
Ｒ１＝（ｋｒ−ｋ１）／（ｋｒ＋ｋ１）
ここで、ｒ１は空気と低反射膜３１の界面における反射率のベクトル表示、ｒ２は低反射膜３１と半導体積層構造３０の界面における反射率のベクトル表示、Ｒ１は樹脂と低反射膜３１の界面における反射率のベクトル表示、ｚ１は低反射膜の位相膜厚、ｋ１は低反射膜の屈折率、ｋ０は空気の屈折率、ｋｒは樹脂の屈折率、ｋｓは半導体積層構造３０の等価屈折率（ほぼＩｎＰの屈折率３．１８と等しい）、ｄ１は低反射膜３１の膜厚、ｗはＤＦＢレーザ素子の発振波長である。
【００２９】
図３（ｃ）は、媒質が空気の場合と樹脂の場合で、反射ベクトルの和の大きさは変化しないことを示す。媒質が空気の反射率の極座標表示はベクトルｒ、樹脂の反射率の極座標表示はベクトルＲであらわされる。ベクトルｒはベクトルｒ１とベクトルｒ２の和で、ベクトルＲはベクトルＲ１とベクトルｒ２の和であり、ベクトルｒとベクトルＲの方向は異なるが、大きさは同じである。
【００３０】
単層の低反射膜の材料がアルミナ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２の場合において、媒質が空気と樹脂で変化しても低反射膜の反射率が変化しないような低反射膜の膜厚を求めた。結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2004214328.tif 000003
【００３２】
このときの低反射膜の反射率ｐは以下の式で求められる。
ｐ＝（ベクトルｒ）２
この式から、低反射膜の材質がアルミナの場合、低反射膜の反射率は約１０％、ＳｉＮの場合は約３％、ＳｉＯ２の場合は約１３％となる。
【００３３】
低反射膜の材質がアルミナで単層の場合におけるＤＦＢレーザ素子の発振波長と低反射膜の反射率の関係を図４に示す。発振波長が１．５５μｍのときに、反射率は媒質が空気と樹脂で変化してもほぼ１０％である。しかし、発振波長が１４００〜１６００ｎｍの範囲で、媒質が空気の場合、低反射膜の反射率は７〜１０％であるが、媒質が樹脂の場合、低反射膜の反射率は８〜９％であり、変化することがわかる。
【００３４】
このように、これらの計算結果から、低反射膜が単層の場合、媒質が空気と樹脂で変化しても低反射膜の反射率が変化しないように、低反射膜の膜厚を設計すると、低反射膜の反射率は１％より大きくなってしまうことがわかった。この場合、ＦＰモードでの発振が起こり、ＤＦＢレーザ素子の波長スペクトルはもはや単一モードではなくなり、ＤＦＢレーザ素子本来の単色性の良い波長スペクトルは得られない。
【００３５】
そこで、発明者は反射率の低減化の限界について検討した。低反射膜の反射率は下式であらわされる。
ｐ＝（ベクトルｒ）２＞＝｛（ｒ１−Ｒ１）／２｝２
低反射膜の反射率の下限は、｛（ｒ１−Ｒ１）／２｝２の式を用いて計算した。計算結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2004214328.tif 000004
【００３７】
樹脂の屈折率が１．６の場合、アルミナ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２とも低反射膜の反射率の下限値は１．２〜１．４％であった。樹脂の屈折率が１．４の場合、下限値は０．６〜０．７％であった。樹脂の屈折率が１．３５の場合、下限値は０．５〜０．６％であった。樹脂の屈折率を１．４以下にすることで、低反射膜の反射率は１％以下に低下させることが可能であることが示唆された。
【００３８】
ＤＦＢレーザ素子では、端面の反射率を２％以下、より好ましくは１．５％以下、さらにより好ましくは１％以下となるよう、端面の低反射率化を行い、ＦＰモードでの発振を抑制し、安定な単一縦モード発振を実現する。
本発明では屈折率が１．３５〜１．６の樹脂を用いる。より好ましくはシリコーン系の樹脂で、屈折率が１．３８〜１．４５の樹脂を用いる。その他に樹脂として用いられる材料は、ポリ四フッ化エチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等がある。
【００３９】
次に発明者らは、媒質が空気から樹脂に変化しても、低反射膜の反射率は１％以下で変化しないような多層膜を検討した。すなわち、下記の計算を用いて、多層膜の膜厚を設計した。
【００４０】
図１５は、本実施形態におけるｎ層多層膜と各界面における反射波ベクトルを示す。多層膜の総数はｎ層からなり、媒質が空気のときの低反射膜の反射波ベクトルをｒ、第ｉ層（ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ−１、ｎ）の厚さをｄｉ、第ｉ層の屈折率をｋｉ、第ｉ層の位相膜厚をｚｉ、空気の屈折率をｋ０、半導体の等価屈折率をｋｓ、虚数をｊ、半導体レーザ素子の発振波長をｗとするとき、
ｒ＝ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚｎ）＋ｒ３ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１））＋ｒ４ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１＋ｚｎ−２））＋・・・・・＋ｒｎｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ−１））＋ｒｎ＋１ｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ））
ここで、
第ｎ層と空気との界面における反射波ベクトルはｒ１、
第ｎ層と第ｎ−１層との界面における反射波ベクトルはｒ２、
・・・・・・・
第２層と第１層との界面における反射波ベクトルはｒｎ、
第１層と半導体との界面における反射波ベクトルはｒｎ＋１、
であり、さらに
ｒ１＝（ｋ０−ｋｎ）／（ｋ０＋ｋｎ）
ｒ２＝（ｋｎ−ｋｎ−１）／（ｋｎ＋ｋｎ−１）
ｒ３＝（ｋｎ−１−ｋｎ−２）／（ｋｎ−１＋ｋｎ−２）
・・・・・・・・・・・・・・・
ｒｎ＝（ｋ２−ｋ１）／（ｋ２＋ｋ１）
ｒｎ＋１＝（ｋ１−ｋＳ）／（ｋ１＋ｋＳ）
ｚｉ＝２πｋｉｄｉ／ｗ
が成立し、かつ、
媒質が樹脂のときの低反射膜の反射波ベクトルをＲ、第ｉ層と樹脂との界面における反射波ベクトルをＲ１、樹脂の屈折率をｋｒとするとき、
Ｒ＝Ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚｎ）＋ｒ３ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１））＋ｒ４ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１＋ｚｎ−２））＋・・・・・＋ｒｎｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ−１））＋ｒｎ＋１ｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ））
Ｒ１＝（ｋｒ−ｋｎ）／（ｋｒ＋ｋｎ）
が成立し、かつ、反射波ベクトルｒの実部の絶対値と反射波ベクトルＲの実部の絶対値がほぼ等しくなるように、多層膜の各層の厚さｄｉは設定される。
【００４１】
＜実施形態１＞
ＤＦＢレーザ素子の発振波長は１．５５μｍ帯で、樹脂としてシリコーン系（屈折率は１．４）を用い、低反射膜を３層にし、第１層の材料をアルミナ、第２層をアモルファスシリコン、第３層をアルミナとした場合、各層の膜厚の設計結果を表３に示す。計算ソフトは市販のＥｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍａｃｌｏｅｄ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｃｅｎｔｅｒ社製）を用いた。
【００４２】
【表３】
2004214328.tif 000005
【００４３】
図１２は、本実施形態１において、媒質が空気のときと樹脂のときで、反射ベクトルの和の大きさは変化しないことを示す。媒質が空気の反射率の極座標表示はベクトルｒ、樹脂の反射率の極座標表示はベクトルＲであらわされる。ここでベクトルｒ１は空気（媒質）と第３層の界面における反射波、ベクトルｒ２は第３層と第２層の界面における反射波、ベクトルｒ３は第２層と第１層の界面における反射波、ベクトルｒ４は半導体積層構造（ＩｎＰ）と第１層の界面における反射波、ベクトルＲ１は樹脂（媒質）と第３層の界面における反射波を示す。
【００４４】
この図からわかるように、ベクトルｒはベクトルｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の和であり、ベクトルＲはベクトルＲ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の和であり、さらにベクトルｒとベクトルＲの方向は異なるが、大きさは同じである。
【００４５】
この３層の低反射膜を用いた半導体レーザ素子について以下に詳細に示す。
図１（ａ）は本実施形態のＤＦＢレーザ素子５０の縦断面図を、図１（ｂ）は横断面図を示す。ＤＦＢレーザ素子５０は、ｎ型ＩｎＰ基板１、ｎ型ＩｎＰクラッド層２、ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層３、ｐ型ＩｎＰスペーサ層４、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５を有する。ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層３とＩｎＧａＡｓＰ回折格子５の構造は、室温で発振波長が１５５０ｎｍとなるように形成する。ｎ型ＩｎＰクラッド層２から回折格子層５（図示しないが、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５の位置にある）までは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成する。
【００４６】
ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５を、干渉露光法、ウエットまたはドライエッチング法で形成した後、ｐ型ＩｎＰスペーサ層４をＭＯＣＶＤ法で形成し、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５を埋め込む構造とする。図２は、ＤＦＢレーザ素子５０の部分欠き斜視図を示す。ウエットエッチングを用いてメサストライプ形成工程とＭＯＣＶＤ法による埋め込み再成長プロセスで、ｐ型ブロッキング層２１、ｎ型ブロッキング層２２を形成した。その後ｐ型ＩｎＰクラッド層６、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層をＭＯＣＶＤ法で形成し、ｐ側電極８、ｎ側電極９を蒸着法で形成する。
【００４７】
ここで、多重量子井戸（ＭＱＷ）層の井戸層は歪量が０．１〜１．５％の圧縮歪を用い、障壁層は歪量が０．１〜１．５％の引っ張り歪みを用いることが可能である。このように障壁層に導入した引っ張り歪みによって井戸層に導入した圧縮歪みを補償することで（いわゆる歪み補償効果）、転位等の結晶欠陥の発生を抑制し、高品質の半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４８】
またＩｎＧａＡｓＰ回折格子５および活性層３の材料（例として、ＩｎＧａＡｓＰ系）を適当に選択することで、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５のバンドギャップ波長は、活性層３のバンドギャップ波長におけるゲインピーク波長よりも大きくし、かつＩｎＧａＡｓＰ回折格子５の周期構造によって決定されるＤＦＢレーザ素子５０の発振波長よりも小さくすることができる。ＤＦＢレーザ素子５０の発振波長は、ＩｎＧａＡｓＰ回折格子５の周期構造によって決定されるが、活性層３のゲインピーク波長のゲインをＩｎＧａＡｓＰ回折格子５によって吸収することで、活性層３のゲインピークを抑制し、結果的に、半導体レーザ素子の単一モード性を向上させることができる。
【００４９】
ＤＦＢレーザ素子５０はＦＰモード発振を抑制し、単一モード発振を得るため、片側の端面に反射率１％以下程度の低反射膜４０を、例えばＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）法で形成し、他方の端面には、反射率９０％程度の高反射膜１１を形成する。
【００５０】
低反射膜４０は第１層４１、第２層４２、第３層４３の３層からなる。第１層の材質はアルミナ、第２層はアモルファスシリコン、第３層はアルミナからなる。この多層膜の反射率は媒質が空気の場合および樹脂の場合においていずれも約０．７％であった。すなわち媒質の変化によって低反射膜の反射率は変化しない。
【００５１】
この３層低反射膜の発振波長と反射率の関係を図５に示す。この関係は以下の方法で求めた。まずアルミナ、アモルファスシリコンの各膜を、ＥＣＲ法で厚さ１００ｎｍ作成し、１０ｍｍ角のウエハを作成した。その後、エリプソメトリ測定で、屈折率の波長依存性を測定した。これらのデータを用いて、前記のソフトＥｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍａｃｌｏｅｄで３層膜の反射率の波長依存性を計算した。発振波長が１４００〜１６００ｎｍにおいて、媒質が空気、樹脂のどちらの場合においても、反射率は１％以下であった。また、両者の差が０．５％を超えることはない。より好ましくは、両者の差は０．３％を超えることはない。また、反射率の変動係数は、３層膜の反射率の最大値をＭＡＸ、最小値をＭＩＮとした時、（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）と定義する。波長１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲で媒質が空気、樹脂ともに、この変動係数は約１２〜１４％であり、４０％を超えることはない。より好ましくは２０％を超えることはない。
このような本発明により、ＤＦＢレーザ素子の製造バラツキを低減させ、製品のコストダウンに寄与する為、産業上有用である。
【００５２】
図７は、上記多層膜の低反射膜を有するＤＦＢレーザ素子４５を用いた光通信用装置の断面図を示す。ＤＦＢレーザ素子４５は、上記の３層低反射膜を有する。光ファイバ４１は、この低反射膜の出射端面から約３０μｍほど離れた位置に、光ファイバ支持用シリコン基板４４の上にセットされる。ＤＦＢレーザ素子から出射される光が光ファイバに入射するよう調芯作業を行うが、シリコン基板４４によってこの調芯作業は容易に行うことができる。さらにこの光ファイバ４１は、フェルール４２でパッケージ４３に固定される。実装基板４７（材料は、例えばＡｌＮが用いられる。他にシリコン、アルミナ、ＳｉＣ等が用いられる）の上に、ＤＦＢレーザ素子４５と受光素子４６がセットされる。受光素子４６は、ＤＦＢレーザ素子４５の高反射膜を有する面から出射される光をモニターする。シリコーン樹脂４８は、光ファイバ４１の先端部とＤＦＢレーザ素子４５と受光素子４６を覆うように充填される。光ファイバ支持シリコン基板４４、実装基板４７は、搭載台４９（材料は、例えばＣｕＷが用いられる。他にＦｅＮｉ合金リードフレーム、プラスチック等が用いられる）の上にセットされる。
【００５３】
図８は、上記多層膜の低反射膜を有するＤＦＢレーザ素子４５を用いた光通信用装置の上面図を示す。ＤＦＢレーザ素子４５が発振するために必要な電力は、レーザ素子用陽極電極５５、レーザ素子用陰極電極５２に供給される。また受光素子が動作するために必要な電力は、受光素子用陽極電極５１、受光素子用陰極電極５３に供給される。これらの電極はリード５４で外部の電気回路と接続される。
【００５４】
＜実施形態２＞
樹脂としてシリコーン系（屈折率は１．４）を用い、低反射膜を３層にし、第１層の材料をＳｉＮｘ、第２層をアモルファスシリコン、第３層をＳｉＮｘとした場合、各層の膜厚の設計結果を表４に示す。計算ソフトは市販のＥｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍａｃｌｏｅｄを用いた。各層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて製造される。ＤＦＢレーザの発振波長は１．５５μｍ帯である。
【００５５】
【表４】
2004214328.tif 000006
【００５６】
この３層低反射膜の発振波長と反射率の関係を図１０に示す。この関係は前記実施形態１と同じ方法で求められた。発振波長が１４００〜１６００ｎｍにおいて、媒質が空気、樹脂のどちらの場合においても、反射率は約１．３％以下であった。また、両者の差が０．５％を超えることはない。（より好ましくは、両者の差は０．３％以下を超えることはない。）また、反射率の変動係数（（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ））は、波長１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲で、媒質が空気のときの変動係数は約３３％であり、媒質が樹脂のときの変動係数は約１１％であった。これらより、両者の変動係数は４０％を超えることはない。より好ましくは、両者の変動係数は３５％を超えることはない。
【００５７】
図１３は、本実施形態２において、媒質が空気のときと樹脂のときで、反射ベクトルの和の大きさは変化しないことを示す。媒質が空気の反射率の極座標表示はベクトルｒ、樹脂の反射率の極座標表示はベクトルＲであらわされる。ここでベクトルｒ１は空気（媒質）と第３層の界面における反射波、ベクトルｒ２は第３層と第２層の界面における反射波、ベクトルｒ３は第２層と第１層の界面における反射波、ベクトルｒ４は半導体積層構造（ＩｎＰ）と第１層の界面における反射波、ベクトルＲ１は樹脂（媒質）と第３層の界面における反射波を示す。
【００５８】
この図からわかるように、ベクトルｒはベクトルｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の和であり、ベクトルＲはベクトルＲ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の和であり、ベクトルｒとベクトルＲの方向は異なるが、大きさは同じである。
【００５９】
＜実施形態３＞
図９は、前記３層膜の低反射膜を有するＤＦＢレーザ素子４５を用いた光通信用装置の実施形態３の断面図を示す。ＤＦＢレーザ素子４５は、前記３層低反射膜を有する。光ファイバ４１は、この低反射膜の出射端面から約３０μｍほど離れた位置にセットされる。さらにこの光ファイバ４１は、フェルール４２でパッケージ４３に固定される。実装基板４７（材料は、例えばＡｌＮが用いられる。他にシリコン、アルミナ、ＳｉＣ等が用いられる。）の上に、ＤＦＢレーザ素子４５と受光素子４６がセットされる。受光素子４６は、ＤＦＢレーザ素子４５の高反射率膜を有する面から出射される光をモニターする。シリコーン樹脂４８は、光ファイバ４１の先端部とＤＦＢレーザ素子４５と受光素子４６を覆うように充填される。実装基板４７は、搭載台４９（材料は、例えばＣｕＷが用いられる。他にＦｅＮｉ合金リードフレーム、プラスチック等が用いられる）の上にセットされる。この実施形態３は、光ファイバ支持用シリコン基板を使用しないので、部品点数が削減される効果がある。
【００６０】
＜実施形態４＞
ＤＦＢレーザ素子の発振波長は１．３μｍ帯で、樹脂としてシリコーン系（屈折率は１．４）を用い、低反射膜を３層にし、第１層の材料をアルミナ、第２層をアモルファスシリコン、第３層をアルミナとした場合、各層の膜厚の設計結果を表５に示す。計算ソフトは市販のＥｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍａｃｌｏｅｄを用いた。各層は、ＥＣＲ法を用いて製造される。１．３μｍのＤＦＢレーザの発振波長は、実施形態１のＤＦＢレーザにおいて、活性層の材料であるＩｎＧａＡｓＰの組成または膜厚を変更することで得られる。
【００６１】
【表５】
2004214328.tif 000007
【００６２】
この３層低反射膜の発振波長と反射率の関係を図１４に示す。発振波長が１２００〜１４００ｎｍにおいて、媒質が空気、樹脂のどちらの場合においても、反射率は約１．０％以下であった。また、両者の差が０．５％を超えることはない。
【００６３】
また、反射率の変動係数（（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ））は、波長１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲で、媒質が空気のときの変動係数は約１７％であり、媒質が樹脂のときの変動係数は約１４％であった。両者の変動係数は、４０％を超えることはない。より好ましくは２０％を超えることはない。
【００６４】
＜比較例＞
ＤＦＢレーザ素子の発振波長は１．３μｍ帯で、樹脂としてシリコーン系（屈折率は１．３８）を用い、低反射膜を１層にし、材質はＳｉＮとした場合、膜厚の設計結果を表６に示す。
【００６５】
【表６】
2004214328.tif 000008
【００６６】
この３層低反射膜の発振波長と反射率の関係を図１１に示す。発振波長が１３００ｎｍのとき媒質が空気、樹脂のどちらの場合においても反射率は１％以下になるが、１２００〜１４００ｎｍの範囲において１％以上になってしまう領域が発生する。また、反射率の変動係数を（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）で定義した場合、波長１２００ｎｍ〜１４００ｎｍの範囲で、媒質が空気のときの変動係数は約４０％であり、媒質が樹脂のときの変動係数は約２５％であった。この結果は、同じ発振波長帯の実施形態４と比較して大きい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、活性層を含む半導体積層構造の光を出射する面に低反射膜を有する半導体レーザ素子の該低反射膜が２層以上の多層膜で、樹脂を充填する前の低反射膜の反射波ベクトルをｒ、第ｉ層（ｉは前記半導体レーザ素子と前記低反射膜の界面から順番に、ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ−１、ｎと定義される）の厚さをｄｉ、第ｉ層の屈折率をｋｉ、第ｉ層の位相膜厚をｚｉ、樹脂を充填する前に該低反射膜と接している媒質の屈折率をｋ０、半導体積層構造の等価屈折率をｋｓ、虚数をｊ、半導体レーザ素子の発振波長をｗとするとき、
ｒ＝ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚｎ）＋ｒ３ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１））＋ｒ４ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１＋ｚｎ−２））＋・・・・・＋ｒｎｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ−１））＋ｒｎ＋１ｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ））
ここで、
第ｎ層と樹脂を充填する前に第ｎ層と接している媒質との界面における反射波ベクトルはｒ１、
第ｎ層と第ｎ−１層との界面における反射波ベクトルはｒ２、
・・・・・・・
第２層と第１層との界面における反射波ベクトルはｒｎ、
第１層と半導体積層構造との界面における反射波ベクトルはｒｎ＋１、
であり、さらに
ｒ１＝（ｋ０−ｋｎ）／（ｋ０＋ｋｎ）
ｒ２＝（ｋｎ−ｋｎ−１）／（ｋｎ＋ｋｎ−１）
ｒ３＝（ｋｎ−１−ｋｎ−２）／（ｋｎ−１＋ｋｎ−２）
・・・・・・・・・・・・・・・
ｒｎ＝（ｋ２−ｋ１）／（ｋ２＋ｋ１）
ｒｎ＋１＝（ｋ１−ｋＳ）／（ｋ１＋ｋＳ）
ｚｉ＝２πｋｉｄｉ／ｗ
が成立し、かつ、
樹脂を充填・固着した後の低反射膜の反射波ベクトルをＲ、第ｉ層と樹脂との界面における反射波ベクトルをＲ１、樹脂の屈折率をｋｒとするとき、
Ｒ＝Ｒ１＋ｒ２ｅｘｐ（ｊ２ｚｎ）＋ｒ３ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１））＋ｒ４ｅｘｐ（ｊ２（ｚｎ＋ｚｎ−１＋ｚｎ−２））＋・・・・・＋ｒｎｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ−１））＋ｒｎ＋１ｅｘｐ（ｊ２（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋・・・・＋ｚｎ））
Ｒ１＝（ｋｒ−ｋｎ）／（ｋｒ＋ｋｎ）
が成立し、かつ、反射波ベクトルｒの実部の絶対値は、ほぼ反射波ベクトルＲの実部の絶対値と等しくなるように、多層膜の各層の厚さｄｉを設定したため、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かし、樹脂封止後も半導体レーザ素子の特性が変動しない光通信用装置、特に半導体レーザ素子と光導波路を組み合わせた光通信用装置を提供することができる。
【００６８】
また、請求項２にかかる発明によれば、この多層膜は前記半導体レーザ素子と前記低反射膜の界面から順番に、第１層、第２層、第３層の３層膜からなり、樹脂を充填する前の３層低反射膜の反射波ベクトルをｒ’、樹脂で充填・固着した後の３層低反射膜の反射波ベクトルをＲ’、第３層と樹脂を充填する前に該第３層と接している媒質との界面における反射波ベクトルをｒ’１、第３層と第２層の界面における反射波ベクトルをｒ’２、第２層と第１層の界面における反射波ベクトルをｒ’３、第３層と半導体積層構造の界面における反射波ベクトルをｒ’４、第１層の厚さをｄ’１、第２層の反射膜の厚さをｄ’２、第３層の反射膜の厚さをｄ’３、第１層の屈折率をｋ’１、第２層の屈折率をｋ’２、第３層の屈折率をｋ’３、樹脂を充填する前に該第３層と接している媒質の屈折率をｋ’０，樹脂の屈折率をｋ’ｒ，半導体積層構造の等価屈折率をｋ’ｓ、第１層と樹脂との界面における反射波ベクトルをＲ’１、虚数をｊ’、第１層の位相膜厚をｚ’１、第２層の位相膜厚をｚ’２、第３層の位相膜厚をｚ’３、半導体レーザ素子の発振波長をｗ’とするとき、
ｒ’＝ｒ’１＋ｒ’２ｅｘｐ（ｊ’２ｚ’３）＋ｒ’３ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２））＋ｒ’４ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２＋ｚ’１））
ｒ’１＝（ｋ’０−ｋ’３）／（ｋ’０＋ｋ’３）
ｒ’２＝（ｋ’３−ｋ’２）／（ｋ’３＋ｋ’２）
ｒ’３＝（ｋ’２−ｋ’１）／（ｋ’２＋ｋ’１）
ｒ’４＝（ｋ’１−ｋ’Ｓ）／（ｋ’１＋ｋ’Ｓ）
ｚ’１＝２πｋ’１ｄ’１／ｗ’
ｚ’２＝２πｋ’２ｄ’２／ｗ’
ｚ’３＝２πｋ’３ｄ’３／ｗ’
が成立し、かつ、
Ｒ’＝Ｒ’１＋ｒ’２ｅｘｐ（ｊ’２ｚ’３）＋ｒ’３ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２））＋ｒ’４ｅｘｐ（ｊ’２（ｚ’３＋ｚ’２＋ｚ’１））
Ｒ’１＝（ｋ’ｒ−ｋ’３）／（ｋ’ｒ＋ｋ’３）
が成立し、かつ、反射波ベクトルｒ’の実部の絶対値と反射波ベクトルＲ’の実部の絶対値がほぼ等しくなるように、３層膜の各層の厚さｄ’１、ｄ’２、ｄ’３を設定したため、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かし、樹脂封止後も半導体レーザ素子の特性が変動しない光通信用装置、特に半導体レーザ素子と光導波路を組み合わせた光通信用装置を提供することができる。
【００６９】
また、請求項３、４にかかる発明によれば、低反射膜の反射率を１．５％以下としたため、ＦＰモードでの発振を抑制し、安定な単一縦モード発振を実現できるという効果を奏する。
【００７０】
また、請求項５、６にかかる発明によれば、媒質が空気の場合における低反射膜の反射率と、媒質が樹脂の場合における低反射膜の反射率との差が、０．５％以下としたため、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かし、樹脂封止後も半導体レーザ素子の特性が変動しない光通信用装置、特に半導体レーザ素子と光導波路を組み合わせた光通信用装置を提供することができる。
【００７１】
また、請求項７、８にかかる発明によれば、前記低反射膜の変動係数を４０％未満であるとしたため、広い波長範囲で、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かし、樹脂封止後も半導体レーザ素子の特性が変動しない光通信装置、特に半導体レーザ素子と光導波路を組み合わせた光通信用装置を提供することができる。
【００７２】
また、請求項９にかかる発明によれば、光導波路を光ファイバとしたため、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かした光通信用装置を提供することができる。
【００７３】
また、請求項１０にかかる発明によれば、３層膜は、第１層をアルミナ、第２層をアモルファスシリコン、第３層をアルミナとしたため、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かした光通信用装置を提供することができる。
【００７４】
また、請求項１１にかかる発明によれば、３層膜は、第１層をＳｉＮｘ、第２層をアモルファスシリコン、第３層をＳｉＮｘとしたため、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かした光通信用装置を提供することができる。
【００７５】
また、請求項１２にかかる発明によれば、光通信用装置は半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射される光を導波する光ファイバと、光ファイバをパッケージに固定するために用いられるフェルールとを有することとしたため、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かした光通信用装置を提供することができる。
【００７６】
また、請求項１３にかかる発明によれば、光通信用装置は、さらに、光ファイバを支持するために用いられる光ファイバ支持基板を有することとしたため、簡易実装樹脂封止光モジュールが有する経済性の特徴を生かした光通信用装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のＤＦＢレーザ素子の縦断面図、（ｂ）は横断面図を示す。
【図２】本発明のＤＦＢレーザ素子の部分欠き斜視図を示す。
【図３】（ａ）は低反射膜が単層の場合で媒質が空気の場合の反射波のベクトル表示を示す。（ｂ）は媒質が樹脂の場合を示す。（ｃ）は反射波のベクトル和を示す。
【図４】低反射膜が単層で、材質がアルミナの場合の発振波長と反射率の関係を示す。
【図５】本発明の実施形態１で、低反射膜が３層の場合の発振波長と反射率の関係を示す。
【図６】本発明の検討で用いた、低反射膜が単層の場合のＤＦＢレーザ素子の縦断面図を示す。
【図７】本発明の実施形態１である光通信用装置の断面図の一例を示す。
【図８】本発明の実施形態１である光通信用装置の上面図の一例を示す。
【図９】本発明の実施形態３である光通信用装置の断面図の一例を示す。
【図１０】本発明の実施形態２である光通信用装置において、発振波長と反射率の関係を示す。
【図１１】比較例の光通信用装置において、発振波長と反射率の関係を示す。
【図１２】本発明の実施形態１である光通信用装置において、低反射膜が３層の場合で媒質が空気、樹脂の反射波のベクトル表示、及びその和を示す。
【図１３】本発明の実施形態２である光通信用装置において、低反射膜が３層の場合で媒質が空気、樹脂の反射波のベクトル表示、及びその和を示す。
【図１４】本発明の実施形態４である光通信用装置において、発振波長と反射率の関係を示す。
【図１５】本発明の実施形態におけるｎ層多層膜と反射波ベクトルを示す。
【符号の説明】
１  ｎ型ＩｎＰ基板
２  ｎ型ＩｎＰクラッド層
３  ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層
４  ｐ型ＩｎＰスペーサ層
５  ＩｎＧａＡｓＰ回折格子
６  ｐ型ＩｎＰクラッド層
７  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
８  ｐ側電極
９  ｎ側電極
１０  低反射膜
１１  高反射膜
２０  ＤＦＢレーザ素子
２１  ｐ型ＩｎＰブロッキング層
２２  ｎ型ＩｎＰブロッキング層
３０  半導体積層構造
３１  単層の低反射膜
４１  光ファイバ
４２  フェルール
４３  パッケージ
４４  光ファイバ支持用シリコン基板
４５  ＤＦＢレーザ素子
４６  受光素子
４７  実装基板
４８  樹脂
４９  搭載台
５０  ＤＦＢレーザ素子
５１  受光素子用陽極電極
５２  レーザ素子用陰極電極
５３  受光素子用陰極電極
５４  リード
５５  レーザ素子用陽極電極
【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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