(57)【要約】【課題】  高速に強度変調を行うことができる面発光レーザを実現することを目的にする。【解決手段】  本発明は、半導体基板と活性層との間に下部分布反射層をもち、上部分布反射層を活性層の上側にエアギャップを介して設け、上部分布反射層と下部分布反射層とで光共振器を形成し半導体基板と垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザに改良を加えたものである。本面発光レーザは、光共振器内部に強度変調を行う光変調器を有することを特徴とするものである。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と活性層との間に下部分布反射層をもち、上部分布反射層を前記活性層の上側にエアギャップを介して設け、前記上部分布反射層と前記下部分布反射層とで光共振器を形成し前記半導体基板と垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
前記光共振器内部に強度変調を行う光変調器を有することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
光変調器は、前記エアギャップに接して設けられることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項３】
光変調器は、印加される電圧によって光吸収変化を行う電界吸収型光変調器であることを特徴とする請求項１または２記載の面発光レーザ。
【請求項４】
光変調器は、多重量子井戸層を有し、量子閉じ込めシュタルク効果によって光吸収変化を行うことを特徴とする請求項３記載の面発光レーザ。
【請求項５】
光変調器は、バルク型の混晶材料を有し、フランツ・ケルディシュ効果によって光吸収変化を行うことを特徴とする請求項３記載の面発光レーザ
【請求項６】
光変調器は、化合物半導体表面にモノリシックに集積されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項７】
光変調器は、化合物半導体表面に貼り合わされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項８】
光変調器は、前記上部分布反射層に貼り合わされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項９】
光共振器長は、モードロックを生じない長さであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
上部分布反射層は、上下方向に可動としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
上部分布反射層は、半導体微細加工技術によって形成され可動としたことを特徴とする請求項１０記載の面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板と活性層との間に下部分布反射層をもち、上部分布反射層を活性層の上側にエアギャップを介して設け、上部分布反射層と下部分布反射層とで光共振器を形成し半導体基板と垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザに関し、詳しくは、高速に強度変調を行うことができる面発光レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、半導体層を多層膜等で形成された分布反射層で挟み込んだ構造を有するものである。そして、半導体層は、活性層およびこの活性層を挟み込むスペーサ層（クラッド層とも呼ばれる）を含む多層で形成されている。このような面発光レーザは、光通信用光源や光計測用光源として用いられる。
【０００３】
図３は、従来の面発光レーザの一例を示す構成断面図である（例えば、特許文献１参照）。図３において、ｎ型のＩｎＰ基板１０は、半導体基板であり、エッチングによりレーザ光の取り出し口が形成される。下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射）層１１は、下部分布反射層であり、基板１０の上に形成され、例えばｎ型のＩｎＧａ（Ａｌ）Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ等の多層構造からなる。高屈折率のＩｎＧａ（Ａｌ）Ａｓは、少量（数％）のＡｌを入れることによってバンドギャップを広げ、光吸収を防いでいる。下部スペーサ層１２は、例えば、ｎ型のＩｎＡｌＡｓで、下部ＤＢＲ層１１の上に形成され、下部ＤＢＲ層１１と活性層１３との光学距離の調整を行う。
【０００４】
活性層１３は、例えばＩｎＧａＡｌＡｓで、下部スペーサ層１２の上に形成され、多重量子井戸（Multi Quantum Well）等が用いられる。上部スペーサ層１４は、例えばｐ型のＩｎＡｌＡｓで、活性層１３の上に形成される。ｐ型電極１５は、レーザ光を取り出すため中央部が取り除かれ上部スペーサ層１４の上に形成される。
【０００５】
誘電体多層膜ミラー１６は、上部分布反射層であり、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなり、上部スペーサ層１４に接しない状態で上部スペーサ層１４の上方に形成される。なお、下部ＤＢＲ層１１、誘電体多層膜ミラー１６との間で光共振器が形成されている。エアギャップＡＧは、上部スペーサ層１４と誘電体多層膜ミラー１６との間の空間である。ｎ型電極１７は、基板１０の下側（裏面）に形成される。
【０００６】
メンブレン１８は、例えばＳｉで、下側（メンブレン１８の基板加工時には表面となるが、貼り合わせ後の図３中の方向で説明する）に誘電体多層膜ミラー１６が蒸着される。なお、メンブレン１８は、ＭＥＭＳ（micro electro-mecanical system：可動部品と電子回路を半導体微細加工技術によって集積した微小な機械システム）であり、上下方向に可動となっている。
【０００７】
このような面発光レーザの製造方法を説明する。
基板１０上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）で、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４を順次形成する。そして、上部スペーサ層１４の上にフォトリソグラフィー法およびリフトオフ法を用いて、中央が円形状に取り除かれたｐ型電極１５を形成する。また、基板１０を、下部ＤＢＲ層１１の下側の面までエッチングして、中央に円形状となる光の取り出し口を形成する。残った基板１０の裏面にｎ型電極１７が形成される。
【０００８】
一方、化合物半導体とは別に、図示しないＳｉの基板にメンブレン１８を形成し、下側に誘電体多層膜ミラー１６を蒸着する。
【０００９】
そして、上部スペーサ層１４の上に設けられた電極１５と図示しないＳｉの基板とを貼り合わせる（例えば、ハンダや接着剤等）。
【００１０】
次に、図３に示す従来例の動作を説明する。
まず、レーザ光を発光させる動作を説明する。
ｐ型電極１５とｎ型電極１７との間に電圧が印加されるとｐ型電極１５から、上部スペーサ層１４、活性層１３、下部スペーサ層１２、下部ＤＢＲ層１１及び基板１０を通りｎ型電極１７まで電流が流れる。
【００１１】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層１３において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、前述の光共振器で光増幅されて基板１０の取り出し口（つまり、基板１０の裏面）からレーザ光として出射される。
【００１２】
なお、図３において、注入された電流はｐ型電極１５からｎ型電極１７に向って流れるので、発光領域である活性層１３の上下方向から注入されているが、発光領域の横方向から電流を注入しても構わない。
【００１３】
このように、化合物半導体の基板１０上に形成された下部ＤＢＲ層１１と、活性層１３の上側にエアギャップＡＧを介して貼り合わせた誘電体多層膜ミラー１６とで光共振器を形成し、面発光レーザとして機能させている。
【００１４】
続いて、レーザ光の出力を直接強度変調する動作を説明する。
ｐ型電極１５、ｎ型電極１７に印加する電圧を制御する。つまり、レーザ光を出射する場合は所定レベルの電圧を印加し、レーザ光の出射を止める場合は所定のレベルより低い電圧にする。これにより、発光領域である活性層１３に注入される電流量が変化し、強度変調が行われる。
【００１５】
続いて、発振波長を変化させる動作を説明する。
図示しないＳｉの基板に設けられる電極に電圧を加えると、静電気力が発生する。この静電気力を駆動力としてメンブレン１８が上下に移動する。すなわち、誘電体多層膜ミラー１６も上下に移動するので、光共振器長が変化し、発振波長が変化する。
【００１６】
このように、エアギャップＡＧがあるので、誘電体多層膜ミラー１６を上下に大きく移動させる（つまり、エアギャップＡＧの間隔を変化させる）ことができる。これにより、エアギャップＡＧを有しない面発光レーザと比較して、広範囲に連続的に波長可変することができる。
【００１７】
なお、メンブレン１８をＭＥＭＳにして光共振器長を変化させて発振波長も変化させる構成を挙げたが、ＭＥＭＳにせずに発振波長を変化させなくともよい
【００１８】
【特許文献１】特開２００３−３１８４８５号公報（段落番号００２５−００６７、第１−３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図３に示す構造の面発光レーザでレーザ光の出力を直接強度変調する場合、ｐ型電極１５、ｎ型電極１７に印加する電圧を制御して行うが、変調特性の一種である遮断周波数は、緩和振動の周波数によって制限される
【００２０】
しかしながら、エアギャップＡＧがあるために光共振器長が長くなり、緩和振動の周波数で決まる遮断周波数は、同一光出力で比較するとエアギャップＡＧのない面発光レーザと比較して低く（つまり、変調速度が遅く）なるという問題があった。
【００２１】
そして、ＭＥＭＳで形成されるメンブレン１８、誘電体多層膜ミラー１６の形状を工夫して光出力を大きくすることにより、高速側に変調帯域を広げたとしても（緩和振動の周波数は、√（光出力）に比例するため）、変調速度はエアギャップＡＧのない面発光レーザと同程度であった。
【００２２】
一方、図３に示す面発光レーザと外部変調器とを組み合わせて、図３に示す面発光レーザから出てくるレーザ光を外部変調器で強度変調する構成もあるが、面発光レーザと外部変調器とのアライメントの手間やコストがかかり、面発光レーザの低コスト性が発揮できなくなり現実的でない。
【００２３】
そこで本発明の目的は、高速に強度変調を行うことができる面発光レーザを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
請求項１記載の発明は、
半導体基板と活性層との間に下部分布反射層をもち、上部分布反射層を前記活性層の上側にエアギャップを介して設け、前記上部分布反射層と前記下部分布反射層とで光共振器を形成し前記半導体基板と垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
前記光共振器内部に強度変調を行う光変調器を有することを特徴とするものである。
【００２５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
光変調器は、前記エアギャップに接して設けられることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において
光変調器は、印加される電圧によって光吸収変化を行う電界吸収型光変調器であることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において
光変調器は、多重量子井戸層を有し、量子閉じ込めシュタルク効果によって光吸収変化を行うことを特徴とするものである。
【００２８】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において
光変調器は、バルク型の混晶材料を有し、フランツ・ケルディシュ効果によって光吸収変化を行うことを特徴とするものである。
【００２９】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において
光変調器は、化合物半導体表面にモノリシックに集積されることを特徴とするものである。
【００３０】
請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において
光変調器は、化合物半導体表面に貼り合わされることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項８記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において
光変調器は、前記上部分布反射層に貼り合わされることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において
光共振器長は、モードロックを生じない長さであることを特徴とするものである。
【００３３】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において
上部分布反射層は、上下方向に可動としたことを特徴とするものである。
【００３４】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において
上部分布反射層は、半導体微細加工技術によって形成され可動としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜１１によれば、光共振器内部に設けられた光変調器が、印加される電圧によってレーザ光の光吸収変化を行い、出射するレーザ光の光出力の強度変調を行うので、面発光レーザの緩和振動の周波数によって変調特性が制限されない。これにより、高速に強度変調を行うことができる。
【００３６】
また、光共振器内部に設けられた光変調器が、レーザ光の光吸収量を変化させ強度変調を行うので、僅かな光吸収量で大きな光出力変化を生じさせることができる。これにより、変調を行う効率や消光比が向上される。
【００３７】
また、光変調器が光共振器内部に設けられるので、面発光レーザと外部変調器とを組み合わせて、レーザ光を外部変調器で強度変調する場合と比較して、アライメントの手間やコストを抑えることができる。
【００３８】
請求項４によれば、多重量井戸層が、量子閉じ込めシュタルク効果によって光吸収変化を行うので、低電圧で光吸収変化を行うことができる。
【００３９】
請求項５によれば、バルク型の混晶材料が、フランツ・ケルディシュ効果によって光吸収変化を行うので、光吸収量に偏光依存性がない。
【００４０】
請求項６によれば、光変調器がモノリシックに集積されるので、低コストで作成することができる。
【００４１】
請求項７、８によれば、光変調器が、化合物半導体表面にモノリシックに集積されず、別チップとして作成され貼り合わされるので、化合物半導体表面との格子整合を考慮する必要がない。これにより、材料の選択の幅がひろがり、最適な材料で光変調器を形成することができる。
【００４２】
請求項９によれば、面発光レーザの光共振器内部に光変調器が設けられ、光共振器長をモードロックが生じない程度の長さとするので、変調周波数を高くすることができる。
【００４３】
請求項１０、１１によれば、上部分布反射層が上下方向に可動なので、共振器長を変えることができ、発振波長を可変にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第一の実施例］
図１は、本発明の第一の実施例を示す構成断面図である。ここで、図３と同一のものには同一符号を付し説明を省略する。
図１において、分離層１９が、化合物半導体の表面（図１中、化合物半導体のエピ層となる上部スペーサ層１４の表面）の上に新たに形成される。また、分離層１９は、電気的な絶縁を行うものであり、例えば、ｐｎ接合層または高抵抗層である。
【００４５】
光変調器２０が、下部ＤＢＲ層１１、誘電体多層膜ミラー１６とで形成される光共振器内部のエアギャップＡＧに接して新たに設けられる。また、光変調器２０は、ｎ型のコンタクト層２１、多重量子井戸層２２、ｐ型のコンタクト層２３、ｐ型の変調器電極２４、ｎ型の変調器電極２５を有する。
【００４６】
ｎ型のコンタクト層２１は、分離層１９の上に形成される。なお、この分離層１９によってレーザ光を発光する化合物半導体と光変調器２０とが電気的に絶縁されている。多重量子井戸層２２は、ｎ型のコンタクト層２１の上に形成される。ｐ型のコンタクト層２３は、多重量子井戸層２２の上に形成される。
【００４７】
ｐ型の変調器電極２４は、レーザ光を取り出すため中央部が取り除かれｐ型のコンタクト層２３の上に形成される。ｎ型の変調器電極２５は、メサ加工されて多重量子井戸層２２、ｐ型のコンタクト層２３が取り除かれたｎ型のコンタクト層２１の周辺部の上に形成される。
【００４８】
このような面発光レーザの製造方法を説明する。
基板１０上に有機金属気相成長法で、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、分離層１９、ｎ型のコンタクト層２１、多重量子井戸層２２、ｐ型のコンタクト層２３を順次エピタキシャル成長させて形成する。その後、光の取り出し口が形成される部分を除き、エッチングでｎ型のコンタクト層２１、多重量子井戸層２２、ｐ型のコンタクト層２３の周辺部をエッチングしてメサ加工する。なお、ｎ型のコンタクト層２１の途中までエッチングする。
【００４９】
そして、中央が円形状に取り除かれたｐ型の変調器電極２４をｐ型のコンタクト層２３の上に形成する。また、ｎ型のコンタクト層２１の周辺部の上にｎ型の変調器電極２５を形成する。
【００５０】
さらに周辺部のｎ型のコンタクト層２１、分離層１９をエッチングした後、上部スペーサ層１４の上にフォトリソグラフィー法およびリフトオフ法を用いて、中央が円形状に取り除かれたｐ型電極（レーザダイオード用）１５を形成する。また、基板１０を、下部ＤＢＲ層１１の下側の面までエッチングして、中央に円形状となる光の取り出し口を形成する。残った基板１０の裏面にｎ型電極（レーザダイオード用）１７が形成される。
【００５１】
一方、化合物半導体とは別に、図示しないＳｉの基板にメンブレン１８を形成し、下側に誘電体多層膜ミラー１６を蒸着する。
【００５２】
そして、光変調器２０付きの化合物半導体上の電極１５と図示しないＳｉの基板とを貼り合わせ（例えば、ハンダや接着剤等）、エアギャップＡＧを形成する。
【００５３】
次に、図１に示す面発光レーザの動作を説明する。
レーザ光を発光させる動作、発振波長を変化させる動作は図３に示す面発光レーザと同様なので説明を省略し、レーザ光の出力を強度変調する動作を説明する。
【００５４】
ｐ型の変調器電極２４、ｎ型の変調器電極２５に電圧を印加すると、量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum-confined Stark Effect）によって（例えば、田中俊一編者、他２名、「オプトエレクトロニクス用語辞典」、第１版、株式会社オーム社、平成８年１１月、ｐ５６７参照）、量子井戸構造中に閉じ込められた電子、正孔の波動関数および量子井戸順位が変化する。これにより、印加される電圧の増大とともに、励起子吸収のピークが長波長側に推移する。すなわち、電圧無印加時には多重量子井戸層２２が透明であり、電圧印加時には多重量子井戸層２２によってレーザ光が吸収される。
【００５５】
そして、電圧無印加時に、前述の光共振器で光増幅されたレーザ光が基板１０の取り出し口から出射される。一方、電圧印加時には、レーザ光が光変調器２０で吸収されるが、光共振器内部に光変調器２０があるので光吸収量が僅かであってもレーザ光が発振しなくなり、レーザ光が出射されない。
【００５６】
このように光共振器内部に設けられた光変調器２０の多重量子井戸層２２が、印加される電圧によってレーザ光の光吸収変化を行い、出射するレーザ光の光出力の強度変調を行うので、面発光レーザの緩和振動の周波数によって変調特性が制限されない。これにより、高速に強度変調を行うことができる。
【００５７】
また、光共振器内部に設けられた光変調器２０が、レーザ光の光吸収量を変化させ強度変調を行うので、僅かな光吸収量で大きな光出力変化を生じさせることができる。これにより、変調を行う効率や消光比が向上される。
【００５８】
また、多重量井戸層２２が、量子閉じ込めシュタルク効果によって光吸収変化を行うので、低電圧で光吸収変化を行うことができる。
【００５９】
また、光変調器２０がモノリシックに集積されるので、低コストで作成することができる。もちろん、外部変調器と組み合わせる場合と比較しても、アライメントの手間やコストを抑えることができる。
【００６０】
さらに、光共振器内部に光変調器を置く構成（例えば、ガスレーザ）は、モードロックによる単パルス発生法として知られているが、これらの構成と比較して面発光レーザは光共振器長が短いので、モード間隔が広く、モードロックに関与する変調周波数が非常に高くなる。逆にいえば、モードロックが生じない程度に短い光共振器長に設計する必要があるが、面発光レーザではこれが可能である。
【００６１】
［第二の実施例］
面発光レーザの構造には、図１に示す構成の他にも様々なものがある。そして、光共振器内部にエアギャップを有する面発光レーザには、本発明を適用することが可能である。続いて、本発明の第二の実施例を示す。図２は本発明の第二の実施例を示した構成断面図である。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１に示す面発光レーザは、上部スペーサ層１４にｐ型を用いているため、素子抵抗が高く、光吸収も大きい。そこでｎ型の領域を多くした面発光レーザに本発明を適用した例である。
【００６２】
図２において、ｐ型の上部スペーサ層１４とｐ型電極１５との間に下から順に、高濃度のｐ型のＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｌＡｓ等のトンネル接合層３０、高濃度のｎ型のＩｎＧａＡｓ等のトンネル接合層３１、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等のスペーサ層３２、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等のコンタクト層３３が設けられる。また、イオン注入領域３４は、上部スペーサ層１４、トンネル接合層３０、３１の周辺部に設けられる。
【００６３】
なお、レーザダイオード用の電極１５、電極１７は、それぞれｐ型、ｎ型として記載している。これは、トンネル接合を形成しているので、機能的（バイアス方向的）にみると電極１５がｐ型となるからである。しかし、電極１５の金属材料は、ｎ型のコンタクト層３３とオーミックのとれる材料を選択して用いる。
【００６４】
そして、化合物半導体表面（図２中、化合物半導体のエピ層となるコンタクト層３３の上面）に上に、分離層１９、光変調器２０が形成される。
【００６５】
このような面発光レーザの製造方法を説明する。図１と異なる点を主に説明する。
基板１０上に有機金属気相成長法で、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４が形成される。そして、この上部スペーサ層１４の上に、ｐ型のトンネル接合層３０、ｎ型のトンネル接合層３１が順次形成され、トンネル接合を形成する。
【００６６】
この状態で、中心部分をマスキングして、その他の領域（周辺部分）に重たい元素（例えば、酸素、フッ素、珪素、鉄、アルミニウム、クロム等。またはこれらを組み合わせたもの）を上部スペーサ層１４に達するまでイオン注入して高抵抗化されたイオン注入領域３４を形成する。
【００６７】
その後、ｎ型のトンネル接合層３１の上にｎ型のスペーサ層３２、コンタクト層３３、分離層１９、ｎ型のコンタクト層２１、多重量子井戸層２２、ｐ型のコンタクト層２３を順次形成する。そして、メサ加工と変調器電極２４、２５、レーザダイオード用のｐ型電極１５、レーザダイオード用のｎ型電極１７を形成する。もちろん、ｐ型電極１５は、コンタクト層３３の上に形成される。
【００６８】
続いて、図３に示す面発光レーザの動作を説明する。図１と異なる点を主に説明する。
ｐ型電極１５とｎ型電極１７との間に電圧が印加されるとｐ型電極１５から、コンタクト層３３、スペーサ層３２を経て、イオン注入領域３４を避けた低抵抗部分の中央部分のトンネル接合層３１へ電流（電子）が流れ、トンネル接合層３０で正孔に変換され、上部スペーサ層１４、活性層１３に電流（正孔）が流れる。さらに、活性層１３、下部スペーサ層１２、下部ＤＢＲ層１１及び基板１０を通りｎ型電極１７まで電流（電子）が流れる。
【００６９】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層１３において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、前述の光共振器で光増幅されて基板１０の取り出し口（つまり、基板１０の裏面）からレーザ光として出射される。
【００７０】
そして、上部スペーサ層１４と下部スペーサ層１２の膜厚は、活性層１３に定在波の腹が、トンネル接合部分に定在波の節がくるように調整される。また、スペーサ層３２、コンタクト層３３、光変調器２０のコンタクト層２１、２３の膜厚は、エアギャップとの境界面および多重量子井戸層２２に定在波の腹がくるように調整される。すなわち、上部スペーサ層１４、下部スペーサ層１２、スペーサ層３２、コンタクト層３３、光変調器２０のコンタクト層２１、２３の膜厚でレーザ光の位相調整を行う。
【００７１】
また、レーザ光の出力を強度変調する動作、発振波長を変化させる動作は図１に示す面発光レーザと同様なので説明を省略する。
【００７２】
このように光共振器内部に設けられた光変調器２０の多重量子井戸層２２が、印加される電圧によってレーザ光の光吸収変化を行い、出射するレーザ光の光出力の強度変調を行うので、面発光レーザの緩和振動の周波数によって変調特性が制限されない。これにより、高速に強度変調を行うことができる。
【００７３】
また、光共振器内部に設けられた光変調器２０が、レーザ光の光吸収量を変化させ強度変調を行うので、僅かな光吸収量で大きな光出力変化を生じさせることができる。これにより、変調を行う効率や消光比が向上される。
【００７４】
また、多重量井戸層２２が、量子閉じ込めシュタルク効果によって光吸収変化を行うので、低電圧で光吸収変化を行うことができる。
【００７５】
また、光変調器２０がモノリシックに集積されるので、低コストで作成することができる。もちろん、外部変調器と組み合わせる場合と比較しても、アライメントの手間やコストを抑えることができる。
【００７６】
さらに、光共振器内部に光変調器を置く構成（例えば、ガスレーザ）は、モードロックによる単パルス発生法として知られているが、これらの構成と比較して面発光レーザは光共振器長が短いので、モード間隔が広く、モードロックに関与する変調周波数が非常に高く（つまり、変調速度が速く）なる。逆にいえば、モードロックが生じない程度に短い光共振器長に設計する必要があるが、面発光レーザではこれが可能である。
【００７７】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。
図１、図２に示す実施例において、印加される電圧によって光吸収変化を行う電界吸収型光変調器の例として、光変調器２０に多重量子井戸層２２を設け、量子閉じ込めシュタルク効果によって強度変調を行う構成を示した。その他の電界吸収型光変調器の例として、多重量子井戸層２２の代わりにバルク型の混晶材料（例えば、ＩｎＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓＰ）を設けても良い。この場合、電圧を印加すると、フランツ・ケルディッシュ効果によって（例えば、田中俊一編者、他２名、「オプトエレクトロニクス用語辞典」、第１版、株式会社オーム社、平成８年１１月、ｐ４７７参照）、価電子帯や伝導帯の端における状態密度が変化し、基礎吸収端付近での光吸収スペクトルが変化する。これにより、光吸収変化が行われる。
【００７８】
このように、光変調器２０の混晶材料がフランツ・ケルディシュ効果によって光吸収変化を行うので、光吸収量に偏光依存性がない。
【００７９】
また、図１、図２に示す実施例において、光変調器電極２４、２５をレーザダイオード用の電極１５、１７と別に設ける構成を示したが、分離層１９を設けず、レーザダイオード用の電極１５と光変調器用の電極２５とを共通電位にしてもよい。または、分離層１９を設けず、電極１５、電極２５のどちらか片方のみを設け共用としてもよい。
【００８０】
また、図１、図２に示す実施例において、メンブレン１８をＭＥＭＳにして上下方向に可動とし、光共振器長を変化させて発振波長も変化させる構成を示したが、ＭＥＭＳにせずに発振波長を変化させなくともよい
【００８１】
また、図１、図２に示す実施例において、レーザ光が、基板１０の取り出し口（つまり、基板１０の裏面）から下方向に出射される構成を示したが、メンブレン１８に取り出し口を設け、上方向に出射してもよい。この際、基板１０、ｎ型電極１７は、取り出し口を設ける必要はない。
【００８２】
また、図１、図２に示す実施例において、メンブレン１８は、基板１０と平行に設ける構成を示したが、メンブレン１８を凸面または凹面としてもよい。すなわち、誘電体多層膜ミラー１６の形状が凸面または凹面となる。これにより、レーザ光の横モードの選択を行うことができる。
【００８３】
さらに、図１、図２に示す実施例において、光変調器２０を分離層１９を介して化合物半導体表面（図１なら上部スペーサ層１４の上面、図２ならコンタクト層３３の上面）にモノリシックに集積する構成を示したが、光変調器２０は別チップとして作成し、ハンダや接着剤等で化合物半導体表面や誘電体多層膜ミラー１６表面に貼り合わせても良い。貼り合わせの材質によって電気的に絶縁されるならば分離層１９を設けなくともよい。さらに、光変調器２０は、化合物半導体表面や誘電体多層膜ミラー１６に接しないようにエアギャップＡＧに設けても良い。
【００８４】
このように光変調器２０が、化合物半導体表面にモノリシックに集積されず、別チップとして作成され貼り合わされるので、化合物半導体表面との格子整合を考慮する必要がない。これにより、材料の選択の幅がひろがり、最適な材料で光変調器２０を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第一の実施例を示した構成断面図である。
【図２】本発明の第二の実施例を示した構成断面図である。
【図３】従来の面発光レーザを示した構成断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０  半導体基板
１１  下部ＤＢＲ層（下部分布反射層）
１３  活性層
１６  誘電体多層膜ミラー（上部分布反射層）
２０  光変調器
２１  ｎ型のコンタクト層
２２  多重量子井戸層
２３  ｐ型のコンタクト層
２４  ｐ型の変調器電極
２５  ｎ型の変調器電極
ＡＧ  エアギャップ
【図１】
2005197549.tif 000003
【図２】
2005197549.tif 000004
【図３】
2005197549.tif 000005