(57)【要約】【課題】低消費電力で面発光レーザ素子のレーザ発振波長を高精度に制御することができる加熱機構を用いた面発光レーザ素子および面発光レーザアレイ素子を提供すること。【解決手段】２つの多層膜反射鏡からなる光共振器と、前記光共振器内に配置された活性層と、前記活性層の近傍に設けられた高抵抗加熱部と、前記高抵抗加熱部に接続し、該高抵抗加熱部に電流を伝えるための該高抵抗加熱部よりも電気抵抗が低い低抵抗部とを有し、当該面発光レーザ素子のレーザ発振波長を調整するための加熱機構とを備える。【選択図】図４
2012019158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの多層膜反射鏡からなる光共振器と、
前記光共振器内に配置された活性層と、
前記活性層の近傍に設けられた高抵抗加熱部と、前記高抵抗加熱部に接続し、該高抵抗加熱部に電流を伝えるための該高抵抗加熱部よりも電気抵抗が低い低抵抗部とを有し、当該面発光レーザ素子のレーザ発振波長を調整するための加熱機構と、
を備えることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記高抵抗加熱部は、前記多層膜反射鏡内に設けられてい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】
前記加熱機構は、円環の一部を切り欠いた形状を有する前記高抵抗加熱部と、前記高抵抗加熱部と前記低抵抗部とを接続するアーム部とを備え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】
前記高抵抗加熱部は、白金からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記低抵抗部は、金からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子を複数備え、前記複数の面発光レーザ素子が備える前記各加熱機構は、前記各高抵抗加熱部が前記低抵抗部によって直列接続しており、前記各面発光レーザ素子のレーザ発振波長を一括して調整するものであることを特徴とする面発光レーザアレイ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子および面発光レーザアレイ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に複数の面発光レーザ素子が配列された面発光レーザアレイ素子およびこれを信号光源として用いた光インターコネクションが開示されている。この面発光レーザアレイ素子は、個々の面発光レーザ素子が異なる波長のレーザ信号光を出力するように構成されている（非特許文献１〜３、特許文献１参照）。これらの文献で使用されている面発光レーザアレイ素子は、レーザ信号光の波長間隔が５ｎｍ程度以上のＣＷＤＭ（Coarse  Wavelength  Division  Multiplexing）光信号を出力するものである。
【０００３】
一方、シリコンフォトニクス技術を利用して、半導体集積素子内に、演算処理装置、変調器、光合波／分波器、受光素子（Photo  Detector,ＰＤ）を集積し、複数の半導体集積素子間をシリコン光導波路で接続し、半導体集積素子間の光通信を行なう光インターコネクションシステムが開示されている（非特許文献４参照）。この光インターコネクションシステムでは、ＷＤＭ光信号の波長間隔がより狭い高密度なＤｅｎｓｅ−ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）光信号を利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１４４３０号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１９１７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Padullaparthi  Babu  Dayal,  Takahiro  Sakaguchi,  Akihiro  Matsutani,  and  Fumio  Koyama,  “Multiple-Wavelength  Vertical-Cavity  Surface-Emitting  Lasers  by  Grading  a  Spacer  Layer  for  Short-Reach  Wavelength  Division  Multiplexing  Applications”,  Appl.  Phys.  Express  2(2009)  092501.
【非特許文献２】鈴木貞一  他,「高密度CWDM用モノリシック多波長VCSELの試作」,信学技報,  vol.  107,  no.  198,  OPE2007-86,  pp.  101-106,  2007年8月.
【非特許文献３】B.  E.  Lemoff  et  al.  “MAUI:  Enabling  fiber-to-the-processor  with  parallel  multiwavelength  optical  interconnects.”  J.  Lightwave  Technol.,  22(9):2043,  2004.
【非特許文献４】Kannan  Raji  et  al.  “”Macrochip”  Computer  Systems  Enabled  by  Silicon  Photonic  Interconnects”,  Proceedings  SPIE  7607,  760702,  2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のシリコンフォトニクス技術を利用した光インターコネクションシステムに使用するＤＷＤＭ信号光源を、面発光レーザアレイ素子を用いて実現する場合には、面発光レーザ素子のレーザ発振波長を高精度に制御する必要がある。また、このレーザ発振波長の制御は、面発光レーザ素子の低消費電力特性を活かすように実現されることが好ましい。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低消費電力で面発光レーザ素子のレーザ発振波長を高精度に制御することができる加熱機構を用いた面発光レーザ素子および面発光レーザアレイ素子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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ素子は、２つの多層膜反射鏡からなる光共振器と、前記光共振器内に配置された活性層と、前記活性層の近傍に設けられた高抵抗加熱部と、前記高抵抗加熱部に接続し、該高抵抗加熱部に電流を伝えるための該高抵抗加熱部よりも電気抵抗が低い低抵抗部とを有し、当該面発光レーザ素子のレーザ発振波長を調整するための加熱機構とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記高抵抗加熱部は、前記多層膜反射鏡内に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記加熱機構は、円環の一部を切り欠いた形状を有する前記高抵抗加熱部と、前記高抵抗加熱部と前記低抵抗部とを接続するアーム部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記高抵抗加熱部は、白金からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記の発明において、前記低抵抗部は、金からなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記の発明のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子を複数備え、前記複数の面発光レーザ素子が備える前記各加熱機構は、前記各高抵抗加熱部が前記低抵抗部によって直列接続しており、前記各面発光レーザ素子のレーザ発振波長を一括して調整するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低消費電力で面発光レーザ素子のレーザ発振波長を高精度に制御することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施の形態に係る面発光レーザ素子を利用した光インターコネクションシステムの模式的な構成図である。
【図２】図２は、図１に示す光集積素子の模式的な構成図である。
【図３】図３は、図２に示す面発光レーザアレイ素子および光導波路の、光導波路の長さ方向に沿った模式的な断面図である。
【図４】図４は、各面発光レーザ素子が備える加熱機構の模式的な平面図である。
【図５】図５は、レーザ発振波長の一括調整を説明する図である。
【図６】図６は、図４に示す加熱機構の消費電力と波長シフト量との関係の一例を示す図である。
【図７】図７は、波長調整層の厚さとレーザ発振波長または内部損失との関係の一例を示す図である。
【図８】図８は、バイアス電流とレーザ光の光強度の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照して本発明に係る面発光レーザ素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面においては、同一または対応する要素には適宜同一符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１７】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る面発光レーザ素子を利用した光インターコネクションシステムの模式的な構成図である。図１に示すように、この光インターコネクションシステム１０００は、シリコン基板１上に形成された、複数の半導体集積素子１００と、複数のシリコン光導波路２と、各半導体集積素子１００と所定のシリコン光導波路２とを光学的に接続する複数の光合波器３および複数の光分波器４とを備えている。
【００１８】
シリコン光導波路２は、シリコン基板１から突出するように形成されたリッジ型の光導波路である。このシリコン光導波路２は、たとえば、幅が７００ｎｍ程度、高さが６００ｎｍ程度のものである。また、光合波器３、光分波器４は、たとえば特許文献２に開示されるようなリング共振器を用いた光フィルタである。
【００１９】
つぎに、半導体集積素子１００の構成について説明する。図２は、図１に示す半導体集積素子１００の模式的な構成図である。図２に示すように、半導体集積素子１００は、演算処理装置１１０と、レーザ駆動装置１２０と、ｎを２以上の整数として、ｎ個の面発光レーザ素子を有する面発光レーザアレイ素子１３０と、１つの受光素子１４０と、光導波路１５０、１６０とを備えている。なお、ｎは２以上であれば特に限定されないが、４以上であれば通信容量を大きくできるので好ましい。また、光導波路１５０は、面発光レーザアレイ素子１３０と光合波器３とを光学的に接続している。光導波路１６０は、受光素子１４０と光分波器４とを光学的に接続している。
【００２０】
つぎに、面発光レーザアレイ素子１３０および光導波路１５０の構成について説明する。図３は、図２に示す面発光レーザアレイ素子１３０および光導波路１５０の、光導波路１５０の長さ方向に沿った模式的な断面図である。図３に示すように、面発光レーザアレイ素子１３０は、共通の基板Ｓ上に形成された、ｎ個の面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎを有する。なお、図３では、面発光レーザ素子１３０−１、１３０−２、１３０−ｎのみ記載している。また、光導波路１５０は、面発光レーザアレイ素子１３０の各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれの上にわたって載置されている。
【００２１】
はじめに、面発光レーザ素子１３０−１の構成について説明する。面発光レーザ素子１３０−１は、基板Ｓ上に順次形成された、下部多層膜反射鏡である下部ＤＢＲミラー１３１と、多重量子井戸構造を有する活性層１３２ａと中心に円形の電流注入部を有する電流狭窄層１３２ｂとを含む円形のメサポスト形状の半導体積層構造１３２と、を備えている。なお、半導体積層構造１３２の活性層１３２ａの上部は、電流狭窄層１３２ｂが形成されたｐ型スペーサ層とｐ＋型コンタクト層とで構成されている。
【００２２】
半導体積層構造１３２の周囲の下部ＤＢＲミラー１３１表面には半円環状のｎ側電極１３３が形成されている。半導体積層構造１３２の最上層であるｐ＋型コンタクト層上にはｐ側円環電極１３４が形成されている。ｐ側円環電極１３４の開口部内には、波長調整層１３５−１および上部多層膜反射鏡である上部ＤＢＲミラー１３６が順次形成されている。この波長調整層１３５−１は、後述する波長調整機能を有するとともに、光共振器を構成する下部ＤＢＲミラー１３１と上部ＤＢＲミラー１３６との間に配置されることによって、光共振器の光学長を調整して光の定在波の節や腹の位置を適正にする位相調整層としての機能も有する。また、面発光レーザ素子１３０−１は、上部ＤＢＲミラー１３６内のｐ側円環電極１３４上に、加熱機構を構成している円環の一部を切り欠いた形状の高抵抗加熱部１３７を備えているが、これについては後に詳述する。
【００２３】
他の面発光レーザ素子１３０−２〜１３０−ｎは、面発光レーザ素子１３０−１の構成において、波長調整層１３５−１をそれぞれ波長調整層１３５−２〜１３５−ｎに置き換えた構成を有している。これらの波長調整層１３５−１〜１３５−ｎは、互いに厚さが異なるように形成されている。波長調整層１３５−１〜１３５−ｎの厚さの相違は、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度ときわめて小さいが、これについては後で詳述する。
【００２４】
なお、基板Ｓは、たとえばアンドープのＧａＡｓからなる。また、下部ＤＢＲミラー１３１は、たとえばＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層の３４ペアからなり、少なくとも最上部は、ｎ側電極１３３に対するコンタクト層となるｎ型ＧａＡｓが形成されている。また、活性層１３２ａは、たとえば波長が１．０μｍ〜１．２μｍレーザ光用として、層数が３のＩｎＧａＡｓ井戸層と層数が４のＧａＡｓ障壁層が交互に積層した歪み多重量子井戸構造を有している。なお、最下層のＧａＡｓ障壁層はｎ型クラッド層としても機能する。また、半導体積層構造１３２のｐ型スペーサ層、ｐ＋型コンタクト層は、たとえばそれぞれ炭素をドープしたｐ型、ｐ＋型のＧａＡｓからなる。また、電流狭窄層１３２ｂについては、たとえば電流注入部は直径が５〜６μｍのＡｌＡｓからなり、その周辺部はＡｌ２Ｏ３からなる。なお、各ｐ型またはｎ型層のアクセプタまたはドナー濃度はたとえば１×１０１８ｃｍ−３程度であり、ｐ＋型層のアクセプタ濃度はたとえば１×１０１９ｃｍ−３以上である。また、電流狭窄層１３２ｂの上下には、たとえばＡｌＧａＡｓからなり、厚さ方向において電流狭窄層１３２ｂに近づくにつれてそのＡｌ組成が段階的に増加するように構成された下部傾斜組成層および上部傾斜組成層を設けても良い。
【００２５】
また、ｐ側円環電極１３４は、たとえばＰｔ／Ｔｉからなり、外径はメサポストの外周と一致する３０μｍであり、開口部の内径がたとえば１１〜１６μｍである。また、ｎ側電極１３３は、たとえばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕからなり、外径が８０μｍ、内径が４０μｍである。
【００２６】
また、波長調整層１３５−１〜１３５−ｎは、たとえば誘電体である窒化珪素（ＳｉＮｘ）からなる。また、上部ＤＢＲミラー１３６は、たとえばＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアからなるが、α−Ｓｉ／ＳｉＯ２またはα−Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のペアを、その材料の屈折率に応じて９９％程度の適切な反射率がえられるようなペア数にしたものでもよい。
【００２７】
ここで、波長調整層１３５−１〜１３５−ｎの厚さが互いに異なることによって、面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎは互いに発振波長が異なるレーザ光を出力することができる。なお、隣接するレーザ光間の波長間隔は、光の周波数で表すと２００ＧＨｚ以下であり、たとえば１００ＧＨｚである。周波数間隔を１００ＧＨｚまたはそれ以下に狭くすると、高密度光伝送が可能になるとともに、面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎ間での特性の差が小さくなるので好ましい。
【００２８】
つぎに、光導波路１５０の構成について説明する。光導波路１５０は、面発光レーザアレイ素子１３０の各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎに接触する基部１５１と、クラッド部１５２と、コア部１５３と、クラッド部１５４とが順次積層して構成されている。光導波路１５０の厚さはたとえば数百ｎｍであり、波長調整層１３５−１〜１３５−ｎの厚さの相違に対して十分大きい。なお、波長調整層１３５−１〜１３５−ｎの厚さの相違による面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎの高さの段差はきわめてわずかであるため、光導波路１５０は面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎ上に安定して載置される。
【００２９】
基部１５１、クラッド部１５２、コア部１５３、およびクラッド部１５４はいずれも石英系ガラスからなる。なお、屈折率については、コア部１５３が最も屈折率が高く、クラッド部１５２およびクラッド部１５４、基部１５１の順に屈折率が低くなっている。なお、コア部１５３の厚さと、コア部１５３とクラッド部１５２およびクラッド部１５４との屈折率差とは、この光導波路１５０が、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎの出力するレーザ光をシングルモードで導波するように設定されることが好ましい。
【００３０】
また、コア部１５３内には、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎの上方の位置に、溝加工により形成した複数の反射部１５３ａが設けられている。各反射部１５３ａは、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎが出力するレーザ光を反射して、コア部１５３内を導波させるように設定されている。
【００３１】
なお、受光素子１４０は、たとえばＳｉ／Ｇｅ材料からなるＰＤである。また、光導波路１６０は光導波路１５０と同様に、受光素子１４０上に配置され、基部、クラッド部、コア部、およびクラッド部が順次積層して構成されており、コア部には光導波路１６０を導波してきた光を反射して受光素子１４０に入力させるための反射部を有している。
【００３２】
つぎに、図２に示した面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎが備える加熱機構について説明する。図４は、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎが備える加熱機構の模式的な平面図である。図４に示すように、この加熱機構は、上部ＤＢＲミラー１３６内のｐ側円環電極１３４上に配置された円環の一部を切り欠いた形状の高抵抗加熱部１３７と、アーム部１３７ａを介して高抵抗加熱部１３７に接続した、高抵抗加熱部１３７よりも電気抵抗が低い低抵抗部１３８とを備えている。低抵抗部１３８は、隣接する面発光レーザ素子に備えられた高抵抗加熱部ともアーム部を介して連接している。
【００３３】
なお、高抵抗加熱部１３７およびアーム部１３７ａは、たとえば幅５μｍ、厚さ１００ｎｍの白金（Ｐｔ）の薄膜からなる。また、低抵抗部１３８は、たとえば幅１０μｍ、厚さ２μｍと比較的厚い金（Ａｕ）の薄膜からなる。
【００３４】
この加熱機構は、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎのレーザ発振波長を一括して調整するためのものである。すなわち、この加熱機構の低抵抗部１３８を介して高抵抗加熱部１３７に電流を流すことによって、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎの活性層１３２ａが加熱され、温度上昇するため、レーザ発振波長が変化する。なお、温度上昇に対するレーザ発振波長の変化の係数は、たとえば活性層１３２ａが１．１μｍ帯のレーザ光用の半導体材料であるＩｎＧａＡｓなどのＧａＡｓ系材料からなる場合は約０．０６７ｎｍ／℃である。
【００３５】
ここで、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎの高抵抗加熱部１３７は、低抵抗部１３８によって直列接続しているので、低抵抗部１３８を介して所定値の電流を流した場合に各高抵抗加熱部１３７の温度上昇は等しくなる。その結果、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎのレーザ発振波長のシフト量も等しくなる。したがって、この加熱機構を用いれば、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎのレーザ発振波長を一括して同じシフト量だけシフトするように調整することができる。このようにレーザ発振波長を一括して調整すれば、個別に調整する場合よりも電流の制御回路構成が簡易になり好ましい。
【００３６】
図５は、レーザ発振波長の一括調整を説明する図である。ここで、符号ｆ１〜ｆｎは、光の周波数軸上で等間隔に配置された周波数グリッドを示している。また、レーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎは、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎが出力するレーザ信号光である。各レーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎは、上述した波長調整層の厚さの調整によって、あらかじめ周波数グリッドｆ１〜ｆｎの周波数間隔になるようにきわめて高精度に調整されている。そこで、図６に示すように加熱機構の消費電量を調整すれば、レーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎの各波長を一括して同じシフト量だけシフトさせて、これらが周波数グリッドｆ１〜ｆｎに一致するように調整することができる。
【００３７】
図６は、図４に示す加熱機構の消費電力とレーザ発振波長の波長シフトとの関係の一例を示す図である。図６に示すように、２０ｍＷ程度の低消費電力でレーザ発振波長を１．５ｎｍ程度だけ波長シフトさせることができる。加熱機構に与える電力（消費電力）については、公知の電流制御回路を用いれば、１ｍＷ程度の精度で容易に調整することができるので、図６に示す場合は、レーザ発振波長を０．０７５ｎｍ程度の精度で調整することができることとなる。
【００３８】
つぎに、図１〜３を用いて、この光インターコネクションシステムの動作を説明する。はじめに、或る半導体集積素子１００において、演算処理装置１１０は、外部からの指令に従って演算を行い、演算結果の情報を含むようにたとえば±１００ｍＶの振幅で変調された、ｎ個の差動電圧信号を含む電圧信号Ｓ１をレーザ駆動装置１２０に出力する。レーザ駆動装置１２０は、外部からバイアス電流Ｉ１を供給されて、このバイアス電流Ｉ１に電圧信号Ｓ１を重畳して、ｎ個の変調電流信号を含む電流信号Ｉ２を面発光レーザアレイ素子１３０に出力する。
【００３９】
面発光レーザアレイ素子１３０においては、電流信号Ｉ２に含まれるｎ個の変調電流信号は、それぞれあらかじめ割り当てられた面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎに供給される。その結果、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎは割り当てられた変調電流信号によって直接変調され、互いに波長が異なるレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを出力する。光導波路１５０は、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎから出力され、コア部１５３に入力された各レーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを、各反射部１５３ａにより反射させ、好ましくはシングルモードで光導波路１５０を導波させる。そして、光導波路１５０は、ｎ個のレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを含む高密度なＤＷＭ信号光としてのレーザ信号光ＯＳ１を光合波器３へ出力する。光合波器３は、レーザ信号光ＯＳ１をシリコン光導波路２へ結合させる。シリコン光導波路２は、結合されたレーザ信号光ＯＳ１を好ましくはシングルモードで導波させる。
【００４０】
一方、光分波器４は、レーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎのうちの、あらかじめ割り当てられた特定の波長のレーザ信号光のみをシリコン光導波路２から分波できるように構成されている。その結果、図２に示すように、半導体集積素子１００は、他のいずれかの半導体集積素子１００から出力された、あらかじめ自己に割り当てられたレーザ信号光（レーザ信号光ＯＳ２とする）を光分波器４から受け取る。光導波路１６０は、受け取ったレーザ信号光ＯＳ２を導波し、受光素子１４０に入力させる。受光素子１４０は、受光したレーザ信号光ＯＳ２を所定の差動電圧信号を含む変調電流信号Ｉ３に変換し、演算処理装置１１０に出力する。
【００４１】
以上のようにして、各半導体集積素子１００は、ＤＷＤＭ信号光としてのレーザ信号光ＯＳ１を用いて、シリコン光導波路２を介して他の半導体集積素子１００と演算結果の通信を行うことができるので、きわめて高速な光インターコネクションシステムが実現される。そして、この光インターコネクションシステム１０００は、各半導体集積素子１００が、内部に集積された面発光レーザアレイ素子１３０を直接変調して、通信用光源として用いているため、部品点数が削減され、低コスト、低消費電力の光インターコネクションシステムとなる。
【００４２】
特に、この光インターコネクションシステム１０００は、実施の形態に係る面発光レーザ素子を利用しているため、簡易な電流制御回路構成にて、各面発光レーザ素子のレーザ発振波長を一括して、かつ低消費電力にて調整することができる。
【００４３】
また、上述したように、この光インターコネクションシステム１０００では、各面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎが出力するレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎの波長が、高精度に厚さを調整できる波長調整層１３５−１〜１３５−ｎの厚さを変えることによって互いに異なるように調整されている。その結果、レーザ信号光ＯＳ１は、高精度かつ高多重密度のＤＷＤＭ信号光となる。
【００４４】
図７は、図３に示す構成の面発光レーザ素子における、波長調整層の厚さとレーザ発振波長または内部損失との関係の一例を示す図である。なお、波長調整層の厚さは、特定の面発光レーザ素子における波長調整層の厚さに対する相対的な厚さとして示している。図７に示すように、波長調整層の厚さを−１０ｎｍから２０ｎｍの合計３０ｎｍだけ変化させることによって、面発光レーザ素子のレーザ発振波長を約１０６１ｎｍから約１０７５ｎｍの間の約１４ｎｍの範囲で調整することができる。
【００４５】
なお、図７において、面発光レーザ素子のたとえば上部または下部ＤＢＲミラーを構成する各層の厚さは、特定のレーザ発振波長（図７においては、約１０６６ｎｍ）に対して最適化されている。図７では、波長調整層の厚さだけを変化させてレーザ発振波長を調整しているので、レーザ発振波長が上記最適化された波長から遠ざかると、光共振器内の内部損失が増大する。したがって、この内部損失の増大を考慮して調整すべき波長範囲を設定することが好ましい。たとえば、図７においては、内部損失の最小値からの増大量を１５／ｃｍまで許容すると、調整できる波長範囲は約１０６１ｎｍから約１０７５ｎｍの約１４ｎｍである。なお、波長１．１μｍ帯においては、光の周波数で２００ＧＨｚの間隔は、波長に換算して０．７ｎｍである。したがって、調整範囲の約１４ｎｍの間に、周波数２００ＧＨｚ間隔で約２０チャネルのレーザ信号光を配列することができる。
【００４６】
つぎに、図８は、図７に基づいて波長調整層の相対的な厚さを０ｎｍから２０ｎｍまで変化させた５つの面発光レーザ素子における、バイアス電流とレーザ光の光強度の関係の一例を示す図である。これらの面発光レーザ素子は、レーザ発振波長が図７に示すように約１０ｎｍの範囲で分布しているが、いずれの波長においても、バイアス電流に対して直線性のよい安定した強度のレーザ光を出力することができる。
【００４７】
なお、波長調整層１３５−１〜１３５−ｎの厚さは、面発光レーザ素子１３０−１〜１３０−ｎの製造プロセスにおいて、波長調整層１３５−１〜１３５−ｎをエッチングする時間を調整することによって、きわめて高精度に調整できるので、レーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎの波長も、所定の周波数間隔になるようにきわめて高精度に調整することができる。
【００４８】
また、上記の光インターコネクションシステムにおいて、面発光レーザ素子のレーザ発振波長が１．０〜１．２μｍであれば、１μｍ未満の波長帯に存在するシリコンの光吸収帯、およびＧａＡｓの光吸収帯である０．８５μｍ帯からはずれているため、低損失のシステムを実現できる。それとともに、特性のよいＩｎＧａＡｓ系歪み多重量子井戸構造を面発光レーザ素子の活性層に使用できるので、面発光レーザ素子を低消費電力化することができ好ましい。
【００４９】
また、上記実施の形態における面発光レーザ素子は例示であって、本発明に係る面発光レーザ素子は、公知のあらゆる構成を採用することができる。また、加熱機構の高抵抗加熱部を設ける位置については、上部ＤＢＲミラー内のｐ側円環電極上に限定されず、面発光レーザ素子内において、活性層の近傍であればよい。したがって、高抵抗加熱部は、たとえば活性層を含むメサポスト形状の半導体積層構造を取り囲むように設けてもよい。また、高抵抗加熱部の形状については、円環の一部を切り欠いた形状に限られないが、活性層を均等に加熱できる形状であることが好ましい。
【００５０】
また、加熱機構は、上記実施の形態のように各高抵抗加熱部が低抵抗部によって連接している構成に限られない。すなわち、各面発光レーザ素子の高抵抗加熱部が互いに電気的に独立しており、各高抵抗加熱部に個別に電流を流して各面発光レーザ素子のレーザ発振波長を調整するようにしても良い。
【００５１】
また、高抵抗加熱部の材料については、白金に限らず、クロムやニッケルなどの高抵抗な材料を使用できる。また、低抵抗部の材質については、金に限らず、高抵抗加熱部の材料よりも電気抵抗が低い銅やアルミニウムなどの材料を使用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１  シリコン基板
２  シリコン光導波路
３  光合波器
４  光分波器
１００  半導体集積素子
１１０  演算処理装置
１２０  レーザ駆動装置
１３０  面発光レーザアレイ素子
１３０−１〜１３０−ｎ  面発光レーザ素子
１３１  下部ＤＢＲミラー
１３２  半導体積層構造
１３２ａ  活性層
１３２ｂ  電流狭窄層
１３３  ｎ側電極
１３４  ｐ側円環電極
１３５  波長調整層
１３６  上部ＤＢＲミラー
１３７  高抵抗加熱部
１３７ａ  アーム部
１３８  低抵抗部
１４０  受光素子
１５０、１６０  光導波路
１５１  基部
１５２、１５４  クラッド部
１５３  コア部
１５３ａ  反射部
１０００  光インターコネクションシステム
ｆ１〜ｆｎ  周波数グリッド
Ｉ１  バイアス電流
Ｉ２  電流信号
Ｉ３  変調電流信号
ＯＳ１、ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎ、ＯＳ２  レーザ信号光
Ｓ  基板
Ｓ１  電圧信号
【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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