(57)【要約】【課題】光出力を減少せずとも、戻り光耐性を高くすることができ、かつ簡易かつ小型化を実現すること。【解決手段】下部多層膜反射鏡１２と上部多層膜反射鏡１６とによって共振器を形成し、下部多層膜反射鏡１２と上部多層膜反射鏡１６との間に活性層３２を配置した面発光レーザ素子１０において、活性層３２の障壁層にカーボンを変調ドーピングし、微分利得を増大して共振器内の緩和振動周波数が面発光レーザ素子１０から出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えるように設定する。【選択図】        図１
2005252032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、該下部多層膜反射鏡と該上部多層膜反射鏡との間に活性層を配置した面発光レーザ素子において、
前記共振器内のバイアス点における緩和振動周波数が、当該面発光レーザ素子から出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えて設定されることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記緩和振動周波数の設定は、微分利得を増大させることによって設定することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記活性層を形成する障壁層にｐ型不純物をドーピングすることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記ドーピングの濃度は、１×１０18ｃｍ-3〜２×１０19ｃｍ-3であることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記ｐ型不純物は、少なくともＣ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇからなる群のいずれか一つを含むことを特徴とする請求項３または４に記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、該下部多層膜反射鏡と該上部多層膜反射鏡との間に活性層を配置した面発光レーザ素子において、
室温時の利得ピーク波長から動作時の発振波長へのデチューニングを短波長側に向けて行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記デチューニングの値は、少なくともデチューニング後における微分利得が増大する値であることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記デチューニングの値は、波長をエネルギーに換算したエネルギーシフト値であり、２０ｍｅＶ以下の値であることを特徴とする請求項６または７に記載の面発光レーザ素子。
【請求項９】
発振周波数は、３００〜１６００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１０】
ＡｌとＡｓとを少なくとも含む電流狭窄層の一部を酸化した選択酸化層を有し、注入電流を狭窄することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１１】
前記活性層を形成する井戸層または障壁層は、Ｇａx1Ｉｎ1-x1Ｎy1Ａｓy2Ｓｂ1-y1-y2（０≦ｘ１，ｙ１，ｙ２≦１）、Ａｌx2Ｇａx3Ｉｎ1-x2-x3Ａｓ（０≦ｘ２，ｘ３≦１）、Ｔｌx4Ｇａx5Ｉｎ1-x4-x5Ａｓy3Ｐ1-y3（０≦ｘ４，ｘ５，ｙ３≦１）のいずれかを用いることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１２】
前記活性層は、量子井戸構造、量子細線構造、量子ドット構造のいずれかであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１３】
前記上部多層膜反射鏡および前記下部多層膜反射鏡は、双方が半導体多層膜あるいは双方が誘電体多層膜、または一方が半導体多層膜であり他方が誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１４】
ＧａＡｓ基板上に前記上部多層膜反射鏡、前記活性層、前記下部多層膜反射鏡が積層され、上部多層膜反射鏡および前記下部多層膜反射鏡は、Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０≦ｘ６＜１）とＡｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（０＜ｘ７≦１，ｘ６＜ｘ７）とを１対とする複数対の多層膜であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１５】
相対強度雑音の値が０〜２ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−３０ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が５ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１６】
相対強度雑音の値が０〜８ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−２０ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が１０ＧＨｚ以上であり、発振波長が１３００ｎｍ帯であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１７】
相対強度雑音の値が０〜８ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−３０ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が１０ＧＨｚ以上であり、発振波長が１５５０ｎｍ帯であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１８】
請求項１〜１７に記載の面発光レーザ素子を備え、該面発光レーザ素子から出射されたレーザ光を、光ファイバを介して外部に出力することを特徴とするレーザモジュール。
【請求項１９】
ＣＡＮパッケージを備えたことを特徴とする請求項１８に記載のレーザモジュール。
【請求項２０】
光ファイバレセプタクルを備えたことを特徴とする請求項１８に記載のレーザモジュール。
【請求項２１】
光ファイバピグテイルを備えたことを特徴とする請求項１８に記載のレーザモジュール。
【請求項２２】
相対強度雑音の値が０〜２ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−２４ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が５ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一つに記載のレーザモジュール。
【請求項２３】
相対強度雑音の値が０〜８ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−１４ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が１０ＧＨｚ以上であり、発振波長が１３００ｎｍ帯であることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一つに記載のレーザモジュール。
【請求項２４】
相対強度雑音の値が０〜８ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−２４ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が１０ＧＨｚ以上であり、発振波長が１５５０ｎｍ帯であることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一つに記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser  以下、面発光レーザ素子という）に関し、特に臨界戻り光耐性を高くすることができる面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、面発光レーザ素子は、２．５〜１０Ｇｂｐｓの高速通信システムに用いられるようになった。この面発光レーザ素子は、ＧａＡｓやＩｎＰなどの半導体基板上にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓなどを用いた一対の半導体多層膜反射鏡を形成し、この一対の半導体多層膜反射鏡の間に発光領域となる活性層を有し、半導体基板に対して垂直な方向にレーザ光を放射する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、面発光レーザ素子などの光源と光ファイバとのカップリング部分での反射や光ファイバなどの光伝送路中からの反射によって、光源に対して戻り光が発生する。この戻り光は、光源に雑音を発生させる原因となるため、この戻り光が光源に入射されないようにカップリング部分などにアイソレータなどが挿入される。
【０００５】
一方、面発光レーザ素子は、反射率が９９．５％と高いため、戻り光に対して強いと考えられていたが、共振器長が短いため、必ずしも戻り光に対して強い素子ではないことが判明した。この場合、アイソレータを挿入することによって戻り光を抑えることができるが、アイソレータの挿入によって、面発光レーザ素子を用いたレーザモジュールが高コスト化するという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光出力を減少せずとも、戻り光耐性を高くすることができ、かつ低コスト化を実現することができる面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる面発光レーザ素子は、下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、該下部多層膜反射鏡と該上部多層膜反射鏡との間に活性層を配置した面発光レーザ素子において、前記共振器内のバイアス点における緩和振動周波数が、当該面発光レーザ素子から出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えて設定されることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記緩和振動周波数の設定は、微分利得を増大させることによって設定することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記活性層を形成する障壁層にｐ型不純物をドーピングすることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記ドーピングの濃度は、１×１０18ｃｍ-3〜２×１０19ｃｍ-3であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記ｐ型不純物は、少なくともＣ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇからなる群のいずれか一つを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、下部多層膜反射鏡と上部多層膜反射鏡とによって共振器を形成し、該下部多層膜反射鏡と該上部多層膜反射鏡との間に活性層を配置した面発光レーザ素子において、室温時の利得ピーク波長から動作時の発振波長へのデチューニングを短波長側に向けて行うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記デチューニングの値は、少なくともデチューニング後における微分利得が増大する値であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記デチューニングの値は、波長をエネルギーに換算したエネルギーシフト値であり、２０ｍｅＶ以下の値であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項９にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、発振周波数は、３００〜１６００ｎｍであることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１０にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、ＡｌとＡｓとを少なくとも含む電流狭窄層の一部を酸化した選択酸化層を有し、注入電流を狭窄することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１１にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記活性層を形成する井戸層または障壁層は、Ｇａx1Ｉｎ1-x1Ｎy1Ａｓy2Ｓｂ1-y1-y2（０≦ｘ１，ｙ１，ｙ２≦１）、Ａｌx2Ｇａx3Ｉｎ1-x2-x3Ａｓ（０≦ｘ２，ｘ３≦１）、Ｔｌx4Ｇａx5Ｉｎ1-x4-x5Ａｓy3Ｐ1-y3（０≦ｘ４，ｘ５，ｙ３≦１）のいずれかを用いることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１２にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記活性層は、量子井戸構造、量子細線構造、量子ドット構造のいずれかであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１３にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記上部多層膜反射鏡および前記下部多層膜反射鏡は、双方が半導体多層膜あるいは双方が誘電体多層膜、または一方が半導体多層膜であり他方が誘電体多層膜であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１４にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、ＧａＡｓ基板上に前記上部多層膜反射鏡、前記活性層、前記下部多層膜反射鏡が積層され、上部多層膜反射鏡および前記下部多層膜反射鏡は、Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０≦ｘ６＜１）とＡｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（０＜ｘ７≦１，ｘ６＜ｘ７）とを１対とする複数対の多層膜であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１５にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、相対強度雑音の値が０〜２ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−３０ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が５ＧＨｚ以上であることを特徴とする。この面発光レーザ素子は、２．５Ｇｂｐｓ動作に好適である。
【００２２】
また、請求項１６にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、相対強度雑音の値が０〜８ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−２０ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が１０ＧＨｚ以上であり、発振波長が１３００ｎｍ帯であることを特徴とする。この面発光レーザ素子は、１０Ｇｂｐｓ動作に好適である。
【００２３】
また、請求項１７にかかる面発光レーザ素子は、上記の発明において、相対強度雑音の値が０〜８ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−３０ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が１０ＧＨｚ以上であり、発振波長が１５５０ｎｍ帯であることを特徴とする。この面発光レーザ素子は、１０Ｇｂｐｓ動作に好適である。
【００２４】
また、請求項１８にかかるレーザモジュールは、請求項１〜１７に記載の面発光レーザ素子を備え、該面発光レーザ素子から出射されたレーザ光を、光ファイバを介して外部に出力することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１９にかかるレーザモジュールは、上記の発明において、ＣＡＮパッケージを備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項２０にかかるレーザモジュールは、上記の発明において、光ファイバレセプタクルを備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項２１にかかるレーザモジュールは、上記の発明において、光ファイバピグテイルを備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項２２にかかるレーザモジュールは、上記の発明において、相対強度雑音の値が０〜２ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−２４ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が５ＧＨｚ以上であることを特徴とする。このレーザモジュールは、２．５Ｇｂｐｓ動作に好適である。
【００２９】
また、請求項２３にかかるレーザモジュールは、上記の発明において、相対強度雑音の値が０〜８ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−１４ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が１０ＧＨｚ以上であり、発振波長が１３００ｎｍ帯であることを特徴とする。このレーザモジュールは、１０Ｇｂｐｓ動作に好適である。
【００３０】
また、請求項２４にかかるレーザモジュールは、上記の発明において、相対強度雑音の値が０〜８ＧＨｚの前記光通信周波数領域において−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量が−２４ｄＢ以上であり、前記バイアス点における緩和振動周波数が１０ＧＨｚ以上であり、発振波長が１５５０ｎｍ帯であることを特徴とする。このレーザモジュールは、１０Ｇｂｐｓ動作に好適である。
【発明の効果】
【００３１】
この発明にかかる面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュールは、共振器内のバイアス点における緩和振動周波数が、当該面発光レーザ素子から出力されるレーザ光を変調する光通信周波数を超えて設定し、具体的には活性層を形成する障壁層にｐ型不純物をドーピングし、あるいは室温時の利得ピーク波長から動作時の発振波長へのデチューニングを短波長側に向けて行い、これらによって微分利得を増大し、緩和振動周波数を増大することによって光通信周波数を超えるように設定し、戻り光耐性を高めるようにしているので、反射率を高くすることによって光出力を減少せずとも、戻り光耐性を高くすることができ、かつレーザモジュールの低コスト化を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、この発明を実施するための最良の形態である面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュールについて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる面発光レーザ素子について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である面発光レーザ素子を斜めからみた断面図である。図１において、この面発光レーザ素子１０は、（００１）面のｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）２１、下部多層膜反射鏡１２、活性領域１３、電流狭窄層１５を含む上部多層膜反射鏡１６、コンタクト層１７が順次積層され、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の下部にはｎ側電極２１が設けられ、コンタクト層１７の上部にはリング状のｐ側電極１８およびこのｐ側電極１８の電極引き出し用の電極パッド２０が設けられた構造を有する。活性領域１３、上部多層膜反射鏡１６およびｐ側電極１８は、その周囲が除去された円柱状のメサポストを形成し、メサポストの側壁および下部多層膜反射鏡１２の上部はシリコン窒化膜１９によって覆われ、メサポストの周囲はこのシリコン窒化膜１９を介したポリイミド２２で埋められている。
【００３４】
下部多層膜反射鏡１２は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１側から、ＡｌＡｓとＧａＡｓとを１ペアとする多層膜を２５．５ペアが積層され、さらにその上部にＡｌ10.9Ｇａ0.1ＡｓとＧａＡｓとを１ペアとする多層膜が１０ペア積層された構造を有する。活性領域１３は、クラッド層３１，３３で挟まれた活性層３２を有し、活性層３２は、Ｇａ0.63Ｉｎ0.37Ｎ0.01Ａｓ0.974Ｓｂ0.016（量子井戸層）／ＧａＡｓ0.93Ｐ0.07（障壁層）の多重量子井戸構造を形成し、量子井戸層を３層有する。ここで、障壁層には、ｐ＝５×１０18ｃｍ-3のカーボンがドーピングされている。上部多層膜反射鏡１６は、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＧａＡｓを１ペアとする多層膜を２３あるいは２６ペア積層した構造を有する。この面発光レーザ素子１０の発振波長は約１３１０ｎｍである。
【００３５】
この面発光レーザ素子１０の製造方法について説明すると、まず上述したｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ−ＧａＡｓバッファ層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）２１、下部多層膜反射鏡１２，活性領域１３、上部多層膜反射鏡１６、ＧａＡｓによって形成されるコンタクト層１７を順次積層する。なお、上部多層膜反射鏡１２の最下層に膜厚２０ｎｍのＡｌＡｓによって形成される電流狭窄層１５が積層される。
【００３６】
その後、プラズマＣＶＤ法によって、コンタクト層１７の成長表面にシリコン窒化膜を成膜し、直径約４０〜４５μｍの円形パターンをフォトレジストによるフォトリソグラフィ技術を用いて転写する。この転写された円形レジストマスクを用いて、シリコン窒化膜を、ＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法でエッチングする。さらに、塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法によって下部多層膜反射鏡１２に到達するまでエッチングし、柱状構造のメサポストを形成する。なお、ＲＩＢＥ法によるエッチング深さは、下部多層膜反射鏡１２内で停止させるようにする。
【００３７】
この状態で、水蒸気雰囲気中で４００℃に加熱し、放置することによって、上部多層膜反射鏡１６の最下層の電流狭窄層１５を選択的に酸化する。これによって選択酸化層１４が形成される。この選択酸化層１４が形成されない電流狭窄層１５の電流注入経路は直径３〜１０μｍとなる。その後、ＲＩＥ法によってシリコン窒化膜を完全に除去した後に、ポリイミド２２でメサポストの周囲を埋める。
【００３８】
さらに、プラズマＣＶＤ法によって、あらためてシリコン窒化膜を全面に形成する。その後、メサポスト上部のシリコン窒化膜を円形に除去し、ここにリング状のＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極であるｐ側電極１８を形成する。さらに、電極引き出し用にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ
の電極パッド２０を形成する。この電極パッド２０の面積は、３０００平方μｍである。その後、ｎ−ＧａＡｓ基板１１を２００μｍ程度に研磨した後、その表面にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極を蒸着し、最後に窒素雰囲気中で約４００℃にアニールする。
【００３９】
図２は、活性領域１３近傍の断面構造を示す図である。図２に示すように、活性層３２は、膜厚１５ｎｍのＧａＡｓ0.93Ｐ0.07からなる４層の障壁層４１ａ〜４１ｄの間に、膜厚７．３ｎｍのＧａ0.63Ｉｎ0.37Ｎ0.01Ａｓ0.974Ｓｂ0.016からなる３層の量子井戸層４２ａ〜４２ｃが挟まれる３重量子井戸構造を有する。障壁層４１ａ〜４１ｄのそれぞれには、上述したようにｐ＝５×１０18ｃｍ-3のカーボンがドーピングされている。この活性層３２の上下には膜厚１２８ｎｍのクラッド層３１，３３が設けられる。上部多層膜反射鏡１６および下部多層膜反射鏡１２の各膜厚は、λ／４である。
【００４０】
この面発光レーザ素子１０は、障壁層４１ａ〜４１ｄにｐ型不純物をドーピングすることによって戻り光耐性を大きくすることができる。ここで、半導体レーザ素子に戻り光があった場合、半導体レーザ素子の特性によって雑音が急激に増大する雑音レベルが異なるが、端面出射型レーザ素子における臨界戻り光量ｆextcは、一般的に次式（１）で示される。すなわち、
ｆextc＝(τL2／１６｜Ｃe｜2)・(Ｋ・ｆｒ2＋１／τe)2・((１＋α2)／α4)
…  （１）
である。ここで、τLは共振器の光閉じ込め時間、Ｃeはレーザ出射端での戻り光との結合効率、ＫはＫファクタ、ｆｒは緩和振動周波数、τeは電子寿命、αはスペクトル線幅増大係数である。
【００４１】
臨界戻り光量ｆextcを大きくすることは、戻り光耐性を大きくすることであり、面発光レーザ素子の場合、光出力を損なわずにこの臨界戻り光量ｆextcを増大するには緩和振動周波数ｆｒの増大が最も大きく寄与することがわかった。図３は、臨界戻り光量ｆextcの緩和振動周波数ｆｒ依存性を示す図である。図３に示すように、緩和振動数ｆｒの増大とともに臨界戻り光量ｆextcも大きくなる。たとえば、緩和振動数ｆｒが５ＧＨｚのときは臨界戻り光量ｆextcが約−３０ｄＢであるが、緩和振動数ｆｒが２０ＧＨｚになると臨界戻り光量ｆextcが約−１０ｄＢと大きくなる。すなわち、−１０ｄＢまでの戻り光があっても面発光レーザ素子内に発生する雑音を抑制することができる。
【００４２】
この緩和振動周波数ｆｒは、次式に示す関係を有する。すなわち、
ｆｒ∝（ａ（ｄｇ／ｄｎ）・（Ｉ−Ｉth））1/2                    …  （２）
である。したがって、緩和振動周波数ｆｒを大きくするには、微分利得（ｄｇ／ｄｎ）と電流注入量（Ｉ−Ｉth）とを大きくすればよい。電流注入量（Ｉ−Ｉth）は面発光レーザ素子に注入される動的なものであることから、微分利得（ｄｇ／ｄｎ）を大きくすればよいことがわかる。
【００４３】
この微分利得（ｄｇ／ｄｎ）を大きくするには、活性層３２の障壁層４１ａ〜４１ｄに不純物をドーピングすることによって実現できる。図４は、臨界戻り光量ｆextcの変調ドーピング量依存性を示す図である。図４に示すように、障壁層４１ａ〜４１ｄへのドーピング量を増大することによって臨界戻り光量ｆextcが大きくなる。たとえば、変調ドーピング量をｐ＝１×１０17ｃｍ-3からｐ＝１×１０19ｃｍ-3まで変化させると臨界戻り光量ｆextcを約１０ｄＢ大きくすることができる。この実施の形態１では、ｐ＝５×１０18ｃｍ-3のカーボンをドーピングしている。
【００４４】
この実施の形態１の面発光レーザ素子１０は、選択酸化層１４による開口面積が３０μｍ2であり、閾値電流１ｍＡ、スロープ効率０．３Ｗ／Ａ、１００℃以上での連続発振が得られた。このときの緩和振動周波数ｆｒは、バイアス電流５ｍＡにおいて、障壁層に対する変調ドーピングを行わなかった場合、６ＧＨｚであったが、変調ドーピングを行うことによって９ＧＨｚまで増大させることができている。すなわち、図３に示すように臨界戻り光量を−２８ｄＢから−２２ｄＢに増大させることができた。
【００４５】
ここで、面発光レーザ素子１０内で生じる相対強度雑音（ＲＩＮ）の戻り光依存性について考察する。図５に示すように、ＲＩＮは戻り光の増大に伴って増大するが大きく２つの臨界点がある。１つは、面発光レーザ素子自体の共振器モードと外部共振器モードとのモード競合が生じる臨界点Γｃである。他の１つは、コヒーレントコラプスによる臨界点（臨界戻り光量）ｆextcである。面発光レーザ素子と戻り光の反射点との距離が短くなると臨界点Γｃ，ｆextc間は近づくことになる。戻り光の増大に伴って臨界点Γｃを過ぎるとＲＩＮは微増し、臨界点ｆextcを過ぎるとＲＩＮは急激に増大する。したがって、臨界点ｆextcの値を大きくすることによって大きなＲＩＮの発生を抑えることができる。すなわち、図５に示すように臨界点ｆextcを臨界点ｆextc’とすることによってＲＩＮと戻り光との特性曲線は、戻り光の増大側に変形し、ＲＩＮの値が小さい戻り光領域Ｅ１，Ｅ２を広げることができ、大きな戻り光耐性を増大させることができる。この臨界点ｆextcが上述した臨界戻り光量ｆextcである。
【００４６】
この面発光レーザ素子を用いて光通信を行う場合について考察する。図６は、ＲＩＮの周波数特性を示す図である。図６に示すようにＲＩＮは、緩和振動周波数ｆｒ近傍で大きな値をとる。図６では、緩和振動周波数ｆｒ＝５ＧＨｚであるため、その近傍のＲＩＮの値が大きくなっている。ここで、光通信の伝送速度が２ＧＨｚ程度である場合、緩和振動周波数ｆｒの影響を受けずに通信を行うことができるが、光通信の伝送速度が８ＧＨｚ程度まで高くなると、５ＧＨｚの緩和振動周波数が雑音として通信に影響を与えることになる。この場合、０〜８ＧＨｚの通信周波数帯域ＥHを越え、この通信周波数帯域ＥHに緩和振動周波数による雑音がかぶらない緩和振動周波数ｆｒ’にシフトすればＲＩＮの値が低くなり、良好な通信を行うことができる。実施の形態１では、緩和振動周波数が６ＧＨｚから９ＧＨｚまでシフトさせることができたので、たとえば８ＧＨｚ程度の伝送速度をもつ通信時にＲＩＮの値を低く抑えることができる。
【００４７】
すなわち、変調ドーピングによって微分利得を増大させ、この微分利得の増大によって緩和振動周波数が増大し、この緩和振動周波数の増大によって、ＲＩＮの値が低くなり、臨界戻り光耐性を大きくすることができるということになる。
【００４８】
ところで、臨界戻り光量は、緩和振動周波数の増大に伴って増大するとともに、上部多層膜反射鏡１６の反射率の増大に伴って増大する。図７は、緩和振動周波数をパラメータとした場合における臨界戻り光量の反射率依存性を示す図である。図７に示すように、臨界戻り光量は、緩和振動周波数の増大に伴って増大するだけでなく、上部多層膜反射鏡１６の反射率の増大に伴って増大する。ここで、反射率の増大は、面発光レーザ素子の出力を低下させることを意味する。一方、面発光レーザ素子は、高出力化は容易ではない。したがって、変調ドーピングによる緩和振動周波数の増大は、面発光レーザ素子の光出力を減少させずに戻り光耐性を高くすることができ、しかも良好な高速通信を可能にする。たとえば、図７において、反射率を０．９９５に設定し、緩和振動周波数を１０ＧＨｚとすることによって現状のＤＦＢレーザ素子に対する臨界戻り光規格である−２４ｄＢをクリアすることになる。
【００４９】
この変調ドーピングを行った面発光レーザ素子としては次のようなものがある。たとえば、０〜２ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−３０ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが５ＧＨｚ以上となる長波長帯の面発光レーザ素子が実現され、これによって伝送速度２．５Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。また、０〜８ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−２０ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが１０ＧＨｚ以上となる１．３μｍ帯の面発光レーザ素子が実現され、これによって伝送速度１０Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。さらに、０〜８ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−３０ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが１０ＧＨｚ以上となる１．５５μｍ帯の面発光レーザ素子が実現され、これによって伝送速度１０Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態１では、変調ドーピング濃度がｐ＝５×１０18ｃｍ-3であったが、変調ドーピング濃度としては、ｐ＝１×１０18ｃｍ-3からｐ＝２×１０19ｃｍ-3とすることが好ましい。また、ｐ型ドーピングするｐ型不純物としてカーボンを用いたが、これに限らず、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇなどを用いてもよいし、これら複数種類同時に用いてもよい。
【００５１】
また、上述した実施の形態１では、上部多層膜反射鏡１６および下部多層膜反射鏡１２のいずれも半導体膜を用いたが、これに限らず、たとえば誘電体膜を用いてもよい。また、上述した実施の形態１では、下部多層膜反射鏡をＡｌＡｓ／ＧａＡｓを１ペアとする多層膜で、また上部多層膜反射鏡をＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／ＧａＡｓを１ペアとする多層膜で形成したが、双方ともにＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを１ペアとする多層膜で形成することもできる。さらに、これらの各層の間に組成を徐々に変化させた組成傾斜層を設けることもできる。
【００５２】
さらに上述した実施の形態１では、量子井戸層４２ａ〜４２ｃとしてＧａＩｎＮＡｓＳｂを用いたが、これに限らず、たとえば、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系半導体材料、ＴｌＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料などを用いてもよい。また、活性層３２は、量子井戸構造であったが、これに限らず、量子細線構造、量子ドット構造であってもよい。
【００５３】
さらに、上述した実施の形態１では、約１３１０ｎｍの発振波長をもつ面発光レーザ素子であったが、その他の発振波長たとえば３００〜１６００ｎｍ帯の発振波長をもつ面発光レーザ素子も同様に形成することができる。たとえば、８５０ｎｍ帯に発振波長をもつ面発光レーザ素子も同様に形成することができる。ただし、この場合、量子井戸層はＧａＡｓもしくはＡｌＧａＩｎＡｓによって形成するようにする。
【００５４】
また、上述した実施の形態１では、面発光レーザ素子自体の戻り光耐性について述べたが、これに限らず、この面発光レーザ素子を備えたレーザモジュールを単位とした戻り光耐性についても同様に適用できる。なお、レーザモジュールは、面発光レーザ素子が、ＣＡＮパッケージもしくはその他のプラスティックパッケージなどにボンディングされ、光ファイバレセプタクル若しくはピグテイルが付属する。この場合、戻り光耐性が高いため、アイソレータなどの光学素子を搭載しなくてもよいので、レーザモジュール自体の低コスト化を図ることができる。
【００５５】
このレーザモジュール単位とすると、面発光レーザ素子と光ファイバとのカップリングによる損失が内在するため、臨界戻り光量は、見かけ上減少することになる。このカップリングによる損失が３ｄＢ程度である場合、レーザモジュールとしては往復の損失６ｄＢ分、臨界戻り光量が増すことになる。この結果、たとえば、０〜２ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−２４ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが５ＧＨｚ以上となる、長波長帯の面発光レーザ素子を有したレーザモジュールが実現され、これによって伝送速度２．５Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。また、０〜８ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−１４ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが１０ＧＨｚ以上となる、１．３μｍ帯の面発光レーザ素子を有したレーザモジュールが実現され、これによって伝送速度１０Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。さらに、０〜８ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−２４ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが１０ＧＨｚ以上となる、１．５５μｍ帯の面発光レーザ素子を有したレーザモジュールが実現され、これによって伝送速度１０Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。
【００５６】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、緩和振動周波数ｆｒを増大させる手段として障壁層４１ａ〜４１ｄに変調ドーピングを施したが、この実施の形態２では、デチューニングを行って微分利得を増大させ、これによって緩和振動周波数ｆｒを増大させるようにしている。
【００５７】
式（２）で示した緩和振動周波数ｆｒの微分利得（ｄｇ／ｄｎ）は、変調ドーピングのみでなく、デチューニングによっても増大させることができる。図８は、デチューニングによる微分利得の増大を説明する図である。図８において、レーザ光の利得は波長依存性および温度依存性を有している。室温動作時の利得曲線Ｌ１１では、利得ピーク波長λg1をピークに短波長側および長波長側に利得が減少している。同様に、低温動作時の利得曲線Ｌ１２では、利得ピーク波長λg2をピークに短波長側および長波長側に利得が減少している。低温動作時の利得曲線Ｌ１２は、室温動作時の利得曲線Ｌ１１に比して全体的に高い利得を得ている。発振波長λ１は、室温動作時の発振波長であり、利得ピーク波長λg1に一致している。発振波長λ２は、低温動作時にデチューニングによって短波長側にシフトして発振する発振波長である。この発振波長λ２は、利得ピーク波長λg2に一致していてもよい。
【００５８】
この実施の形態２でのデチューニングは、通常のデチューニングとは異なる。通常のデチューニングは、高温動作時に利得曲線が長波長側にシフトするとともに、発振波長も高温側にシフトするが、各シフト量が異なるため、このズレを補正し、高温動作時において、発振波長を高利得状態に合わせようとするものである。これに対し、この実施の形態２のデチューニングでは、通常のデチューニングとは異なり、短波長側に発振波長をシフトさせる。
【００５９】
ここで、デチューニングを室温における利得ピーク波長λgと発振波長λlasingとの差Ｄｃとして定義する（Ｄｃ＝λg−λlasing）。図８には、室温時における低電流注入時のゲインスペクトルＬ１１、高電流注入時のゲインスペクトルＬ１２および室温における設定発振波長λlasing1，λlasing2を示す。すなわち、微分利得（ｄｇ／ｄｎ）は、発振波長λlasingにおいてのΔｇ／Δｎであり、図８に示すように、λg＞λlasingと設定した方が大きくなる。
【００６０】
図９は、臨界戻り光量のデチューニング量依存性を示す図である。図９に示すように、短波長側にシフトさせるデチューニング量の増大とともに、臨界戻り光量は増大し、−３０ｄＢ以上の臨界戻り光とすることができる。特に、デチューニング量を５０ｎｍと大きくとると、臨界戻り光は−２０ｄＢ近傍まで大きくすることができる。
【００６１】
ここで、実施の形態１に示した面発光レーザ素子であって、変調ドーピングが施されておらず、障壁層４１ａ〜４１ｄに対応する障壁層をＧａＡｓによって形成し、この膜厚を２０ｎｍとし、共振器長を調整し、室温動作時の発振波長λlasingが１３００ｎｍ、利得ピーク波長λgが１３２５ｎｍとなるようにした面発光レーザ素子を作製した。なお、上部多層膜反射鏡１６および下部多層膜反射鏡１２の各多層膜の膜厚も、λ／４となるように調整されている。この面発光レーザ素子は、開口面積３０μｍ2であり、閾値電流１．５ｍＡ、スロープ効率０．２５Ｗ／Ａで連続発振する。すなわち、＋２５ｎｍの短波長側へのデチューニングを行うことによって緩和振動周波数ｆｒは、６ＧＨｚから１０ＧＨｚに増大した。実際に１０Ｇｂｐｓの光通信を行った場合、アイパターンにジッタなどはなく、良好な通信を行うことができた。
【００６２】
つぎに、ウェハ上に形成された複数の面発光レーザ素子に対し、製造上の誤差を用いてデチューニングを行った結果について説明する。図１０は、ウェハ上におけるデチューニング量の範囲を説明する図である。図１０において、特性曲線Ｒ１は、上部多層膜反射鏡１６の反射率であり、特性曲線Ｒ２は、下部多層膜反射鏡１２の反射率であり、特性曲線Ｒｍは、上部多層膜反射鏡１６と下部多層膜反射鏡１２との相乗平均である。●印は、室温動作時の利得ピーク波長を示し、×印は、室温動作時の発振波長を示している。図１０に示すように、利得ピーク波長は、ウェハの中心からの半径（距離）が増大するにしたがって短波長側にシフトし、発振波長は、ウェハの中心からの距離が増大するにしたがって長波長側にシフトしている。ここで、ウェハの中心からの距離が２０ｍｍ近傍に至ると、反射率が急激に減少し、これに伴って発振しなくなる。上述したように室温動作時の利得ピーク波長から室温動作時の発振波長を減算した値がデチューニング量であるので、図１０では、中心からの距離が約３ｍｍ程度のところの面発光レーザ素子が最も大きなデチューニング量Ｄcmaxが得られている。したがって、１．３μｍ帯面発光レーザ素子では、０〜２５ｎｍ程度、言い換えれば０〜２０ｍｅＶ程度までデチューニングを行うことができる。
【００６３】
ここで、このウェハ上の各面発光レーザ素子は、１．３μｍ帯の素子であったが、１．５５μｍ帯の面発光レーザ素子に対しては０〜３５ｎｍ程度（０〜２０ｍｅＶ程度）までデチューニングを行うことができる。これは、１．３μｍ帯におけるデチューニング量（波長）をエネルギー換算し、エネルギーシフト量として設定すればよいことを示している。この場合における１．３μｍ帯および１．５５μｍ帯の各面発光レーザ素子に対しては、２０ｍｅＶのエネルギーシフトを生じさせるデチューニングができることを意味する。
【００６４】
上述した面発光レーザ素子は、１．３μｍ帯の面発光レーザ素子であったが、もちろん、１．５５μｍ帯の面発光レーザ素子に対しても短波長側にデチューニングを行うことによって微分利得を増大し、緩和振動周波数を増大し、これによって戻り光耐性を大きくすることができる。
【００６５】
たとえば、実施の形態１に示した面発光レーザ素子であって、変調ドーピングが施されておらず、量子井戸層４２ａ〜４２ｃをＧａ0.55Ｉｎ0.45Ｎ0.025Ａｓ0.945Ｓｂ0.03、障壁層４１ａ〜４１ｄに対応する障壁層をＧａＮ0.02Ａｓ0.9Ｓｂ0.08によって形成し、この膜厚を２０ｎｍとし、共振器長を調整し、室温動作時の利得ピーク波長λgが１５８０ｎｍ、室温動作時の発振波長λlasingが１５５０ｎｍとなるようにした面発光レーザ素子を作製した。なお、上部多層膜反射鏡１６および下部多層膜反射鏡１２の各多層膜の膜厚も、λ／４となるように調整されている。この面発光レーザ素子は、開口面積３０μｍ2であり、閾値電流１．５ｍＡ、スロープ効率０．２５Ｗ／Ａで連続発振する。すなわち、＋３０ｎｍの短波長側へのデチューニングを行うことによって緩和振動周波数ｆｒは、６ＧＨｚから１０ＧＨｚに増大した。実際に１０Ｇｂｐｓの光通信を行った場合、アイパターンにジッタなどはなく、良好な通信を行うことができた。
【００６６】
この実施の形態２では、短波長側にデチューニングを行うことによって微分利得を増大し、この微分利得の増大によって緩和振動周波数ｆｒを増大し、これによって出力を低下させずに戻り光耐性が大きい面発光レーザ素子を実現している。
【００６７】
なお、上述した実施の形態２では、実施の形態１で示した変調ドーピングを施さないものであったが、実施の形態２に変調ドーピングを施すようにしてもよい。これによってさらに微分利得を向上させることができ、結果的に出力を低下させずに戻り光耐性がさらに大きい面発光レーザ素子を実現することができる。
【００６８】
また、この実施の形態２によるデチューニングを適用した場合、たとえば、０〜２ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−３０ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが５ＧＨｚ以上となる長波長帯の面発光レーザ素子が実現され、これによって伝送速度２．５Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。また、０〜８ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−２０ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが１０ＧＨｚ以上となる１．３μｍ帯の面発光レーザ素子が実現され、これによって伝送速度１０Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。さらに、０〜８ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−３０ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが１０ＧＨｚ以上となる１．５５μｍ帯の面発光レーザ素子が実現され、これによって伝送速度１０Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態２では、上部多層膜反射鏡１６および下部多層膜反射鏡１２のいずれも半導体膜を用いたが、これに限らず、たとえば誘電体膜を用いてもよい。また、上述した実施の形態２では、下部多層膜反射鏡をＡｌＡｓ／ＧａＡｓを１ペアとする多層膜で、また上部多層膜反射鏡をＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／ＧａＡｓを１ペアとする多層膜で形成したが、双方ともにＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを１ペアとする多層膜で形成することもできる。さらに、これらの各層の間に組成を徐々に変化させた組成傾斜層を設けることもできる。
【００７０】
さらに上述した実施の形態２では、量子井戸層４２ａ〜４２ｃとしてＧａＩｎＮＡｓＳｂを用いたが、これに限らず、たとえば、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系半導体材料、ＴｌＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料などを用いてもよい。また、活性層３２は、量子井戸構造であったが、これに限らず、量子細線構造、量子ドット構造であってもよい。
【００７１】
さらに、上述した実施の形態２では、１３００ｎｍ帯および１５５０ｎｍ帯に発振波長をもつ面発光レーザ素子であったが、その他の発振波長たとえば３００〜１６００ｎｍ帯の発振波長をもつ面発光レーザ素子も同様に形成することができる。たとえば、８５０ｎｍ帯に発振波長をもつ面発光レーザ素子も同様に形成することができる。ただし、この場合、量子井戸層はＧａＡｓによって形成するようにする。
【００７２】
また、上述した実施の形態２では、面発光レーザ素子自体の戻り光耐性について述べたが、これに限らず、この面発光レーザ素子を備えたレーザモジュールを単位とした戻り光耐性についても同様に適用できる。なお、レーザモジュールは、面発光レーザ素子が、ＣＡＮパッケージもしくはその他のプラスティックパッケージなどにボンディングされ、光ファイバレセプタクル若しくはピグテイルが付属する。この場合、戻り光耐性が高いため、アイソレータなどの大きな光学素子を搭載しなくてもよいので、レーザモジュール自体の低コスト化を図ることができる。
【００７３】
このレーザモジュール単位とすると、面発光レーザ素子と光ファイバとのカップリングによる損失が内在するため、臨界戻り光量は、見かけ上減少することになる。このカップリングによる損失が３ｄＢである場合、レーザモジュールとしては往復の損失６ｄＢ分、臨界戻り光量が増すことになる。この結果、たとえば、０〜２ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−２４ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが５ＧＨｚ以上となる、長波長帯の面発光レーザ素子を有したレーザモジュールが実現され、これによって伝送速度２．５Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。また、０〜８ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−１４ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが１０ＧＨｚ以上となる、１．３μｍ帯の面発光レーザ素子を有したレーザモジュールが実現され、これによって伝送速度１０Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。さらに、０〜８ＧＨｚにおけるＲＩＮの値が−１１５ｄＢ／Ｈｚとなる臨界戻り光量ｆextcが−２４ｄＢ以上であり、バイアス点における緩和振動周波数ｆｒが１０ＧＨｚ以上となる、１．５５μｍ帯の面発光レーザ素子を有したレーザモジュールが実現され、これによって伝送速度１０Ｇｂｐｓの通信を良好に行うことができる。
【００７４】
なお、上述した実施の形態１，２では、ｎ型基板上に形成した面発光レーザ素子であったが、これに限らず、ｐ型基板上に形成した面発光レーザ素子であってもよい。この場合、選択酸化層１４はｐ側、すなわち下部多層膜反射鏡側に設けられ、電流狭窄を行う。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる面発光レーザ素子を斜めからみた断面図である。
【図２】活性層近傍の詳細構成を示す断面図である。
【図３】臨界戻り光の緩和振動周波数依存性を示す図である。
【図４】臨界戻り光の変調ドーピング量依存性を示す図である。
【図５】戻り光に対するＲＩＮの変化を示す図である。
【図６】ＲＩＮの周波数特性を示す図である。
【図７】緩和振動周波数をパラメータとした臨界戻り光の反射率依存性を示す図である。
【図８】微分利得の増大方向へのデチューニングを説明する利得スペクトルを示す図である。
【図９】臨界戻り光のデチューニング量依存性を示す図である。
【図１０】ウェハ上に形成された面発光レーザ素子に発生するデチューニングと発振波長との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  面発光レーザ素子
１１  ｎ−ＧａＡｓ基板
１２  下部多層膜反射鏡
１３  活性領域
１４  選択酸化層
１５  電流狭窄層
１６  上部多層膜反射鏡
１７  コンタクト層
１８  ｐ側電極
１９  シリコン窒化膜
２０  電極パッド
２１  ｎ−ＧａＡｓバッファ層
２２  ポリイミド
３１，３３  クラッド層
３２  活性層
４１ａ〜４１ｄ  障壁層
４２ａ〜４２ｃ  量子井戸層
λg  利得ピーク波長
λlasing  発振波長
Ｌ１１，Ｌ１２  利得曲線
【図１】
2005252032.tif 000003
【図２】
2005252032.tif 000004
【図３】
2005252032.tif 000005
【図４】
2005252032.tif 000006
【図５】
2005252032.tif 000007
【図６】
2005252032.tif 000008
【図７】
2005252032.tif 000009
【図８】
2005252032.tif 000010
【図９】
2005252032.tif 000011
【図１０】
2005252032.tif 000012