(57)【要約】【課題】数ｍＷのチップ光出力と低電流動作を同時に実現する波長１３００ｎｍ帯のシングル横モードの直接変調レーザを実現すること。さらに、面発光型のレーザ出力特性を実現することにより、経済性にも優れたレーザ光源を実現すること。【解決手段】所定の半導体基板上に形成された多層構造を備えた半導体レーザとし、前記多層構造の一つをレーザ光を放射するための活性領域と、分布ブラッグ反射層を含むものとする。前記活性領域の長さは１０乃至１００μｍとし、前記活性領域への電流注入のオン・オフにより、レーザ光信号を発生させる活性領域の分布ブラッグ反射型レーザを構成する。【選択図】図３
2007005594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の半導体基板と、該半導体基板上に形成された多層構造とを備えた半導体レーザであって、
前記多層構造は、少なくともレーザ光を放射するための活性層領域と、分布ブラッグ反射層とを含み、
前記活性層領域の長さが１０乃至１００μｍであり、前記活性層領域への電流注入のオン・オフにより、レーザ光信号を発生させることを特徴とする分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項２】
前記レーザの動作波長が、１．２乃至１．４μｍである請求項１に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項３】
前記半導体基板がＩｎＰ基板であり、前記活性層領域の材料がＩｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ａｓを含む請求項１に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項４】
前記分布ブラッグ反射層の回折格子を形成する材料がＩｎＧａＡｓＰで構成される請求項３に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項５】
前記半導体基板がＧａＡｓ基板であり、前記活性層領域の材料がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓを含む請求項１に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項６】
前記分布ブラッグ反射層の回折格子を形成する材料がＩｎＧａＡｓＰまたはＧａＡｓまたはＩｎＧａＰのいずれか一つを含む請求項５に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項７】
前記レーザの共振器方向の光素子長が１５０〜７００μｍである請求項１に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項８】
ｎ型ＧａＡｓ基板と、該ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成された多層構造とを備えた半導体レーザであって、
前記多層構造は、少なくともレーザ光を放射するためのＧａＩｎＮＡｓ系短共振器分布帰還（ＤＦＢ）構造と、ＧａＡｓ導波路層とを含み、
前記ＧａＩｎＮＡｓ系短共振器分布帰還（ＤＦＢ）構造領域への電流注入のオン・オフにより、レーザ光信号を発生させるとともに、
レーザの出射端部に光出力の出射方向を、前記ＧａＩｎＮＡｓ系短共振器分布帰還（ＤＦＢ）構造領域から前記基板の方向に変えるための斜めミラーを有することを特徴とする分布帰還型レーザ。
【請求項９】
前記レーザの共振器方向の素子長が１５０〜７００μｍである請求項８に記載の分布帰還型レーザ。
【請求項１０】
所定の半導体基板と、該半導体基板上に形成された多層構造とを備えるとともに、前記多層構造は、少なくともレーザ光を放射するための活性層領域と、分布ブラッグ反射層とを含み、前記活性層領域の長さが１０乃至１００μｍであり、前記活性層領域への電流注入のオン・オフにより、レーザ光信号を発生させる分布ブラッグ反射型レーザであって、
前記活性層領域の前後に分布ブラッグ反射層が配置され、且つレーザの出射端部に光出力の出射方向を前記活性層領域から前記基板の方向に変えるための斜めミラーを有することを特徴とした分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項１１】
前記レーザの共振器方向の素子長が１５０〜７００μｍである請求項１０に記載の分布帰還型レーザ。
【請求項１２】
前記レーザの活性領域層側がサブマウント上面に近くなるように、前記レーザをサブマウントにダイボンディングした請求項８に記載の分布帰還型レーザを有する光モジュール。
【請求項１３】
前記レーザの活性領域層側がサブマウント上面に近くなるように、前記レーザをサブマウントにダイボンディングした請求項１０に記載の分布ブラッグ反射型レーザを有する光モジュール。
【請求項１４】
前記レーザの動作波長が、１．２乃至１．４μｍである請求項１０に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項１５】
前記半導体基板がＩｎＰ基板であり、前記活性層領域の材料がＩｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ａｓを含む請求項１０に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項１６】
前記分布ブラッグ反射層の回折格子を形成する材料がＩｎＧａＡｓＰで構成される請求項１５に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項１７】
前記半導体基板がＧａＡｓ基板であり、前記活性層領域の材料がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓを含む請求項１０に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項１８】
前記分布ブラッグ反射層の回折格子を形成する材料がＩｎＧａＡｓＰまたはＧａＡｓまたはＩｎＧａＰのいずれか一つを含む請求項１７に記載の分布ブラッグ反射型レーザ。
【請求項１９】
前記半導体基板がＩｎＰ基板であり、前記活性層材料がＩｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ａｓを含む請求項１３に記載の光モジュール。
【請求項２０】
前記分布ブラッグ反射層の回折格子を形成する材料がＩｎＧａＡｓＰで構成される請求項１９に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子及びそれを用いたモジュールに係わり、特に、光通信等に好適な消費電力の少ない半導体発光・受光素子及びそれを用いたモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
情報技術の急激な発展に伴い、従来の通信ネットワーク（テレコム）だけでなく、ストレージ用ネットワーク（ＳＡＮ）や進展が著しいイーサネット（登録商標）（ＬＡＮ）等のデータコムにおいてもシステムの大容量化、ポート実装密度の増大と経済性とを両立させる技術が益々重要になっている。これらの高速インターフェース装置のスループットはチャンネルポート当りの速度以外に、モジュールサイズと消費電力で決まる実装密度により制限される。このことから主要部品となる光コンポーネントの小型化・省電力化が装置の総合性能を決める鍵となってきている。
【０００３】
このため、光信号の送受信をつかさどる半導体レーザ、半導体光検出器およびそのモジュールでは、如何に消費電力を低減するかが重要な指標となってきている。
【０００４】
図１は、毎秒１０ギガビットで動作する送受信光源モジュールに使われる送信光源を消費電力とファイバ伝送距離に対して、分類したものである。図から判るように、ファイバ伝送距離とモジュールの消費電力はトレードオフの関係にある。これは、図中に示したように、距離毎に使用される半導体光・電子デバイスが異なるためである。一般的に、短距離用途では、信号光波長が１．３μｍや０．８５μｍ程度以下の直接変調方式が用いられる。さらに分類すると、数１００ｍ以下の極短距離伝送では、波長０．８５μｍ帯のマルチモード面発光レーザ（非特許文献１）が直接変調の光源として用いられている。一方、１０ｋｍ程度以下の短距離用途では波長１．３μｍ帯の単一モードの端面発光レーザが直接変調の光源（非特許文献２）として用いられている。
【０００５】
直接変調方式では比較的単純な構成でモジュールを実現できるため消費電力が少ない。特に、面発光レーザはサブμｍ長のマイクロ共振器構造を反映し、数〜１０ｍＡ程度のわずかな電流で動作するため、消費電力が非常に少なく、本質的に省電力性に優れたレーザ共振器構造である。また、全てのレーザ共振器構造が、ウェハプロセスのみで作製可能である点、ウェハ状態での検査・選別工程が可能である点など、経済性の面でも優れた特徴を有する。
【０００６】
一方、波長１．３μｍ帯の端面発光レーザでは、毎秒１０ギガビット動作のためには、最低でも６０ｍＡ程度以上の電流動作が現状では必要であり、このため消費電力が倍程度に跳ね上がってしまう。このため、この面発光レーザを１０ｋｍ程度以下の短距離用途に適用するべく、１．３μｍ波長帯面発光レーザの検討が精力的に検討されている。しかし、実用化の鍵となる数ｍＷ級のチップ光出力をシングル横モード構造で実現することが技術的に困難な状況である。これは、発光層の体積が小さすぎるためである。非特許文献３に見られるように、１．３μｍ波長帯の面発光レーザの場合、単一モード条件となる５μｍ程度以下の発光面積径では、高温で急激に光出力が数１００μＷ程度に低下してしまう。発光面積径が１０μｍ程度以上であれば、１ｍＷ程度の出力が得られるが、マルチモード動作となってしまう。
【０００７】
他方、４０ｋｍ程度以上の中・長距離用途では光ファイバの伝送損失がより少ない波長１．５５μｍ帯で動作する光変調器を用いた外部変調方式が採用されるため、消費電力はさらに上昇してしまう。加えて、波長多重伝送（ＷＤＭ）方式では、波長可変光源の波長安定化など新たな電力消費が加算されるため、極短距離伝送に比べ数倍以上の電力上昇を余儀なくされているのが現状である。
【０００８】
尚、本発明のレーザ共振器構造に関係する公知例に非特許文献４、５がある。いずれも、波長帯１．５５μｍの波長可変レーザ光源の波長可変特性の改善に関するものである。本発明の高速直接変調光源とは動作原理が異なるが、類似の素子構造であるため参考文献として併記する。また、本発明の面発光型レーザ構造に関係する公知例に非特許文献６、７がある。
【０００９】
【非特許文献１】２００３アイ・トリプル・イー１６回レオス・コンファレンス・ダイジェスト（Lasers and Electro-Optics Society, 2003. LEOS 2003. The 16th Annual Meeting of the IEEE Volume 2, 27-28 Oct. 2003 Page(s):511 - 512 vol.2）．
【非特許文献２】２００３光ファイバ国際会議・コンファレンス・ダイジェスト（Optical Fiber Communications Conference, 2003. OFC 2003, 3-28 March 2003 Page(s):PD40 - P1-3 vol.3）.
【非特許文献３】２００４アイ・トリプル・イー１９回インターナショナル・セミコンダクター・レーザー・コンファレンス・ダイジェスト（IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference Digest）、ｐ．１４１．
【非特許文献４】２００４アイ・トリプル・イー１９回インターナショナル・セミコンダクター・レーザー・コンファレンス・ダイジェスト（IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference Digest）、ｐ．１１５．
【非特許文献５】２００４アイ・トリプル・イー１９回インターナショナル・セミコンダクター・レーザー・コンファレンス・ダイジェスト（IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference Digest）、ｐ．１４３．
【非特許文献６】２００２アイ・トリプル・イー１８回インターナショナル・セミコンダクター・レーザー・コンファレンス・ダイジェスト（IEEE 18th International Semiconductor Laser Conference Digest）、ｐ．１１３．
【非特許文献７】２００５光ファイバ国際会議・コンファレンス・ダイジェスト（Optical Fiber Communications Conference, 2005, OFC 2005, 6-11 March 2005 OTuM5.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、数ｍＷのチップ光出力と省電力動作の鍵となる低電流動作を同時に実現するシングル横モードの直接変調レーザを実現することにある。特に、光ファイバ伝送距離１０ｋｍ程度以下の短距離用途として好適な１．３μｍ波長帯の直接変調レーザを実現することが重要である。さらに、面発光型のレーザ出力特性を実現することにより、経済性にも優れたレーザ光源を実現することが本発明の課題である。また、これらのレーザの好適な実装手法に基づく消費電力の少ない光通信モジュールを実現することが本発明のもう一つの課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
低動作電流の観点で、レーザの高速性を維持しつつ動作電流を最小化するレーザの共振器長は数十μｍの領域にあることを見出した。以下この原理について詳細に説明する。
【００１２】
半導体レーザの高速性は、レーザ発光に関わる因子と寄生容量に関する因子により制限を受ける。毎秒４０ギガビット程度までの場合、後者の寄生容量に関する因子は現状のレーザ作製の最新技術を用いれば問題にならず、前者のレーザ発光因子が本質的となる。この場合、高速性の指標となるパラメータは緩和振動周波数（ｆｒ）であり、以下の式（１）に示される。
【００１３】
【数１】
2007005594.tif 000003
【００１４】
ここで、パラメータは以下の通りである。
ｄｇ／ｄＮ：微分利得、αｉ：内部光損失、αｍ：ミラー損失、Ｌｃ：レーザ共振器長、Ｉｍ：変調電流。
【００１５】
高速で変調するためには、高いｆｒ値が本質である。従って、できるだけ少ない電流で高速変調するための指標として、ηｆｒを式（２）のように定義する。
【００１６】
【数２】
2007005594.tif 000004
【００１７】
この指標ηｆｒは共振器長Ｌｃの平方根に逆比例するため、Ｌｃの小さな短共振器構造で大きなηｆｒが得られやすい。このため、毎秒１０ギガビット程度の端面発光レーザでは、共振器長Ｌｃをへき開で作製可能な最短の値である２００〜２５０μｍ程度に設定してきた。しかし、これ以上の短共振器化は、現状のレーザ作製技術では困難な状況にある。
【００１８】
一方、面発光レーザは共振器長Ｌｃがμｍオーダのマイクロ共振器構造を有しているため、一見より大きなｆｒが期待されるが、実際は前述の端面発光レーザと同等かそれ以下である。これは主に、微分利得ｄｇ／ｄＮ、内部光損失αｉ、ミラー損失αｍの共振器長Ｌｃ依存性が無視できなくなるためである。特に、短共振器化に伴う活性層体積の低下により、しきい値キャリア密度が上昇し、発光層が利得飽和を起こしてしまう。このため、最大のηｆｒを与える最適な共振器長Ｌｃが存在することがわかる。
【００１９】
図２は消費電力抑制の観点から、駆動電流の上限を設定した場合の最大緩和振動周波数ｆｒの共振器長Ｌｃ依存性の計算結果の例である。例えば２０ｍＡ〜８０ｍＡ程度の駆動電流の上限値に対し、１０μｍ〜１００μｍ程度の間にそれぞれの共振器長Ｌｃ最適値が存在することがわかる。
【００２０】
この最適共振器長Ｌｃ値は、従来のへき開法では実現できない値であり、且つ面発光レーザでも実現不可能な領域である。
【００２１】
本発明では、上記の最適な共振器構造を実現する新しいレーザ構造として短共振器分布ブラッグ反射（ＤＢＲ型）レーザを提案する。また、面発光レーザの経済性を同時に実現するため、レーザ活性層の前後に半導体のウェハ工程中に作製されるモノリシック反射鏡を備えるとともに、レーザの出射端部に光出力の出射方向を基板上面または基板下面に変える斜めミラー構造を導入することにより、分布ブラッグ反射（ＤＢＲ型）レーザに限らず、分布帰還（ＤＦＢ型）レーザにおいても、従来、実現が不可能であった単一モード特性、数ｍＷの光出力、面発光特性を同時に実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、数ｍＷのチップ光出力と省電力動作の鍵となる低電流動作を同時に実現するシングル横モードの直接変調レーザが実現される。特に、光ファイバ伝送距離１０ｋｍ程度以下の短距離用途として好適な１．３μｍ波長帯の上記光源を実現可能となる。さらに、面発光型のレーザ出力を実現し、経済性にも優れたレーザ光源が作製可能となる。また、これらのレーザを適切に実装することにより、放熱性に優れ消費電力がより少ない光通信モジュールを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図３〜図１１を用いて説明する。
【００２４】
（実施例１）
図３は本発明の実施例１に係る波長１３００ｎｍ帯のＩｎＧａＡｌＡｓ系短共振器レーザ素子の断面図とこのレーザを直接変調するドライブ回路を示す例である。また、図４は図３に示すレーザ素子の一部を除去して断面で示す鳥瞰図である。
【００２５】
レーザ素子の作製は以下の順で行った。始めに、ｎ型ＩｎＰ基板３０１上に有機金属気相成長を用いてＩｎＧａＡｌＡｓからなる圧縮歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層３０２を成長した。次に、絶縁膜ストライプマスクを用いてＩｎＧａＡｌＡｓ−ＭＱＷ層３０２を部分的にエッチングした後、３００ｎｍ厚のバルクＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．１０μｍ）からなる分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）層３０３を公知の手法によりバットジョイント集積した。続いて、通常の干渉露光法とウェットエッチング法により周期約２０２ｎｍの均一回折格子３０４をＩｎＧａＡｓＰ−ＤＢＲ層３０３に刻印形成した。続いてｐ型ＩｎＰクラッド層３０５およびｐ＋−ＩｎＧａＡｓ型コンタクト層３０６を基板全面に成長した。結晶成長工程の後、通常のリッジ導波路構造に加工した。電極はレーザ部にのみ形成し、低容量化のため、６０μｍ２の小電極パッド３０８構造を採用した。ｎ型ＩｎＰ基板３０１の他面に背面電極３１８を設けた。
【００２６】
重要なパラメータとなる活性領域長は１０〜１００μｍとした。ＤＢＲ領域長を合わせた素子長は、１５０〜７００μｍとした。ＤＢＲ領域側を前方とし、素子の前端面には約１％の低反射膜３０９、後端面には約９０％の高反射膜３１０を、それぞれ、施した。なお、図４では、反射膜３０９の表示は省略した。完成した素子をジャンクションアップで、サブマウント上にダイボンディングした。３２７は直接変調部であり、素子を直接変調するためのバイアス電圧３２６およびこれに直列に接続された高周波電気信号源３２５よりなる。高周波電気信号源３２５の他端は抵抗３２８を持つ高周波配線を介してマッチング抵抗３２９を通して電極パッド３０８の端子３３０に接続される。マッチング抵抗３２９は素子の内部抵抗Ｒｉｎとの和が、配線の抵抗３２８とマッチングする値に選ばれる。バイアス電圧３２６の他端は背面電極３１８に接続されるとともに接地される。素子の作製した素子は室温において波長１３０５ｎｍ近傍においてＤＢＲ縦モードで発振した。
【００２７】
図５は活性領域長７５μｍの素子のＣＷ条件での電流・光出力（Ｉ−Ｌ）特性の温度依存性（２５、７０、８５℃）の一例を示す図である。８５℃において１０ｍＡ以下の低しきい値発振を得た。２５−８５℃間での特性温度Ｔ０は７６Ｋであった。また、実施例１による素子は８５℃の高温においても３０ｍＡ程度の電流で２ｍＷ程度以上の高いチップ出力が得られた。
【００２８】
図６は２５℃、８５℃での発振スペクトルを示す図である。短共振器ＤＢＲ構造における高い主副モードのしきい値利得差を反映して、４５ｄＢ以上の副モード抑圧比が再現良く得られた。無作為に抽出した３０個以上の活性領域長１０μｍ〜１００μｍの素子において、９５％程度の歩留まりで３７ｄＢ以上の副モード抑圧比を達成した。
【００２９】
図７（Ａ）−（Ｃ）に毎秒１０ギガビット変調波形を示す図である。（Ａ）は２５℃、駆動電流１３．０ｍＡ、動的消光比は６．２ｄＢ、（Ｂ）は８５℃、駆動電流１３．６ｍＡ、動的消光比は６．４ｄＢ、（Ｃ）は１００℃、駆動電流１４．０ｍＡ、動的消光比は６．８ｄＢの結果が得られている。前述した短共振器構造による駆動電流の低減効果を反映して、１４ｍＡ程度以下の極めて低い振幅電流値で明瞭なアイ開口が観測された。光波形の立上がり、立下り時間は３５ｐｓ程度、動的消光比は６．２〜６．８ｄＢであり、短距離伝送系の消光比仕様を満足している。
【００３０】
（実施例２）
図８は本発明の実施例２に係る波長１３００ｎｍ帯の面発光型ＩｎＧａＡｌＡｓ系短共振器レーザの素子構造とこのレーザを直接変調するドライブ回路を示す例である。レーザの基本構造は、レーザ後方の高反射膜３１０を後方ＤＢＲ層３１１で置き換えたこと、さらに、素子の出力モニタのために後方ＤＢＲ層３１１の後方にＩｎＧａＡｌＡｓからなる圧縮歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層３０２を残し、これに対応する位置に出力モニタ電極３１５が形成されている以外は実施例１で述べたものと基本的に同一である。ＤＢＲ領域長を合わせた素子長は、実施例１と同様、１５０〜７００μｍとした。実施例２では、レーザ発振光を基板３０１下方に出射するため、前方ＤＢＲ層３０３の先端に４５°ミラー３１２を公知の手法により形成した。この結果、前方ＤＢＲ層３０３を通過したレーザ発振光は、透明なＩｎＰ基板３０１を通過し基板裏面から出射される。実施例２の構造では、後方ＤＢＲ層３１１の反射率を十分大きくしていること、及び４５°ミラーでレーザ発振光が基板側に全反射されることにより、レーザ共振器を構成する全ての部位が半導体ウェハプロセス中に形成される。
【００３１】
したがって、レーザ端面での反射膜や反射構造を必要としない。このことが、非特許文献６、７に代表される従来型の４５°ミラーを用いた面発光レーザと本質的に異なる点であり、実用化に向けた大きな改善点である。尚、基板裏面の出射部には、公知のフレネルレンズ３１３およびその上には無反射コート３１４が形成されている。
【００３２】
完成した素子を図９に示すように、レーザの活性層３０２がサブマウント３２０の上面に近くなるように配置して、いわゆるジャンクションダウンで、サブマウント３２０上にダイボンディングした。直接変調部３２７と素子の関係は実施例１と基本的に同じであるが、出力モニタ電極３１５の端子３５１と背面電極３１８との間に接続された抵抗３５２に得られる電圧を高周波電気信号源３２５にフィードバックして素子の発光動作の安定化を図る。
【００３３】
作製した素子の室温、高温でのしきい値電流、発光効率等の基本特性は実施例１の素子とほぼ同等であった。一方、ジャンクションダウン実装のため、レーザの通電時の放熱性が向上したため、飽和光出力が５０％程度改善された。これにより、最大緩和振動周波数が約２０％向上した。また、裏面からの出射角はフレネルレンズ３１２により約１５°に低減された。これにより、従来の面発光レーザと同様に、光学レンズを用いないで、−３ｄＢ程度のファイバ光結合が実現できた。また、本構造では従来の面発光レーザと同様にレーザのウェハ工程中に全て形成されるため、端面発光レーザと異なり、端面へき開構造や端面コーティング構造が不要となる。このため、ウェハ段階での検査試験が可能となるなど、経済性に優れた構造といえる。
【００３４】
実施例２により、短共振器端面発光レーザの高出力性と面発光レーザの経済性を兼ね備えた省電力・低コスト光モジュールに好適なレーザ光源が実現された。
【００３５】
（実施例３）
図１０は本発明の実施例３に係る波長１３００ｎｍ帯のＧａＩｎＮＡｓ系短共振器ＤＢＲ構造を有する面型発光レーザの断面図である。
【００３６】
素子の作製は以下の順で行った。始めに、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に分子線エピタキシーによりｎ型ＩｎＧａＰバッファ層５０２、発光波長１３００ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ−ＭＱＷ活性層５０３を成長した。次に、絶縁膜ストライプマスクを用いてＧａＩｎＮＡｓ−ＭＱＷ層５０３を部分的にエッチングした後、３００ｎｍ厚のバルクＧａＡｓからなる分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）層５０４およびＧａＡｓからなる後方分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）層５１０を公知の手法によりバットジョイント集積した。続いて、通常の干渉露光法とウェットエッチング法により周期約１９９ｎｍの均一回折格子５０５をＧａＡｓ−ＤＢＲ層５０４およびＧａＡｓ−後方分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）層５１０に刻印形成した。続いて、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層５０６およびｐ＋型ＧａＡｓコンタクト層５０７を基板全面に成長した。結晶成長工程の後、通常のリッジ導波路構造に加工した。ここでは、分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）層５０４はＧａＡｓとしたが、これに代えて、ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＰとしても良い。電極はレーザ部にのみ形成し、低容量化のため、６０μｍ２の小電極パッド５０９構造を採用した。重要なパラメータとなる活性領域長は１０〜１００μｍとした。ＤＢＲ領域長を合わせた素子長は、実施例１と同様、１５０〜７００μｍとした。ＤＢＲ領域の先端に実施の形態２と同様４５°ミラー５１１を公知の手法により形成した。完成した素子をジャンクションダウンで、サブマウント上にダイボンディングした後、ステム上の５０Ω終端抵抗とともにワイヤリングにより高周波接続した。なお、５１２はフレネルレンズ、５１３は無反射コート、５１４は出力モニタである。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の他面に背面電極５１８を設けた。直接変調部３２７と素子の関係は実施例１と基本的に同じであるが、出力モニタ電極３１５の端子３５１と背面電極５１８との間に接続された抵抗３５２に得られる電圧を高周波電気信号源３２５にフィードバックして素子の発光動作の安定化を図る。
【００３７】
作製した素子は、実施例１と同等以上の特性で動作し、１０ｍＡ程度以下の低い振幅電流下で毎秒１０ギガビット変調を実現した。
【００３８】
（実施例４）
図１１は本発明の実施例４に係る波長１３００ｎｍ帯のＧａＩｎＮＡｓ系短共振器分布帰還（ＤＦＢ）構造を有する面型発光レーザの断面図である。図において、６０１はｎ型ＧａＡｓ基板、６０２はｎ型ＩｎＧａＰバッファ層、６０３はＧａＩｎＮＡｓ−ＭＱＷ活性層、６０４は回折格子、６０４ａはλ／４位相シフト構造、６０５はｐ型ＩｎＧａＰクラッド層、６０６はｐ＋型ＧａＡｓコンタクト層、６０８は小電極パッド、６０９はＧａＡｓ導波路層、６１０は４５°ミラー、６１１はフレネルレンズ、６１２は無反射コート、６１３は出力モニタである。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板６０１の他面に背面電極６１８を設けた。直接変調部３２７と素子の関係は実施例１と基本的に同じであるが、出力モニタ電極３１５の端子３５１と背面電極６１８との間に接続された抵抗３５２に得られる電圧を高周波電気信号源３２５にフィードバックして素子の発光動作の安定化を図る。
【００３９】
素子の基本作製手法は回折格子６０４を発光波長１３００ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ−ＭＱＷ活性層６０３上に形成すること以外は、実施例３と同等である。ＤＦＢ領域長を合わせた素子長は、実施例１と同様、１５０〜７００μｍとした。
【００４０】
作製した素子は、実施例１と同等以上の特性で動作し、１０ｍＡ程度以下の低い振幅電流下で毎秒１０ギガビット変調を実現した。
【００４１】
以上、４つの実施例にて本発明の主に、光通信用途の半導体レーザへの適用事例を説明した。本発明の適用範囲は光通信用途の半導体レーザに限られるものではなく、適度な光出力を低い消費電力で実現する任意の導波路型面発光半導体レーザに適用可能であることを付記する。
【００４２】
本発明は、請求項に記載された構成のほか、前述した各実施例に応じて、以下の構成で実現できる。
【００４３】
１．所定の半導体基板と、該半導体基板上に形成された多層構造とを備えるとともに、前記多層構造は、少なくともレーザ光を放射するための活性層領域と、分布ブラッグ反射層とを含み、前記活性層領域の長さが１０乃至１００μｍであり、前記活性層領域への電流注入のオン・オフにより、レーザ光信号を発生させる分布ブラッグ反射型レーザであり、前記活性領域の前後に分布ブラッグ反射層が配置され、且つレーザの出射端部に光出力の出射方向を前記活性層領域から前記基板の方向に変えるための斜めミラーを有することを特徴とした分布ブラッグ反射型レーザにおいて、
前記半導体基板がＧａＡｓ基板であり、前記活性層材料がＧａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓを含む。
【００４４】
２．前記分布ブラッグ反射層の回折格子を形成する材料がＩｎＧａＡｓＰまたはＧａＡｓまたはＩｎＧａＰのいずれか一つを含む前記１項の分布ブラッグ反射型レーザ。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】送受信光源モジュールの消費電力とファイバ伝送距離の関係を表す図である。
【図２】最大緩和振動周波数のレーザ共振器長依存性の計算例を表す図である。
【図３】本発明の実施例１である波長１３００ｎｍ帯のＩｎＧａＡｌＡｓ系短共振器レーザの断面図である。
【図４】図３に示すレーザ素子の一部を除去して断面で示す鳥瞰図である。
【図５】本発明の実施例１の電流・光出力特性の温度依存性の一例を表す図である。
【図６】本発明の実施例１の２５℃、８５℃での発振スペクトルを表す図である。
【図７】本発明の実施例１の毎秒１０ギガビット変調波形を示す図である。
【図８】本発明の実施例２である波長１３００ｎｍ帯のＩｎＧａＡｌＡｓ系短共振器ＤＢＲ面発光レーザの断面図である。
【図９】本発明の第二の実施例である波長１３００ｎｍ帯のＩｎＧａＡｌＡｓ系短共振器ＤＢＲ面発光レーザをジャンクションダウン実装した構造の断面図である。
【図１０】本発明の実施例３である波長１３００ｎｍ帯のＧａＩｎＮＡｓ系短共振器ＤＢＲ面発光レーザの断面図である。
【図１１】本発明の実施例４である波長１３００ｎｍ帯のＧａＩｎＮＡｓ系短共振器ＤＦＢ面発光レーザの断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
３０１…ｎ型ＩｎＰ基板、３０２…ＩｎＧａＡｌＡｓ圧縮歪ＭＱＷ活性層、３０３…ＩｎＧａＡｓＰ−前方ＤＢＲ層、３０４…均一回折格子、３０５…ｐ型ＩｎＰクラッド層、３０６…ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ型コンタクト層、３０８…小電極パッド、３０９…低反射膜、３１０…高反射膜、３１１…ＩｎＧａＡｓＰ−後方ＤＢＲ層、３１２…４５°ミラー、３１３…フレネルレンズ、３１４…無反射コート、３１５…出力モニタ、３１８…背面電極、３２５…高周波電気信号源、３２６…バイアス電圧、３２７…直接変調部、３２８…抵抗、３２９…マッチング抵抗、５０１…ｎ型ＧａＡｓ基板、５０２…ｎ型ＩｎＧａＰバッファ層、５０３…ＧａＩｎＮＡｓ−ＭＱＷ活性層、５０４…ＧａＡｓ−前方ＤＢＲ層、５０５…均一回折格子、５０６…ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層、５０７…ｐ＋型ＧａＡｓコンタクト層、５０９…小電極パッド、５１０…ＧａＡｓ−後方ＤＢＲ層、５１１…４５°ミラー、５１２…フレネルレンズ、５１３…無反射コート、５１４…出力モニタ、５１８…背面電極、６０１…ｎ型ＧａＡｓ基板、６０２…ｎ型ＩｎＧａＰバッファ層、６０３…ＧａＩｎＮＡｓ−ＭＱＷ活性層、６０４…回折格子、６０４ａ…λ／４位相シフト構造、６０５…ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層、６０６…ｐ＋型ＧａＡｓコンタクト層、６０８…小電極パッド、６０９…ＧａＡｓ導波路層、６１０…４５°ミラー、６１１…フレネルレンズ、６１２…無反射コート、６１３…出力モニタ、６１８…背面電極。
【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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