(57)【要約】【課題】  放熱性を改善して高出力を得ることの可能な面発光レーザを提供する。【解決手段】  活性領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とからなる共振器構造を有する面発光レーザにおいて、上部反射鏡および下部反射鏡の少なくとも一方は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡は、屈折率が小さい低屈折率層と屈折率が大きい高屈折率層とが交互に積層されて構成されており、半導体分布ブラッグ反射鏡を構成する複数の低屈折率層の少なくとも一部の層もしくは複数の高屈折率層の少なくとも一部の層は、平均組成よりも熱抵抗が小さい複数の材料からなる超格子構造により構成された半導体層である。【選択図】      図２
2005347482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する活性層を含んだ活性領域と、活性領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とからなる共振器構造を有する面発光レーザにおいて、上部反射鏡および下部反射鏡の少なくとも一方は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡は、屈折率が小さい低屈折率層と屈折率が大きい高屈折率層とが交互に積層されて構成されており、該半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、屈折率が小さい低屈折率層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、屈折率が大きい高屈折率層がＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、半導体分布ブラッグ反射鏡を構成する複数の低屈折率層の少なくとも一部の層もしくは複数の高屈折率層の少なくとも一部の層は、平均組成よりも熱抵抗が小さい複数の材料からなる超格子構造により構成された半導体層であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の面発光レーザにおいて、平均組成よりも熱抵抗の小さい複数の材料からなる超格子構造により構成された前記半導体層は、下部反射鏡内の活性層に近い領域に設けられる高屈折率層及び低屈折率層の少なくとも一方であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、前記半導体層は、ＡｌＡｓとＧａＡｓとの超格子構造から構成されるＡｌＧａＡｓであることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、上記半導体層を含む反射鏡は、導電型がｎ型であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、窒素（Ｎ）と他のＶ族元素を同時に含んだＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体からなる活性層を有していることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個形成されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光送信モジュール及び光送受信モジュール及び光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザ素子（以下、本明細書において、面発光レーザと称す）は、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面型に比べて低コストで高性能が得られることから、光インターコネクションなどの光通信の光源，光ピックアップ用の光源，画像形成装置の光源など、民生用途で用いられている。
【０００３】
面発光レーザは、レーザ光を発生する活性層を含んだ活性領域を上部反射鏡および下部反射鏡で挟んだ構造となっている。上部反射鏡および下部反射鏡としては、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層した半導体分布ブラッグ反射鏡が広く用いられている。半導体分布ブラッグ反射鏡の材料としては、活性層から発生する光を吸収しない材料（一般に、活性層よりもワイドバンドギャップの材料）であって、格子緩和を発生させないために基板に格子整合する材料が用いられる。
【０００４】
ところで、反射鏡の反射率は９９％以上と極めて高くする必要がある。反射率は積層数を増やすことによって高くなる。しかし、積層数が増加すると、面発光レーザの作製が困難になってしまう。このため、低屈折率層と高屈折率層の屈折率差が大きい方が好ましい。基板がＧａＡｓであるとき、ＡｌＧａＡｓ系材料は、ＡｌＡｓとＧａＡｓが終端物質であり、格子定数は基板であるＧａＡｓとほぼ同程度であり、屈折率差が大きく、少ない積層数で高反射率を得ることができるので、良く用いられている。
【０００５】
また、低しきい値化のために電流狭さく構造が用いられている。特許文献１には、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓからなる半導体分布ブラッグ反射鏡による共振器と、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓの一部を選択的に酸化したＡｌ酸化膜を用いた電流狭さく構造とを用いた面発光レーザが示されている。酸化には、高温での水蒸気供給による酸化が用いられている。高温での水蒸気供給による酸化は、ＡｌｘＯｙのような完全な絶縁体になること、また、活性層と狭さく層との距離を結晶成長で厳密に制御できること、電流通路を極めて狭くできることから、無効電流の低減，活性領域の低減に向き、低消費電力化に適しており、最近良く用いられている。
【０００６】
特許文献１では、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成が大きくなるに従って酸化速度が激増していくことを利用しており、酸化したい層のＡｌ組成を他よりも大きくすることで、酸化したい層のみを酸化するようにしている。これにより、選択酸化による電流狭さく構造を得ることができる。このため、半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率層となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ酸化層のＡｌ組成よりも小さくしている（つまり、Ｇａ組成を大きくしている）。特許文献１では、被選択酸化層にＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ｙ＝０．９７）を用い、半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率層にはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９２）を用いている。
【０００７】
このように高反射率の得られるＡｌＧａＡｓ系材料よりなる反射鏡とＡｌ酸化膜を用いた電流狭窄構造を採用した０．７８μｍ帯，０．８５μｍ帯，０．９８μｍ帯の面発光レーザが実用レベルの性能を実現している。
【０００８】
上述のように、Ａｌ酸化膜を用いた電流狭窄構造を採用すると、Ａｌ酸化膜作製工程中に反射鏡の低屈折率層が酸化されないようにするために、被選択酸化層であるＡｌ（Ｇａ）ＡｓよりもＡｌ組成を小さくする必要があった。具体的には、被選択酸化層をＡｌＡｓとした場合、低屈折率層にはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９程度）が良く用いられている。
【０００９】
しかしながら、このような面発光レーザは熱飽和特性が良好でないといった問題があった。図１には、ＡｌＧａＡｓ混晶の熱抵抗率のＡｌ組成依存性が示されている。図１から、終端材料であるＧａＡｓ，ＡｌＡｓの熱抵抗は小さいが、混晶（ＡｌＧａＡｓ）となることで急激に熱抵抗が大きくなることがわかる。ＡｌＡｓとＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とでは、約３倍違う。このため、活性層で発生した熱は逃げにくく、活性層にこもってしまい、活性層の温度上昇が早く、小さな注入電流で光出力が飽和してしまうという欠点があった。
【特許文献１】特許第２９１７９７１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、放熱性を改善して高出力を得ることの可能な面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光送信モジュール及び光送受信モジュール及び光通信システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する活性層を含んだ活性領域と、活性領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とからなる共振器構造を有する面発光レーザにおいて、上部反射鏡および下部反射鏡の少なくとも一方は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡は、屈折率が小さい低屈折率層と屈折率が大きい高屈折率層とが交互に積層されて構成されており、該半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、屈折率が小さい低屈折率層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、屈折率が大きい高屈折率層がＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、半導体分布ブラッグ反射鏡を構成する複数の低屈折率層の少なくとも一部の層もしくは複数の高屈折率層の少なくとも一部の層は、平均組成よりも熱抵抗が小さい複数の材料からなる超格子構造により構成された半導体層であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザにおいて、平均組成よりも熱抵抗の小さい複数の材料からなる超格子構造により構成された前記半導体層は、下部反射鏡内の活性層に近い領域に設けられる高屈折率層及び低屈折率層の少なくとも一方であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、前記半導体層は、ＡｌＡｓとＧａＡｓとの超格子構造から構成されるＡｌＧａＡｓであることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、上記半導体層を含む反射鏡は、導電型がｎ型であることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、窒素（Ｎ）と他のＶ族元素を同時に含んだＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体からなる活性層を有していることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個形成されていることを特徴とする面発光レーザアレイである。
【００１７】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールである。
【００１８】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールである。
【００１９】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光通信システムである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１乃至請求項５記載の発明によれば、従来ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ＜１）であった、反射鏡を構成する低屈折率層，高屈折率層の少なくとも一部に、その平均組成よりも熱抵抗が小さい複数の材料を選択して超格子構造を構成した半導体層を用いることで、反射鏡の熱抵抗が低下し、活性層で発生した熱を外部に逃がす効率が改善する。これにより、電流注入による活性層の温度上昇を低減でき、従来よりも高電流注入まで光出力が上昇し、結果として高出力となる面発光レーザを提供することができる。
【００２１】
特に、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の面発光レーザにおいて、平均組成よりも熱抵抗が小さい複数の材料からなる超格子構造により構成された前記半導体層は、下部反射鏡内の活性層に近い領域に設けられる高屈折率層及び低屈折率層の少なくとも一方であるので、電流狭窄構造としてＡｌ酸化膜を用いた構成のようにメサ構造が形成される面発光レーザにおいても、下部反射鏡内の活性層に近い領域に設けられる高屈折率層及び低屈折率層の少なくとも一方が酸化されるといった不具合を生じず、上記効果を得ることができる。また、放熱改善効果の高い下部反射鏡の活性層に近い部分のみの熱抵抗を下げることができるので、製造方法が容易であって、エッチング深さのマージンを大きく取りつつ熱抵抗を低減することができる。
【００２２】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、前記半導体層は、ＡｌＡｓとＧａＡｓとの超格子構造から構成されるＡｌＧａＡｓであり、ＡｌＧａＡｓで熱抵抗が最も小さいＡｌＡｓとＧａＡｓからなる超格子構造を用いたので、放熱改善効果を高めることができる。
【００２３】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、上記半導体層を含む反射鏡は、導電型がｎ型であり、超格子構造をｎ型である反射鏡に形成することで、超格子構造中の各層間のヘテロ界面のバンド不連続による電気抵抗の上昇を抑えることができる。
【００２４】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、窒素（Ｎ）と他のＶ族元素を同時に含んだＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体からなる活性層を有しているので（例えばＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層にしているので）、シリカファイバーの伝送ロスが小さく整合性が良い１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯の波長に対応できるとともに、光ファイバーの伝送損失が小さく長距離伝送可能で、低価格、低消費電力、小型、温度特性が良い面発光レーザを提供することができる。
【００２５】
なお、ＭＯＣＶＤ法で形成すると、面発光レーザの半導体分布ブラッグ反射鏡の抵抗を低減できるので、低電圧駆動が可能となり、好ましい。これにより、安価で、距離を気にしないで、光ネットワーク，光配線の大容量化を図ることができる。
【００２６】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個形成されていることを特徴とする面発光レーザアレイであり、熱抵抗の小さい材料からなる超格子構造による半導体層を有する反射鏡を用いることで、アレイ内の他の素子への熱干渉を低減でき、素子特性の均一性が改善されたアレイ素子を提供することができる。
【００２７】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールであり、放熱性が改善されて光出力の高い面発光レーザを用いることによって、冷却素子が不要となり、低コスト，低消費電力，小型であって、温度特性が良く高温まで使用できる高性能な光送信モジュールを実現することができる。
【００２８】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールであり、放熱性が改善されて光出力の高い面発光レーザを用いることによって、冷却素子が不要となり、低コスト，低消費電力，小型であって、温度特性が良く高温まで使用できる高性能な光送受信モジュールを実現することができる。
【００２９】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項６記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光通信システムであり、放熱性が改善されて光出力の高い面発光レーザを用いることによって、冷却素子が不要となり、低コスト，低消費電力，小型であって、温度特性が良く高温まで使用できる高性能な光通信システムを実現することができる。
【００３０】
また、熱特性が改善されるので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、安い光源である面発光レーザ、安い光ファイバーであるＰＯＦを用いた、より経済的な光通信システムも実現できる。
【００３１】
これらは極めて経済的であることから、特に一般家庭やオフィスの室内，機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３３】
（第１の形態）
本発明の第１の形態の面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する活性層を含んだ活性領域と、活性領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とからなる共振器構造を有する面発光レーザにおいて、上部反射鏡および下部反射鏡の少なくとも一方は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡は、屈折率が小さい低屈折率層と屈折率が大きい高屈折率層とが交互に積層されて構成されており、該半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、屈折率が小さい低屈折率層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、屈折率が大きい高屈折率層がＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、半導体分布ブラッグ反射鏡を構成する複数の低屈折率層の少なくとも一部の層もしくは複数の高屈折率層の少なくとも一部の層は、平均組成よりも熱抵抗が小さい複数の材料からなる超格子構造により構成された半導体層であることを特徴としている。
【００３４】
面発光レーザの発振光の波長よりも充分薄い厚さの層を交互に積層した超格子構造にすると、光学的には、それらが一様に混ざったとした時の平均組成の混晶が形成されている場合と同様であるとみなすことができる。ただし、屈折率については、超格子構造にすることで、わずかに高屈折率化するとの報告もある。したがって、このような超格子構造により構成された半導体層を用いても反射鏡を構成することができる。
【００３５】
一方、ＡｌＧａＡｓの熱抵抗は、組成が終端物質であるＡｌＡｓ，ＧａＡｓに近づくほど小さくなる。したがって、従来ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ＜１）であった、反射鏡を構成する低屈折率層，高屈折率層の少なくとも一部に、その平均組成よりも熱抵抗が小さい複数の材料を選択して超格子構造を構成した半導体層を用いることで、反射鏡の熱抵抗が低下し、活性層で発生した熱を外部に逃がす効率が改善する。これにより、電流注入による活性層の温度上昇を低減でき、従来よりも高電流注入まで光出力が上昇し、結果として高出力となる面発光レーザを提供することができる。
【００３６】
なお、本発明では、上述のように、上部反射鏡および下部反射鏡の少なくとも一方の反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含むものであれば良く、上部反射鏡および下部反射鏡のいずれか一方しか半導体分布ブラッグ反射鏡を含んでいない場合には、上部反射鏡および下部反射鏡のいずれか一方を半導体分布ブラッグ反射鏡とし、他の一方を半導体分布ブラッグ反射鏡とは異なる種類の反射鏡から構成されているものにしても良い。半導体分布ブラッグ反射鏡とは異なる種類の反射鏡としては、例えば誘電体多層膜反射鏡が考えられる。
【００３７】
また、上部反射鏡，下部反射鏡は、低屈折率層と高屈折率層との間に、それらの中間の組成となる中間層が形成されていても良い。
【００３８】
（第２の形態）
本発明の第２の形態の面発光レーザは、第１の形態の面発光レーザにおいて、平均組成よりも熱抵抗の小さい複数の材料からなる超格子構造により構成された前記半導体層は、下部反射鏡内の活性層に近い領域に設けられる高屈折率層及び低屈折率層の少なくとも一方であり、下部反射鏡内の基板側に設けられる高屈折率層及び低屈折率層は、一定組成層からなることを特徴としている。
【００３９】
電流狭窄構造としてＡｌ酸化膜を用いた構成では、Ａｌ酸化膜を形成するために被選択酸化層の側面が現れるようにメサ構造を形成する必要がある。Ａｌ酸化膜は、その目的から活性層の極く近くに形成される。また、ホールの方が拡がりにくいので、少なくともｐ側にＡｌ酸化層を設けると狭窄効果が得られる。メサ形成には、ドライエッチングまたはウエットエッチングが用いられる。しかしながら、そのエッチング深さを狙いどおりに制御することは容易ではない。このため、エピウエハの表面から被選択酸化層までの低屈折率層はもちろん、被選択酸化層よりも基板側の低屈折率層もエッチングするように狙い、確実に被選択酸化層がエッチングされるようにプロセス設計する必要がある。この場合、活性層より基板側がｐ型である場合はもちろん、基板側がｎ型である場合も、活性層に近い基板側の低屈折率層がエッチングされる可能性がある。
【００４０】
また、Ａｌ酸化膜の厚さは２０ｎｍから５０ｎｍ程度が良く用いられている。一方、低屈折率層はλ／４の奇数倍の厚さとなり、Ａｌ酸化層よりも厚い場合が多い。反射鏡の低屈折率層としては、ＡｌＧａＡｓの組成のうちで最も屈折率が小さくかつ熱抵抗の低いＡｌＡｓを用いることが好ましい。しかし、選択酸化工程時に、このＡｌ酸化層と同等以上の厚さを有するＡｌＡｓからなる低屈折率層の側面が現れている場合、Ａｌ酸化層と同等以上の速度で酸化されてしまい、低屈折率層が全面Ａｌ酸化膜になってしまうなど、狙った構造が作れなくなってしまう。
【００４１】
そこで従来では、下部反射鏡を構成するすべての低屈折率層を酸化速度の遅いＡｌＧａＡｓとしており、この場合には、熱抵抗が大きいことから放熱性が悪くなっていた。これを改善するために、下部反射鏡の基板側に設けられる低屈折率層を熱抵抗の低いＡｌＡｓ層とし、下部反射鏡内の活性層に近い領域に設けられる低屈折率層を酸化速度が被選択酸化層より小さいＡｌＧａＡｓとする構成が特開２００２−１６４６２１号に提案されている。この提案によれば、エッチング深さのマージンを大きく取りつつ熱抵抗を低減できる。
【００４２】
しかしながら、特開２００２−１６４６２１号に記載されている構成においても、活性層に近い領域に設けられる低屈折率層に熱抵抗の大きいＡｌＧａＡｓが用いられており、放熱は不十分であった。
【００４３】
本発明では、反射鏡の一部の層のみを、より熱抵抗の低い複数種類の層からなる超格子構造で形成しているので、放熱性が改善される。なお、下部反射鏡のすべての低屈折率層を超格子構造としても良いが、界面が増えることによる抵抗の増加、製造が複雑になるとともに結晶成長装置に負担がかかるなどの不具合が生じる場合があるので、単層で形成できるところは単層で形成した方が好ましい。
【００４４】
したがって、本発明によれば、製造方法が容易であって、エッチング深さのマージンを大きく取りつつ、熱抵抗を低減できる。
【００４５】
また、高屈折率層としては熱抵抗の低いＧａＡｓが最も好ましいが、発振波長がＧａＡｓで吸収される波長の場合は、Ａｌを加えたＡｌＧａＡｓが用いられており熱抵抗が大きくなるので、上記と同様に放熱性が悪くなる。この場合も、発振光の吸収の極めて少ない組成により超格子構造を構成することで放熱性を改善することができる。
【００４６】
また、超格子を構成する層は、Ａｌ組成が平均組成ｚより大きい層と小さい層の少なくとも２種類の層から構成される。電流狭窄構造を形成するＡｌ酸化膜の酸化速度は、大きなＡｌ組成依存性を持つとともに厚さ依存性を持つ。したがって、被選択酸化層と比較して酸化速度を小さくするために、Ａｌ組成の大きい層の厚さは、被選択酸化層の厚さよりも薄くする必要がある。このようにすれば、大きく酸化されることはなく、問題は生じない。
【００４７】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態の面発光レーザにおいて、前記半導体層は、ＡｌＡｓとＧａＡｓとの超格子構造から構成されるＡｌＧａＡｓであることを特徴としている。
【００４８】
図１はＡｌＧａＡｓ混晶の熱抵抗率のＡｌ組成依存性を示す図である。超格子構造は、平均組成ｚよりも大きい層と小さい層の少なくとも２種類の層から構成されるが、図１からわかるように、ＡｌＧａＡｓで熱抵抗が小さい組成はＡｌＡｓとＧａＡｓであるので、超格子構造はＡｌＡｓとＧａＡｓとから構成するのが望ましい。すなわち、第１または第２の形態の面発光レーザにおいて、前記半導体層は、ＡｌＡｓとＧａＡｓとの超格子構造から構成されるＡｌＧａＡｓであるのが良い。
【００４９】
このように、第３の形態では、ＡｌＧａＡｓで熱抵抗が最も小さいＡｌＡｓとＧａＡｓからなる超格子構造を用いたので、放熱の改善効果を高めることができる。
【００５０】
（第４の形態）
本発明の第４の形態の面発光レーザは、第１乃至第３のいずれかの形態の面発光レーザにおいて、上記半導体層を含む反射鏡は、導電型がｎ型であること特徴としている。
【００５１】
超格子構造中の各層間のヘテロ界面ではバンド不連続があり、電気抵抗が大きくなる傾向にある。この傾向はｐ型材料の方が顕著であるので、超格子構造は導電型がｎ型である反射鏡に形成することが好ましい。
【００５２】
このように、第４の形態では、超格子構造をｎ型である反射鏡に形成することで、超格子構造中の各層間のヘテロ界面のバンド不連続による電気抵抗の上昇を抑えることができる。
【００５３】
（第５の形態）
本発明の第５の形態の面発光レーザは、第１乃至第４のいずれかの形態の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、窒素（Ｎ）と他のＶ族元素を同時に含んだＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体からなる活性層を有していることを特徴としている。
【００５４】
安価で、距離を気にしないで、光ネットワーク，光配線の大容量化を図るためには、光源としてシリカファイバーの伝送ロスが小さく整合性の良い１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯の波長が好ましい。
【００５５】
１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯では、ＩｎＰ基板上の材料系が一般的であり、端面発光型レーザでは実績がある。しかし、この従来の長波長帯半導体レーザでは、環境温度が室温から８０℃になると動作電流が３倍にも増加する大きな欠点を持っている。従って、冷却素子を使わない低コストシステムを実現するために、温度特性の良好な長波長帯半導体レーザの開発が極めて重要である。温度特性が悪い主な理由は伝導帯バンド不連続が小さいために電子がオーバーフローし易く、これの温度依存性が大きいためである。また、面発光レーザにおいては反射鏡に適した材料がないため高性能化は困難であり、実用レベルの特性が得られていないのが現状である。
【００５６】
最近、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯を形成できる材料系が注目され、ＧａＩｎＮＡｓ（例えば、特開平６−３７３５５号公報参照）が研究されている。新材料であるＧａＩｎＮＡｓは、レーザ特性の温度依存性を極めて小さくすることができる材料として注目されている。ＧａＩｎＮＡｓは、窒素（Ｎ）と他のＶ族元素を含んだＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体である。すなわち、ＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＡｓよりも格子定数が大きいＧａＩｎＡｓに窒素（Ｎ）を添加することで格子定数をＧａＡｓに格子整合させることが可能であり、更にバンドギャップエネルギーが小さくなり、１．３μｍ，１．５５μｍ帯での発光が可能な材料である。また、文献「Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３５  （１９９６）  ｐｐ．１２７３−１２７５」では、近藤らにより、ＧａＩｎＮＡｓのバンドラインナップが計算されている。ＧａＩｎＮＡｓは、窒素（Ｎ）の添加によりバンドギャップエネルギーが小さくなるが、伝導帯と価電子帯ともにエネルギーが下がり、ＧａＩｎＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓ等のＧａＡｓ格子整合系材料に対して伝導帯のバンド不連続が極めて大きくなり、このため、高特性温度半導体レーザが実現できると予想されており、実際に、半導体レーザのしきい値電流密度が１ｋＡ／ｃｍ２以下の低い値であって、かつ、環境温度が室温から８０℃になっても動作電流がわずか１．３倍にしか増加せず、特性温度が２００Ｋを越える良好な端面発光型レーザが文献「Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｙｙｓ．  Ｖｏｌ．３９  （２０００）  ｐｐ．３４０３−３４０５」で報告されている。このため、窒素（Ｎ）と他のＶ族元素を同時に含んだＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体からなる材料は、１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯等の長波長帯面発光レーザの活性層材料として好ましい。また、ＧａＡｓ基板上に形成できるので、０．８５μｍ帯面発光レーザで実用化されている高性能なＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲやＡｌ酸化層による電流狭窄構造を用いることができる。
【００５７】
本発明の熱抵抗の小さい材料からなる超格子構造による半導体層を有した反射鏡を用いることで、より高出力化できるので、光ファイバーの伝送損失が小さく長距離伝送可能で、低価格、低消費電力、小型、温度特性が良く、光出力の高い面発光レーザを提供することができる。なお、ＧａＩｎＮＡｓ系材料とは、Ｐ，Ｓｂ，Ａｌ等の他のＩＩＩ−Ｖ族元素を含んでいる場合もある。
【００５８】
（第６の形態）
本発明の第６の形態の面発光レーザアレイは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザが同一基板上に複数個形成されていることを特徴としている。
【００５９】
面発光レーザの場合には、アレイ化が容易で、しかも通常の半導体プロセスで形成できるので、素子の位置制度が高い。更に本発明のように熱抵抗の小さい材料からなる超格子構造による半導体層を有した反射鏡を用いることで、アレイ内の他の素子への熱干渉を低減でき、素子特性の均一性が改善されたアレイを提供できる。
【００６０】
（第７の形態）
本発明の第７の形態の光送信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【００６１】
第７の形態では、放熱性が改善されて光出力の高い面発光レーザを用いることによって、冷却素子が不要となり、低コスト，低消費電力，小型であって、温度特性が良く高温まで使用できる高性能な光送信モジュールを実現することができる。
【００６２】
また、熱特性が改善されるので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、安い光源である面発光レーザ、安い光ファイバーであるＰＯＦを用いたより経済的な光送信モジュールも実現できる。
【００６３】
（第８の形態）
本発明の第８の形態の光送受信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【００６４】
第８の形態では、放熱性が改善されて光出力の高い面発光レーザを用いることによって、冷却素子が不要となり、低コスト，低消費電力，小型であって、温度特性が良く高温まで使用できる高性能な光送受信モジュールを実現することができる。
【００６５】
また、熱特性が改善されるので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、安い光源である面発光レーザ、安い光ファイバーであるＰＯＦを用いたより経済的な光送受信モジュールも実現できる。
【００６６】
（第９の形態）
本発明の第９の形態の光通信システムは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【００６７】
第９の形態では、放熱性が改善されて光出力の高い面発光レーザを用いることによって、冷却素子が不要となり、低コスト，低消費電力，小型であって、温度特性が良く高温まで使用できる高性能な光通信システムを実現することができる。
【００６８】
また、熱特性が改善されるので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、安い光源である面発光レーザ、安い光ファイバーであるＰＯＦを用いたより経済的な光通信システムも実現できる。
【００６９】
そして、極めて経済的であることから、特に一般家庭やオフィスの室内，機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
【実施例１】
【００７０】
本発明の実施例１は、波長０．９８μｍ帯の面発光レーザについてのものである。図２（ａ），（ｂ）は実施例１の０．９８μｍ帯面発光レーザを示す図である。なお、図２（ｂ）は図２（ａ）の面発光レーザの反射鏡の部分拡大図である。
【００７１】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、実施例１の面発光レーザは、３インチの大きさの面方位（１００）のｎ−ＧａＡｓ基板上に，それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで、平均Ａｌ組成が０．９となるｎ−ＡｌＧａＡｓ（超格子構造）とｎ−ＧａＡｓとを交互に３５周期積層したｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部反射鏡）が形成されている。超格子構造はＡｌＡｓとＧａＡｓとから構成され、平均Ａｌ組成が０．９となるようにＡｌＡｓを２７ＭＬ（モノレイヤー）、ＧａＡｓを３ＭＬとして交互に積層した。このそれぞれの厚さは、他の厚さでもかまわない。
【００７２】
そして、ｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部反射鏡）の上に、アンドープ下部ＡｌＧａＡｓスペーサ層，３層のＧａＩｎＡｓ量子井戸層と４層のＧａＡｓ障壁層からなる多重量子井戸活性層，アンドープ上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層が形成されている。
【００７３】
そして、アンドープ上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層の上にｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（上部反射鏡）が形成されている。上部反射鏡は、Ｃドープのｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓとをそれぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に積層した周期構造（例えば、２５周期）から構成されている（図では詳細は省略）。
【００７４】
そして、上部反射鏡の最上部のＧａＡｓ層は、電極とコンタクトを取るコンタクト層を兼ねている。
【００７５】
ＭＯＣＶＤ法による結晶成長の原料としては、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＡｓＨ３（アルシン）を用いた。キャリアガスにはＨ２を用いた。
【００７６】
実施例１では、電流経路外の部分をプロトン（Ｈ＋）照射によって絶縁層（高抵抗部）を作って、電流狭さく部を形成した。そして、上部反射鏡の最上部の層であるｐ−コンタクト層上に、光出射部を除いてｐ側電極を形成し、また、ＧａＡｓ基板の裏面には、ｎ側電極を形成した。
【００７７】
実施例１では、伝導帯バンド不連続の大きくできるＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓを活性層にしたので、しきい値は小さく、温度特性は良好だった。
【００７８】
実施例１において、下部反射鏡の低屈折率層及び高屈折率層は、平均組成であるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓよりも熱抵抗の小さいＡｌＡｓとＧａＡｓとで構成している。文献「信学技報  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＲＥＰＯＲＴ  ＯＦ  ＩＥＩＣＥ．  ＬＱＥ２００１−１３７（２００２−２）」において、上部反射鏡よりも下部反射鏡の熱抵抗を下げることで、放熱特性が大きく改善することが報告されている。実施例１では、下部反射鏡の熱抵抗を低減したので、効果的に放熱性が改善し、高出力が得られた。
【００７９】
なお、超格子構造中の各層間のヘテロ界面ではバンド不連続があり、電気抵抗が大きくなる傾向にある。この傾向はｐ型材料の方が顕著であるので、超格子構造は実施例１のようにｎ型である反射鏡に形成することが好ましく、下部反射鏡をｎ型とすると効果的である。
【００８０】
このように、実施例１によれば、熱抵抗の小さい材料からなる超格子構造による半導体層を有した反射鏡を用いることで、より高出力化できて、低価格、低消費電力、小型、温度特性が良く、光出力の高い面発光レーザを提供することができる。
【実施例２】
【００８１】
本発明の実施例２は、波長１．３μｍ帯の面発光レーザについてのものである。図３は実施例２の１．３μｍ帯面発光レーザを示す図である。実施例２では、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層に用いた。
【００８２】
図３に示すように、実施例２の面発光レーザは、３インチの大きさの面方位（１００）のｎ−ＧａＡｓ基板上に、それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで一定組成層としてｎ−ＡｌＡｓとｎ−ＧａＡｓを交互に２５周期積層した第１のｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部第１反射鏡）が形成され、また、第１のｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部第１反射鏡）の上に、平均Ａｌ組成が０．９となるｎ−ＡｌＧａＡｓ（超格子構造）とｎ−ＧａＡｓとを交互に１０周期積層した第２のｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部第２反射鏡）が形成されている。超格子構造はＡｌＡｓとＧａＡｓとから構成され、平均Ａｌ組成が０．９となるようにＡｌＡｓを２７ＭＬ（モノレイヤー）、ＧａＡｓを３ＭＬとして交互に積層した。
【００８３】
そして、第２のｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部第２反射鏡）の上に、アンドープ下部ＧａＡｓスペーサ層、３層のＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層と４層のＧａＮＰＡｓ障壁層からなる多重量子井戸活性層、アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層が形成されている。
【００８４】
そして、アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層の上に、ｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（上部反射鏡）が形成されている。上部反射鏡は、Ｃドープのｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓとをそれぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に積層した周期構造（例えば、２５周期）から構成されている（図では詳細は省略）。なお、上部反射鏡中の活性層に近い位置に、ＡｌＡｓからなる被選択酸化層を例えば３０ｎｍの厚さで設けた。
【００８５】
上部反射鏡の最上部のＧａＡｓ層は、電極とコンタクトを取るコンタクト層を兼ねている。また、活性層内の井戸層のＩｎ組成ｘは３３％，窒素組成は０．８％とした。井戸層の厚さは７ｎｍとし、ＧａＡｓ基板に対して約２．１％の圧縮歪（高歪）を有している。また、ＧａＮＰＡｓ障壁層はＮ組成０．８％、Ｐ組成４％、厚さは２０ｎｍとし、ＧａＡｓ基板に対して０．３％の引っ張り歪みを有している。
【００８６】
ＭＯＣＶＤ法によるＧａＩｎＮＡｓ活性層の原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＡｓＨ３（アルシン）を用い、窒素の原料には、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いた。また、キャリアガスにはＨ２を用いた。ＤＭＨｙは低温で分解するので６００℃以下のような低温成長に適しており，特に低温成長の必要な歪みの大きい量子井戸層を成長する場合、好ましい原料である。この実施例２のＧａＩｎＮＡｓ面発光レーザの活性層のように歪が大きい場合は、非平衡となる低温成長が好ましい。この実施例２では、ＧａＩｎＮＡｓ層は５５０℃で成長させた。
【００８７】
そして、所定の大きさのメサを下部第２反射鏡途中まで塩素系ガスでエッチングしてｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れたＡｌＡｓ被選択酸化層を水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭さく部を形成した。そして、次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐコンタクト層上，光出射部のある上部反射鏡上のポリイミドを除去し、ｐコンタクト層上の光出射部以外にｐ側電極を形成し、またｎ−ＧａＡｓ基板の裏面にｎ側電極を形成した。
【００８８】
作製した面発光レーザの発振波長は、約１．３μｍであった。すなわち、ＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いたことで、ＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光レーザを形成できた。
【００８９】
また、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＮＡｓ系材料により活性層を形成したことで、障壁層とのバンド不連続が大きく温度特性の良好な面発光レーザを得ることができた。
【００９０】
また、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸化層の選択酸化により電流狭さくを行ったので、しきい値電流は低かった。被選択酸化層を選択酸化したＡｌ酸化膜からなる電流狭さく層を用いた電流狭さく構造によると、電流狭さく層を活性層に近づけて形成することで電流の広がりが抑えられ、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じ込めることができる。さらに酸化してＡｌ酸化膜となることで屈折率が小さくなり、凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、極めて効率が良くなり、しきい値電流は低減される。また、容易に電流狭さく構造を形成できることから、製造コストを低減できる。
【００９１】
この実施例２において、下部反射鏡の低屈折率層及び高屈折率層は、平均組成であるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓよりも熱抵抗の小さいＡｌＡｓとＧａＡｓとで構成したので、放熱性が向上し、高出力が得られた。また、超格子構造は、活性層側の下部反射鏡のみに形成したので、全体に形成した場合に比べて、エピプロセスは複雑にならず、エピ装置への負担は小さい。
【００９２】
なお、メサ形成時、ドライエッチングによるエッチング深さを狙いどおりに制御することは容易ではない。このため基板側の下部反射鏡の活性層に近い低屈折率層がエッチングされる可能性がある。この実施例２においては、確実に被選択酸化層がエッチングされるようにエッチング深さのマージンを設けてプロセス設計しており、結果的に下部反射鏡の活性層に近い下部第２反射鏡の途中までエッチングされた。しかしながら、下部第２反射鏡の超格子構造からなる低屈折率層を構成するＡｌＡｓ層は、被選択酸化層（３０ｎｍ）より極めて薄くしたので、メサ内部まで酸化されることはなかった。
【００９３】
また、超格子構造中の各層間のヘテロ界面ではバンド不連続があり、電気抵抗が大きくなる傾向にある。この傾向はｐ型材料の方が顕著であるので、超格子構造はこの実施例２のようにｎ型である反射鏡に形成することが好ましい。さらに、この実施例２では、ｎ型下部反射鏡を構成する低屈折率層の一部のみを超格子構造としており、抵抗上昇はそれほど見られなかった。
【００９４】
また、ＧａＩｎＮＡｓ等の窒素と他のＶ族を含んだ半導体層の作製にはＭＢＥ法が主に用いられていたが、原理的に高真空中での成長なので原料供給量を大きくできない。原料供給量を大きくすると、排気系に負担がかかるデメリットがある。すなわち、高真空排気系の排気ポンプを必要とするが、ＭＢＥチャンバー内の残留原料等を除去するなどのために排気系に負担がかかり故障しやすいことからスループットは悪い。
【００９５】
面発光レーザは、レーザ光を発生する少なくとも１層の活性層を含んだ活性領域を半導体多層膜反射鏡で挟んで構成されている。端面発光型レーザの結晶成長層の厚さが３μｍ程度であるのに対して、例えば１．３μｍ波長帯面発光レーザでは１０μｍを超える結晶成長層の厚さが必要になるが、ＭＢＥ法では高真空を必要とすることから原料供給量を高くすることができず、成長速度は１μｍ／ｈ程度であり、１０μｍの厚さを成長するには、原料供給量を変えるための成長中断時間を設けないとしても、最低１０時間かかる。
【００９６】
活性領域の厚さは全体に比べて通常ごくわずかであり（１０％以下）、ほとんどが多層膜反射鏡を構成する層である。半導体多層膜反射鏡は、それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さ（λ／４の厚さ）で低屈折率層と高屈折率層を交互に積層して（例えば２０〜４０ペア）形成されている。
【００９７】
ＧａＡｓ基板上の面発光レーザでは、ＡｌＧａＡｓ系材料を用い、Ａｌ組成を変えて低屈折率層（Ａｌ組成大）と高屈折率層（Ａｌ組成小）としている。しかし実際には、特にｐ側は各層のヘテロ障壁により抵抗が大きくなるので、低屈折率層と高屈折率層との間に、Ａｌ組成が両者の間となる薄い中間層を挿入して多層膜反射鏡の抵抗を低減している。
【００９８】
このように、面発光レーザは、１００層を超える組成の異なる半導体層を成長しなければならない他に、多層膜反射鏡の低屈折率層と高屈折率層との間にも中間層を設けるなど、瞬時に原料供給量を制御する必要がある素子である。しかし、ＭＢＥ法では、原料供給を原料セルの温度を変えて供給量を制御しており、臨機応変に組成をコントロールすることができない。よって、ＭＢＥ法により成長した半導体多層膜反射鏡は、抵抗を低くするのは困難であり、動作電圧が高い。
【００９９】
一方、ＭＯＣＶＤ法は原料ガス流量を制御するだけで良く、瞬時に組成をコントロールできるとともに、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、また成長速度を例えば３μｍ／ｈ以上と高くでき、容易にスループットを上げられることから、極めて量産に適した成長方法である。
【０１００】
なお、この実施例２では、障壁層としてＧａＮＰＡｓを用いたが、ＧａＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＰＡｓ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＮＰＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＰＡｓＳｂなど、他の材料を用いることもできる。
【０１０１】
このように、実施例２によれば、熱抵抗の小さい材料からなる超格子構造による半導体層を有した反射鏡を用いることで、より高出力化できるので、光ファイバーの伝送損失が小さく長距離伝送可能で、低価格、低消費電力、小型、温度特性が良く、光出力の高い面発光レーザを提供することができる。
【実施例３】
【０１０２】
図４は本発明の実施例３の面発光レーザアレイ（面発光レーザアレイチップ）を示す図である。
【０１０３】
実施例３の面発光レーザアレイは、実施例２の面発光レーザが１０個、１次元に並んだものとなっている。なお、１次元に限らず、２次元に集積させてもかまわない。実施例３の面発光レーザアレイは、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板上に形成されており、上面にｐ側個別電極が形成され、基板の裏面にｎ側共通電極が形成されている。
【実施例４】
【０１０４】
図５は実施例３の面発光レーザアレイチップとシリカファイバーとを組み合わせた実施例４の光送信モジュールを示す図である。実施例４の光送信モジュールは、面発光レーザからのレーザ光が光ファイバーに入力され、伝送されるようになっている。なお、光ファイバーには、シングルモードファイバーを用いている。同時により多くのデータを伝送するために複数の半導体レーザが集積したレーザアレイを用いた並列伝送が試みられている。実施例４では、シングルモード高出力面発光レーザを用いているので、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。
【０１０５】
さらに、本発明による面発光レーザ，面発光レーザアレイを光通信システムに用いると、低コストの光送信モジュールを実現できる他、これを用いた低コスト，高信頼性の光通信システムを実現できる。また、ＧａＩｎＮＡｓを用いた面発光レーザは、シリカファイバーの吸収が少なく適しており、更に、温度特性が良いこと、及び低しきい値であること、更に放熱特性が改善されたことにより、高温まで冷却なしで使えるシステムを実現できる。
【０１０６】
なお、上述の例では、面発光レーザと光ファイバーとを１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光レーザを１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより、伝送速度を更に増大することが可能となる。
【実施例５】
【０１０７】
図６は本発明の実施例５の光送受信モジュールを示す図である。実施例５の光送受信モジュールは、実施例２の半導体レーザ（面発光レーザ）と、受信用フォトダイオードと、光ファイバーとを組み合わせたものとなっている。
【０１０８】
本発明の面発光レーザを光通信システムに用いる場合、本発明の面発光レーザは低コストであるので、図６に示すように、送信用の半導体レーザ（１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡｓ面発光レーザ）と、受信用フォトダイオードと、光ファイバーとを組み合わせた光送信モジュールを用いた低コストの光通信システムを実現できる。また、本発明を採用したＧａＩｎＮＡｓを用いた面発光レーザの場合，温度特性が良いこと、低しきい値であること、更に放熱特性が改善されたことにより、高温まで冷却なしで使えるより低コストのシステムを実現できる。
【０１０９】
さらに、１．３μｍ等の長波長帯で低損失となるフッ素添加ＰＯＦ（プラスチックファイバ）とＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いた面発光レーザとを組み合わせると、ファイバが低コストであること、ファイバの径が大きくてファイバとのカップリングが容易で実装コストを低減できることから、極めて低コストのモジュールを実現できる。
【０１１０】
本発明の面発光レーザを用いた光通信システムとしては、光ファイバーを用いた長距離通信に用いることができるのみならず、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータ等の機器間伝送、さらにはボード間のデータ伝送、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等、光インターコネクションとして短距離通信に用いることができる。
【０１１１】
近年ＬＳＩ等の処理性能は向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度が今後ボトルネックとなる。システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクトに変えると、例えばコンピュータシステムのボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等を、本発明の光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続すると、超高速コンピュータシステムが可能となる。
【０１１２】
また、複数のコンピュータシステム等を本発明の光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続した場合、超高速ネットワークシステムが構築できる。特に面発光レーザは、端面発光型レーザに比べて、桁違いに低消費電力化でき、２次元アレイ化が容易なので、並列伝送型の光通信システムに適している。
【０１１３】
これらのように、低コストであることから、家庭用、オフィスの室内用，機器内用等の短距離のデータ通信に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】ＡｌＧａＡｓ混晶の熱抵抗率のＡｌ組成依存性を示す図である。
【図２】実施例１の面発光レーザを示す図である。
【図３】実施例２の面発光レーザを示す図である。
【図４】実施例３の面発光レーザアレイを示す図である。
【図５】実施例４の光送信モジュールを示す図である。
【図６】実施例５の光送受信モジュールを示す図である。
【図１】
2005347482.tif 000003
【図２】
2005347482.tif 000004
【図３】
2005347482.tif 000005
【図４】
2005347482.tif 000006
【図５】
2005347482.tif 000007
【図６】
2005347482.tif 000008